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\cleardoublepage

Konstantin Hintermayer

Einleitung des individuellen Teils

In diesem Abschnitt wird meine persönliche Aufgabenstellung im Rahmen des Projektes (Alumnihub) beschrieben.

Auftrag / persönliche Aufgabenstellungen

Meine Zuständigkeiten und Verantwortlichkeiten:

• Product Owner
• Infrastruktur
• Entwicklung
• Auswertungen
• Schwarzes Brett

Motivation

Gegenstand der Diplomarbeit ist die Entwicklung modularer Webanwendungen mit Blazor und Oqtane. Aufbauend auf fundierten Kenntnissen in der Fullstack-Entwicklung (React, Node.js, Golang), welche privat bei diversen Projekten gesammelt worden sind, fokussiert sich die Arbeit auf die Architekturvorteile des .NET-Stacks. Besonders im Fokus stehen die Konsistenz durch statische Typisierung sowie das Zusammenspiel modularer Komponenten in verteilten Systemen.

Mein Untersuchungsanliegen: Inwieweit optimiert die Integration von Blazor und dem Oqtane-Framework die Konsistenz und Wartbarkeit modularer Web-Architekturen im Vergleich zu den für mich gewohnten Technologie-Stacks (React/Node.js)?

Anforderungen an das entwickelte Modul bzw. die Funktionalität

Modulanforderungen / funktionale Anforderungen

Infrastrukturanforderungen / nicht‑funktionale Anforderungen

• funktionale / nicht‑funktionale Anforderungen
• Use Cases

Technisches Umfeld

Mein Aufgabenbereich umfasst einerseits die Entwicklung eigener Module, sowie das Bereitstellen des Services.

Auswahlverfahren

Entscheidungsfindung CMS

Auch steht die Wahl der Programmiersprache und des CMS an. Nachdem wir im Unterricht fast ausschließlich mit C# entwickelt haben und nicht in eine komplett unbekannte Entwicklungsumgebung abdriften wollten, haben wir uns für die Webentwicklung mit ASP.NET Core 9 (Upgrade im Lauf der Diplomarbeit auf .NET Core 10) und dem CMS Oqtane entschieden. Auch hier gab es einige Kandidaten:

• Piranha CMS

  Piranha erscheint auf den ersten Blick nicht so flexibel wie Oqtane, es basiert auf .NET 8.0 und wird nicht so aktiv gewartet.

• Umbraco

  Bei Umbraco muss viel in der Admin Oberfläche von dem CMS gearbeitet werden, im Großen und Ganzen wirkt dieses CMS nicht so flexibel. Die Dokumentation wirkt auf den ersten Blick sehr gut!

• DNN / Dot Net Nuke

  Dieses CMS ist der Platzhirsch. Es wird von der DNN Foundation gewartet, arbeitet mit dem Dotnet Framework, welches nicht unter Linux läuft. Und ein Windows Server ist im Betrieb teurer und in der Absicherung aufwändiger.

• Oqtane

  Oqtane wirkt auf sehr modular und flexibel, auch innerhalb von Modulen kann man auf alle Funktionen des ASP.NET Core Frameworks verwenden. Die Dokumentation wirkt nicht besonders gut, aber ausreichend. Die enthaltenen Fehlinformationen und mangelnden Anleitungen für den Betrieb mit Linux sind erst im Nachhinein aufgefallen.

Insbesondere aufgrund seiner sehr hohen Flexibilität, haben wir uns am Ende für Oqtane entschieden.

Entscheidungsfindung restliche Infrastruktur

Als Betriebssystem habe ich mich für Linux entschieden, einfach, da ich mit Linux im Serverumfeld die meisten und besten Erfahrungen gemacht habe.

Im Bereich der Datenbanken musste ich mir ein paar Fragen stellen:

1. Auf welche Art Datenbank setzen wir? SQL, NoSQL, Graph, ...
2. Mit welcher speziellen Implementierung bekommen wir Support und bei welcher haben wir Vorwissen im Team?
3. Ist das auserkorene System kompatibel mit dem CMS, auf dem wir aufbauen?

Es war von Anfang an klar, dass es ein SQL-basiertes System wird, da wir im Team nur mit SQL-basierten Systemen Erfahrungen haben. Außerdem unterstützt unser CMS (Oqtane) nur SQL-basierte Systeme. In der Linuxwelt kommen jetzt nur noch ein paar Datenbankmanagementsysteme in die Auswahl: PostgreSQL, MySQL / MariaDB, SQLite. Da ist die Wahl auf PostgreSQL gefallen. Grund dafür war meine Vorerfahrung mit diesem Datenbankmanagementsystem, welche ich in meinem Nebenjob erlangt habe.

Beschreibung und Architektur von Oqtane

Oqtane ist ein Framework und CMS zur Entwicklung von Webseiten mithilfe von ASP.NET und Blazor. [@oqtane_about] Ein Oqtane-System besteht aus mehreren Komponenten.

In dieser Diplomarbeit fokussieren wir uns hauptsächlich auf Themes und Modules, aber es gibt auch Language Packs und Pure Extensions. [@oqtane_docs_extensions]

Ein Module (Modul) soll neue Funktionalitäten in das CMS hinzufügen und ein Theme soll die ganze Gestaltung der Webseite (die Shell) festlegen. [@oqtane_docs_extensions]

Architektur eines Moduls

Ein Modul in Oqtane besteht aus vier Projekten:

• Im Server-Projekt liegt Sourcecode, welcher serverseitig ausgeführt werden soll. Dazu gehören unter anderem alle Repositories, Controller, Manager, Migrationen und Server-Services und Server-Startuplogik.

• Im Client-Projekt liegen Code und Razor-Komponenten für den Client. Also Client-Startuplogik, Client-Services, Ressourcendateien (.resx), die Komponenten / das User Interface und die Moduldefinitionen für jedes Modul.

• Im Shared-Projekt wird geteilter Sourcecode abgelegt, der server- und clientseitig verwendet wird. In der Praxis bleibt es hierbei bei den EntityFramework-Modellen zum Speichern der Daten im Arbeitsspeicher.

• Im Package Projekt findet man Skripte zum Debuggen und Releasen eines Moduls und die NuGet-Spezifikation.

  • Beim Debug werden die DLLs, PDBs und statischen Assets wie Skripte und Stylesheets der drei anderen Projekte in den bereits gebauten Oqtane.Server oqtane.framework/oqtane.server/bin/debug/net10.0/... kopiert.
  • Beim Release wird ein NuGet-Paket erstellt und unter oqtane.framework/oqtane.server/Packages abgelegt. Dort abgelegte NuGet-Pakete werden beim nächsten Start des Oqtane Servers installiert (Datenbank Migrationen werden gemacht und die Pakete entpackt).

Zusammenspiel der Infrastruktur

In diesem Kapitel erkläre ich wie die ausgewählten Komponenten zusammenspielen. Wir verwenden NginX als Reverse Proxy, welcher bei uns die SSL Terminierung macht. Das Zertifikat, welches verwendet wird, wird von Let's Encrypt bereit gestellt und mittels HTTP-Challenges und dem Certbot auf dem Server aktualisiert und verwaltet. Oqtane selber läuft als Systemd-Service im Kestrel Backend. Kestrel ist ein kleiner Webserver, welcher in das ASP.NET Core Framework eingebaut worden ist. Oqtane (bzw. der ASP.NET Core Server "Kestrel") hört auf der Loopback IP und Port 5000. Damit ist Oqtane nur durch NginX erreichbar. PostgreSQL ist die Datenbank in dem System: Sie hört wieder auf der Loopback IP und Port 5432. In der folgenden Grafik ist das System Schematisch dargestellt.

architecture-beta
    group server(server)[Server]

    service db(database)[PostgreSQL] in server
    service oqtane(server)[Oqtane] in server
    service nginx(server)[NginX] in server

    service internet(cloud)[Internet]

    internet:R <--> L:nginx
    nginx:R <--> L:oqtane
    oqtane:R <--> L:db

Zusätzlich gab es einen Administrationszugang zu den Servern, welcher über SSH möglich war. Dieser wurde für die Installation und Konfiguration der einzelnen Komponenten verwendet. Der SSH Service ist in jeder Umgebung anders erreichbar gewesen.

Umgebung	Administrationszugang
Hetzner	Wireguard
Schule	Highport
LiveDesign	IPSEC VPN

Table: SSH Zugänge in den unterschiedlichen Umgebungen

Die VPN basierten Zugänge sind tendenziell schwieriger zu finden und auszunutzen, während die Lösung in der Schule mittels Highport den SSH Service öffentlich erreichbar macht. Durch den Highport ist der SSH Service schwieriger zu finden. Zur Authentifizierung mit SSH verwenden wir SSH-Keys, da diese durch ihre komplexität sicherer sind, als Passwörter.

Entwicklung mit ASP.NET

Blazor [@wikipedia_blazor]

Blazor ist ein kostenloses und quelloffenes Web-Framework, welches es möglich macht Benutzeroberflächen für Web-Browser, basierend auf C# und HTML, zu erstellen. Es wird von Microsoft als teil des ASP.NET Core Frameworks entwickelt.

Blazor hat mehrere Hosting-Modelle:

• Blazor Web App: Hier wird die Web App als Teil einer ASP.NET Core Anwendung bereitgestellt. Dabei gibt es mehrere Render Modi:
  • Static Server: Die Komponente wird serverseitig gerendert und besitzt keine Interaktivität. Es ist der standardmäßige RenderMode
  • Interactive Server: Die Komponente wird serverseitig gerendert, diesmal ist sie jedoch interaktiv. Das bedeutet, man kann mithilfe von C# den Zustand der Seite dynamisch bearbeiten. Diese Zustandsänderungen werden serverseitig bearbeitet. Hierbei kommunizieren Server und Client mithilfe von SignalR über WebSockets miteinander.
  • Interactive WebAssembly: Die Komponente wird clientseitig, also im Browser, gerendert. Damit der Blazor C# Code auch im Browser ausgeführt werden kann, wird dieser in WebAssembly kompiliert.
  • Interactive Auto: Im Interactive Auto Modul wird bei dem initialen Besuch der Website der Interactive Server Modus gewählt und im Hintergrund wird der WebAssembly-Build heruntergeladen, damit bei weiteren Besuchen der Seite der Interactive WebAssembly Modus gewählt werden kann.
• Hybrid: Dieser Modus ist der Einzige, welcher nicht innerhalb einer Blazor Web App läuft, sondern in einem WebView in einer Nativen App. Dabei wird innerhalb des Mutterprozesses, ganz ohne WebServer, der C# und Razor-Code ausgeführt. Das Ganze funktioniert in WPF und WinForms Apps und in nativen mobilen Apps für Android und iOS mithilfe von .NET MAUI.

Razor-Komponenten (in dieser Arbeit, sowie umgangssprachlich, auch oft nur Komponenten genannt) sind der Grundbaustein für Blazor Web Apps. Sie bestehen aus HTML, welches mit der Verwendung von inline C# beeinflusst werden kann. Das Blazor stellt sicher, dass das gerenderte Markup aktualisiert wird, wenn sich der Status der Komponente ändert. Dieser Code kann entweder vollständig in einer .razor Datei liegen, oder in einer seperaten Code-Behind-Datei. Inline C# Code wird mithilfe von @- Zeichen markiert. Hier ist ein Beispiel für einen einfachen Counter:

<h1>Counter</h1>

<p>Count: @count</p>

<button @onclick="Increment">Increment</button>

@code
{
    private int count = 0;

    private void Increment()
    {
        count++;
    }
}

Mit@count in Zeile 3 wird der Wert der Variablen count in den <p> Tag mit eingebaut. Mit @onclick="Increment" in Zeile 5 wird die onclick Property vom <button>Tag auf die Increment Methode im C# Code gesetzt. Der @code Block in Zeile 7 ist der C# Code, welcher diese Komponente dynamisch macht. Hier ist die Variable count und die Methode Increment definiert, welche dieser Komponente interaktiv macht.

Razor hat auch eine Reihe an Keywords, wie zum Beispiel (nur Auszugsweise, bzw. die die wir verwendet haben):

• namespace: Gibt den aktuellen Namespace in der Razor Datei an.
• inherits: Gibt die Superklasse der generierten C# Klasse an.
• using: Gibt die im C# Code benutzen/verfügbaren Namespaces an
• foreach: Für Wiederholungen im Markup
• if: Für Verzweigungen im Markup

Kommunikation zwischen Front- und Backend

Wie Front- und Backend miteinander interagieren hängt hauptsächlich vom Render-Modus ab. Oqtane kann auf verschiedene Arten betrieben werden. Hierbei ist es dem Modulentwickler ziemlich egal, welche Art der Kommunikation (WebSockets, HTTP Long-Polling, REST) verwendet wird. SignalR ist eine Library aus dem ASP.NET Framework, welche es möglich macht, Server zu Client Kommunikation zu betreiben. Oqtane verwendet SignalR im Interactive Server (SignalR) Render-Modus.

Dependency Injection

Dependency Injection ist ein Entwurfsmuster, bei dem die Abhängigkeiten eines Objekts nicht von diesem selbst erzeugt, sondern von außen „injiziert“ werden.

Wie der Software-Architekt Martin Fowler, der den Begriff im Jahr 2004 maßgeblich prägte, beschreibt, geht es im Kern darum, die Erzeugung von Objekten von deren Nutzung zu trennen [@fowler_dependency_injection]. Anstatt dass eine Klasse ihre Hilfsobjekte mittels des new-Operators selbst instanziiert, werden ihr diese meist über den Konstruktor zur Verfügung gestellt.

In den folgenden beiden Kapiteln wird das Dependency Inversion Principle und das Microsoft Dependency Injection Framework genauer vorgestellt.

Dependency Inversion Principle [@ms_dependency_inversion][@logrocket_dependency_inversion]

Das Dependency-Inversion-Principle (DIP / auf Deutsch: Abhängigkeits-Umkehr-Prinzip) ist eines von den fünf SOLID Prinzipien in der Softwareentwicklung.

Das DIP unterscheidet zwischen high-level und low-level Modulen.

• Die High-Level-Module beschreiben die Applikations- / Businesslogik, ohne direkt mit den Low-Level-Modulen zu interagieren, sondern lediglich auf Abstraktionen. [@oodesign_dependency_inversion]
• Die Abstraktionen sollen nicht von Implementierungsdetails abhängig sein, sondern die Low-Level-Implementierung sollen gemäß der Abstraktionsschicht implementiert werden. [@oodesign_dependency_inversion]

Ausgangslage ist eine Softwarearchitektur im Direct-Dependency-Graph-Modell.

architecture-beta
    service a(mdi:package-variant-closed)[Klasse A]
    service b(mdi:package-variant-closed)[Klasse B]

    a:R --> L:b

Bei diesem Beispiel ist die Klasse A ein high-level Modul, welches direkt auf die Klasse B referenziert, was das DI-Prinzip verbietet. Das Problem dabei: Die einzelnen Klassen sind eng gekoppelt, was das Austauschen von B mit einer anderen Klasse unmöglich macht. Genau dieses Problem wird vom DIP gelöst.

architecture-beta
    service a(mdi:package-variant-closed)[Klasse A]
    service b(mdi:package-variant-closed)[Klasse B]
    service ib(mdi:car-clutch)[Interface B]

    a:R --> L:ib
    ib:R <-- L:b

Das High-Level-Modul ruft lediglich eine Abstraktion eines Low-Level-Moduls auf, welche von einem, oder mehreren Low-Level-Modulen implementiert wurde. Für das High-Level-Modul ist es hier egal, welches Low-Level-Modul die Implementierung bereitstellt. Dadurch erhält man einen viel modulareren Aufbau in der Software. Die einzelnen Module sind auch leichter austauschbar und testbar. Genau diese Modularität macht Dependency Injection möglich.

Microsoft Dependency Injection Framework

Dependency Injection ist in .NET genau so wie Konfiguration, Protokollierung und das Optionsmuster ins Framework integriert. [@ms_di_overview]

Alle Dependencies werden in einem Service-Container zur Verwaltung registriert. .NET hat einen eingebauten Service-Container (eine Implementierung des IServiceProvider). [@ms_di_overview]

Das Dependency Injection Framework verwaltet alle Instanzen. Nach Bedarf werden Instanzen erstellt, oder wieder entsorgt (sofern das Service nicht mehr gebraucht wird). Beim Instanziieren einer Klasse werden alle im Konstruktor erwarteten Dependencies bereitgestellt, bzw. selbst instanziiert und danach bereitgestellt. [@ms_di_overview]

Hier ein Beispiel aus der Dokumentation von Microsoft: [@ms_di_overview]

HostApplicationBuilder builder = Host.CreateApplicationBuilder(args);

builder.Services.AddHostedService<Worker>();
builder.Services.AddSingleton<IMessageWriter, MessageWriter>();

using IHost host = builder.Build();

host.Run();

public class MessageWriter : IMessageWriter
{
    public void Write(string message)
    {
        Console.WriteLine($"MessageWriter.Write(message: \"{message}\")");
    }
}

public interface IMessageWriter
{
    void Write(string message);
}

public sealed class Worker(IMessageWriter messageWriter) : BackgroundService
{
    protected override async Task ExecuteAsync(CancellationToken stoppingToken)
    {
        while (!stoppingToken.IsCancellationRequested)
        {
            messageWriter.Write($"Worker running at: {DateTimeOffset.Now}");
            await Task.Delay(1_000, stoppingToken);
        }
    }
}

Das ist ein simples Beispiel, welches Teile des DI Frameworks zeigt. Wir haben einen Service (Klasse Worker), ein Dependency (Klasse MessageWriter) und eine Abstraktionsebene, von dem Dependency (Interface IMessageWriter).

Bei Programmstart wird zuerst manuell der Service-Container erstellt, danach alle Module registriert (entweder als HostedService, oder als Modul mit einer spezifischen Lifetime (Scoped, Transient, Singleton)).

Mit dem Aufruf von builder.Build() wird intern ein Dependency Graph erstellt und mit host.Run() wird versucht die Klasse Worker zu instanziieren und zu starten. Nachdem Worker ein Dependency auf IMessageWriter hat, wird über den zuvor erstellten Dependency-Graph die Implementierung von IMessageWriter gesucht. Jetzt wird MessageWriter instanziiert und dem Konstruktor von Worker übergeben, damit seine Dependencies befriedigt werden.

So sieht der Abhängigkeitsgraph bei diesem Beispiel aus.

architecture-beta
    service a(mdi:package-variant-closed)[Worker]
    service b(mdi:package-variant-closed)[MessageWriter]
    service ib(mdi:car-clutch)[IMessageWriter]

    a:R --> L:ib

    ib:R <-- L:b

Continuous Integration

Gitea, das Versionskontrollsystem dieser Diplomarbeit, hat einen Continuous-Integration-System eingebaut. Im Kern ist es baugleich zu den GitHub-Pipelines. Man kann im .gitea/workflow Ordner .yml Dateien ablegen, welche dann das Verhalten der Workflows definieren.

Man kann definieren auf welcher Änderung im Git Repository die Pipeline losgetreten wird (Keyword: on) und entweder eigene Kommandos aufreihen, oder auf bestehende actions zurückgreifen, welche dann der Reihe nach ausgeführt werden (Keyword: jobs).

Die meisten Pipelines sind folgendermaßen Aufgebaut: Clone -> Checkout -> Submodule Checkout (optional) -> Dependencies einrichten (zum Beispiel das dotnet SDK) -> Build ausführen. -> Release erstellen und Artefakte veröffentlichen (z.B. in Registries). Aber man kann auch andere Dinge tun, z.B. mithilfe von Künstlicher Intelligenz Code und Dokumentation überprüfen.

Anwendungen von Gitea Actions bei dieser Diplomarbeit:

• APT-Package Repository:

  Zum Bauen von Oqtane und allen Modulen, verpacken in ein .deb Paket und in die Registry pushen.

• Interfaces Projekt

  Zum Bauen vom Interfaces-Projekt, verpacken in ein NuGet Paket und in die Registry pushen.

• ursprünglich: oqtane.framework

  Zum bauen und Verpacken in einen Docker Container und in die Registry pushen.

• PM Repository:

  Zum automatischen Überprüfen der Dokumente, unter anderem, mithilfe von KI, wie zum Beispiel Gemini.

Debian Paket

TODO

Projektmanagement & Tools

Scrum

YouTrack

Git

Git fungierte im Rahmen dieser Diplomarbeit als zentrales Werkzeug zur Versionskontrolle und Koordination sämtlicher Entwicklungsschritte. Die wichtigste Komponente stellt dabei der Commit dar, welcher als eindeutiger Snapshot des Projektzustands dient und über eine spezifische Commit-SHA (Secure Hash Algorithm) referenziert werden kann. Um eine lückenlose Nachvollziehbarkeit zu gewährleisten, wurde für jeden abgeschlossenen Arbeitsschritt ein eigener Commit erstellt.

Im Gegensatz zu zentralisierten Systemen wie SVN, welches wir im Unterricht beigebracht bekommen haben, speichert Git die vollständige Historie eines Projekts lokal auf dem Rechner jedes Beteiligten. Dies ermöglicht nicht nur ein Offline-Arbeiten, sondern bietet auch eine hohe Ausfallsicherheit.

Der Workflow in Git basiert auf drei Hauptbereichen:

1. Working Directory: Der aktuelle Zustand der Dateien auf der Festplatte.
2. Staging Area (Index): Eine Zwischenebene, in der Änderungen für den nächsten Snapshot vorgemerkt werden.
3. Repository (HEAD): Der dauerhafte Speicher der versionierten Stände (Commits).

Eines der mächtigsten Features von Git ist das Branching. Es erlaubt es, isolierte Entwicklungszweige zu erstellen, um neue Features oder experimentelle Analysen zu implementieren, ohne die Stabilität des Hauptzweigs main zu gefährden.

Sobald eine Änderung erfolgreich getestet wurde, wird sie durch einen Merge wieder in den Hauptzweig integriert. Sollten dabei widersprüchliche Änderungen an denselben Dateizeilen auftreten, unterstützt Git den Nutzer bei der Auflösung dieser sogenannten Merge-Konflikte.

Für die Sicherung und Zusammenarbeit wurde im Rahmen dieser Arbeit Remote-Repositories auf einer Gitea Instanz verwendet. Durch die Befehle push und pull wird der lokale Stand mit dem Server synchronisiert. Dies gewährleistet eine konsistente Datenbasis und dient gleichzeitig als kontinuierliches Backup des Projektfortschritts.

Gitea

Als schlanke und selbst gehostete Open-Source-Alternative zu Plattformen wie GitHub oder GitLab wurde für die Verwaltung der Repositories Gitea eingesetzt. Hauptgrund für die Benutzung von Gitea war meine bereits aufgesetzte Instanz, welche schon mehrere Jahre in Verwendung war und mit der es im Team auch schon Erfahrungen gab. Gitea bietet neben der reinen Git-Verwaltung essenzielle Werkzeuge für den Software-Lebenszyklus, wie ein integriertes Issue-Tracking, Code-Reviews über Pull-Requests sowie eine Benutzerverwaltung, und unterstützt somit die strukturierte Umsetzung der Diplomarbeit im Team.[@gitea_docs]

Repositories

Ein Repository bildet den zentralen Speicherort für einen Projektteil. In Gitea wurden separate Repositories für die einzelnen Module und Themes, das Oqtane Framework, Skripte, die Dokumentation angelegt. Ein zusätzliches Repository bindet alle übrigen Quellcode-Repositories als Submodule ein, das macht die Einrichtung einer neuen Entwicklungsumgebung sehr kompfortabel. Dies ermöglichte eine saubere Trennung der verschiedenen Projektkomponenten. [@gitea_docs]

Issues

Zur Aufgabenplanung und Fehlerverfolgung wurde das integrierte Issue-System genutzt. Jede anstehende Aufgabe oder entdeckte Schwachstelle wurde als „Issue“ erfasst, einem Verantwortlichen zugewiesen und mit Labels (z. B. „Bug“, „Feature“ oder „Dokumentation“) versehen. Dies half dabei, den Überblick über den Projektfortschritt zu behalten und die Anforderungen aus dem Lastenheft strukturiert abzuarbeiten. [@gitea_docs][@gitea_issue_tracker]

Pull Requests

Um die Qualität des Codes zu sichern, wurden Änderungen nicht direkt in den Hauptzweig eingespielt, sondern über Pull Requests eingereicht. Ein Teammitglied konnte so die Änderungen eines anderen sichten, kommentieren und bei Bedarf Korrekturen anfordern. Erst nach einer erfolgreichen Überprüfung wurde der Code in den main-Branch gemergt. [@gitea_docs][@gitea_pull_requests]

Actions

Gitea Actions wurden eingesetzt, um CI/CD-Pipelines (Continuous Integration / Continuous Deployment) zu realisieren. Bei jedem Push oder Pull Request wurden automatisierte Skripte ausgeführt, die das Projekt bauten. Dies reduzierte manuelle Fehlerquellen erheblich. Außerdem konnten wir mithilfe von CI/CD den Release Prozess einmalig festlegen und automatisieren, ohne bei jedem Update manuell den selben Prozess wiederholt durchgehen zu müssen. Das APT-Package Projekt enthält die CI/CD Konfiguration für das bauen von Oqtane, der Module und Themes, sowie das verpacken in ein APT Paket und dem veröffentlichen aller Pakete als eingenes Gitea Release. [@gitea_docs][@gitea_actions]

Releases

Über die Release-Funktion wurden wichtige Meilensteine der Diplomarbeit festgeschrieben. Hierbei wird ein spezifischer Git-Tag mit einer Versionsnummer versehen und die dazugehörigen Binärdateien, Pakete und Dokumente archiviert. So lässt sich jederzeit auf einen stabilen, abgabebereiten Stand des Projekts zugreifen. [@gitea_docs]

Package Repositories

Gitea fungierte zusätzlich als Register für Pakete und Container-Images. Selbst erstellte Artefakte, wie das Debian Paket für die Bereitstellung der Anwendung, wurden direkt in der Gitea-Instanz versioniert gespeichert. Dadurch waren alle notwendigen Komponenten für das Deployment an einem zentralen Ort verfügbar und abrufbar. Gitea selbst unterstützt verschiedenste Pakettypen. Darunter fallen unteranderem NuGet- und Debianpakete. Für beide haben wir in dieser Arbeit verwendung gefunden. [@gitea_docs][@gitea_packages]

Kommunikation

Module

Admin Modules

Eine C#-Solution, welche einige Module, welche für den Admineinsatz geschrieben worden sind beinhaltet. Dieses Modul besteht aus 3 Teilmodulen. Einem Modul für den Versand von Rundmails, eines für die Einstellung von der Token Lebenszeit bei Tokens, welche per E-Mail verschickt werden und eines, welches das Reporting-System übernimmt.

Mass Mailing

Das Mass Mailer Modul ist eine administrative Erweiterung für den Alumnihub, die es dem Vorstand ermöglicht, personalisierte Rundschreiben an alle registrierten Mitglieder zu versenden. Da die Pflege der Mitgliederdaten direkt im CMS erfolgt, bietet dieses Modul eine nahtlose Integration ohne den Export von CSV-Listen in externe Newsletter-Tools.

Integration von Brevo

Für den tatsächlichen Versand der E-Mails nutzen wir den Cloud-Dienst Brevo. Dieser bietet eine zuverlässige Zustellung (hohe Reputation der Mailserver), stellt uns jedoch in der kostenlosen Variante vor eine Herausforderung: nur 300 E-Mails pro Tag.

Batch-Processing: Mails werden nicht sofort ("Fire and Forget") versendet, sondern in eine Versandwarteschlange geschrieben. Nachdem schon die Notifications Infrastruktur, welche sich auch um den Mail versand kümmert, ins Framework eingebaut worden ist, wird diese gleich zum schedulen unserer E-Mails genutzt. Immer 100 Mails alle 24 Stunden bis alle Ziele die Mails erhalten haben. Das Limit von 100 / Tag ist konservativ sehr niedrig angesetzt, damit Funktionen wie Passwort Reset Mails nicht (leicht) dadurch beeinflusst werden können.

Token Lifetime

Das Token Lifetime Modul wurde geschrieben, um die Token-Lebenszeit konfigurierbar zu machen. Notwendig war das, um die Passwort Reset Links im initialen Mail versand länger gültig sein zu lassen. Durch das Batch Processing war es möglich, dass eine Mail erst Tage nach erstellen des Links hinaus geschickt wird und bei einer Standard Ablaufdauer von 2 Tagen sind manche Links schon ungültig, bis sie den Mail Server erreichen. Ziel war es, die Änderung der Lebenszeit für Administratoren im User Interface im Admin Bereich möglich zu machen.

Technisch bedeutet das, dass die standardmäßig vorkonfigurierten DataProtectionTokenProviderOptions explizit konfiguriert werden müssen. [@andrewlock_token_lifetime] Der ASP.NET Core UserManager, welcher das generieren der Tokens übernimmt, verwendet einen DataProtectorTokenProvider und dieser wiederum kann mithilfe der DataProtectionTokenProviderOptions konfiguriert werden.

Es gibt 2 Möglichkeiten, wie man dieses Problem Lösen kann:

• der Workaround: Ein eigenes Modul, welches in seiner Server/Startup.cs die benötigten Werte korrekt setzt. Das hat den Vorteil, dass wir keine Änderungen im CMS selbst haben, sondern nur unsere eigene Erweiterung dafür schreiben. Andererseits könnte durch die undeterministische Ladereihenfolge eine race-condition auftreten. [@race_conditions_pdf] Darüber hinaus besteht kein gleichzeitiger Zugriff auf die appsettings.json und den IServiceProvider, in dem die Konfiguration gesetzt werden muss. => Nachdem wir in der Konfigurationsphase auch noch keinen Datenbankzugriff haben, können die Werte nicht aus der Datenbank geladen werden, sondern wir müssen auf eine Textdatei zurückgreifen.
• die saubere Lösung: Eine Änderung im Kern von Oqtane. Also wird in unserem Fork von Oqtane die Konfigurationslogik für die Tokenlifetime implementiert. In diesem Fall könnte die Konfigurationslogik direkt in OqtaneServiceCollectionExtensions.cs hinzugefügt werden, da hier auch alle anderen Oqtane Spezifischen Konfigurationen gesetzt werden. Das hat den Vorteil, dass der Code aufgeräumter und sauberer ist und die race-condition verhindert werden kann. [@race_conditions_pdf] Der initiale Grund dagegen ist, dass wir ein weiteres Git Repository zum warten haben (den Fork vom Oqtane.Framework), welches jetzt nicht mehr mit Upstream Commit-gleich ist.

Der Workaround ist die Möglichkeit für die wir uns entschieden haben, allerdings ist das nicht die schönste Lösung. Eine eventuell nachfolgende Diplomarbeit kann an dieser Stelle ansetzen und die saubere Lösung implementieren.

Reporting System

Eine weitere Anforderung der Diplomarbeit war es Einträge in Modulen wie der Hall of Fame, dem Schwarzen Brett und dem Premium Bereich (Engineer Applications) melden zu können. Am Anfang war es wichtig, dass jeder schnell vorankommt, allerdings haben wir die Kommunikation Teamintern ein wenig verschlafen und dadurch ein paar Funktionen doppelt geschrieben. Dadurch kam es zu Inkonsistenzen in der Verwendung der unterschiedlichen Reporting Systeme. Deswegen haben wir uns am Ende für eine globales Reporting System entschieden.

Angestrebt wurde folgender Ablauf für das Melden eines Eintrags:

sequenceDiagram
    participant Module
    actor User
    participant ReportingComponent
    participant ReportingHandler
    User->>+Module: View: Entity
    User->>+ReportingComponent: Report current Entity

    rect rgba(0, 0, 0, 0)
    ReportingComponent->>+User: Ask for reason
    User->>-ReportingComponent: Enters Reason
    end

    ReportingComponent->>+ReportingHandler: New Report (includes entity and reason)
    ReportingComponent->>-User: Done

Im oben dargestellten Ablaufdiagram werden das ReportingComponent und der ReportingHandler vom Reporting System über Dependency Injection bereitgestellt, nicht vom Modul selbst. Dadurch erreichen wir eine bessere Trennung der Zuständigkeiten und halten das S in SOLID ein: Single responsibility. Die Module sind jetzt nicht mehr für das Reporting selber verantwortlich, sondern müssen nur das Reportings System einbinden.

Damit DI funktioniert muss für den DI Consumer (also das Modul, welches das Reporting System einbinden möchte) das Interface zur Kompilierzeit zur Verfügung stehen. Um das zu erreichen habe ich eine neue Klassenbibliothek erstellt: Sie heißt Interfaces wird per Gitea Actions automatisch in ein Nuget Paket gebaut und in der Gitea Actions Nuget Registry veröffentlicht. Dieses Nuget Paket wird dann in jedem notwendigen Modul als Dependency hinzugefügt und damit kann man Modulübergreifend auf die Services und das IReporting Component zugreifen.

Die Implementierung des IReportingComponents stellt nur eine Property (ReportType, welche den TypeName der Razor Komponente zurückliefert, damit Dynamic Component sie laden kann) und eine Methode (ConstructParameterList, welche das Parameter Dictionary erstellt. Nur zwecks Typensicherheit eingefügt) bereit. Mit dem Dynamic Component von Razor ist es möglich, per C# Code unterschiedliche Komponenten zu rendern und damit auch die per DI injizierte Klasse.

@inject IReportUI ReportUI

<DynamicComponent
  Type="@ReportUI.ReportType"
  Parameters="@ReportUI.ConstructParameterList(_item, RenderModeBoundary)"
/>

@code {
  private IReportable _item;
}

Die Bereitstellung des Moduls geschieht im AdminModules Modul.

Event Registration

Dieses Modul ermöglicht es Administratoren und Absolventen, Veranstaltungen zu erstellen, auf der Seite zu veröffentlichen und zu verwalten, während Mitglieder ihre Teilnahme direkt über das Portal bestätigen oder absagen können. Dieses Modul dient der organisatorischen Unterstützung von Absolvententreffen und anderen Vereinsaktivitäten. Dieses Modul wurde gemeinsam mit Adam Gaiswinkler geschrieben, wobei er sich um die Darstellung der Events im Frontend gekümmert hat, während ich mich der Infrastruktur im Hintergrund angenommen habe.

Backend und Datenhaltung

Die serverseitige Implementierung basiert auf dem Repository-Pattern des Oqtane-Frameworks. Hierbei kommen zwei zentrale Repositories zum Einsatz:

Das EventRepository verwaltet die Metadaten der Veranstaltungen wie Name, Beschreibung, Datum und Ort. Das ResponseRepository speichert die Rückmeldungen der Benutzer. Ein Eintrag verknüpft dabei die UserId mit der EventId und dem Status der Rückmeldung. Die Kommunikation zwischen dem Client und dem Server erfolgt über einen REST-API-Controller EventRegistrationController, der sicherstellt, dass nur autorisierte Benutzer Änderungen vornehmen oder detaillierte Statistiken einsehen können.

Entity Relationship Diagram

\

%%| filename: erd-event-registration
%%| fig-cap: ER Diagramm des Event Registration Moduls
erDiagram
    direction LR
    EVENT ||--o{ RESPONSE : "has"
    EVENT {
        int EventId PK
        int ModuleId
        string Name
        string Description
        datetime EventDate
        string Location
        string CreatedBy
        datetime CreatedOn
        string ModifiedBy
        datetime ModifiedOn
    }
    RESPONSE {
        int EventResponseId PK
        bool ResponseType
        int OwnerId FK
        int EventRegistrationId FK
        int ModuleId
        string CreatedBy
        datetime CreatedOn
        string ModifiedBy
        datetime ModifiedOn
    }
    USER ||--o{ RESPONSE : "has"
    USER {
        int UserId PK
    }

Statistik und Visualisierung

Ein wesentlicher Teil der administrativen Ansicht ist die Visualisierung der Anmeldezahlen. Hierfür wurde eine Integration von Chart.js realisiert, um den aktuellen Stand der Rückmeldungen grafisch aufzubereiten.

Um die Brücke zwischen dem C#-basierten Blazor-Frontend und der JavaScript-Bibliothek Chart.js zu schlagen, wurde ein dedizierter Interop-Service implementiert. Der Ablauf der grafischen Darstellung gestaltet sich wie folgt:

1. Datenaufbereitung: In der Edit-Komponente werden alle Rückmeldungen zu einem Event geladen und nach ihrem Typ, oder beliebigen anderen Merkmalen aggregiert.
2. JS-Interop: Über die CreateChart-Methode der Interop-Klasse wird die JavaScript-Funktion createChart in der Module.js aufgerufen. Dabei werden die aggregierten Daten, Beschriftungen und Konfigurationsoptionen übergeben.
3. Canvas-Rendering: Die JavaScript-Logik erzeugt dynamisch ein HTML5-canvas-Element innerhalb eines Container-Divs und initialisiert daraufhin die Chart.js-Instanz, welche ein übersichtliches Pie-Chart mit den Registrierungsstatistiken rendert.

Durch diese Trennung bleibt die Geschäftslogik im C#-Code, während für die performante und ansprechende Darstellung auf etablierte Web-Technologien zurückgegriffen wird.

Schwarzes Brett

Das Modul "Schwarzes Brett" dient als digitale Anschlagtafel für den Absolventenverein. Mitglieder können hier Gesuche, Angebote oder allgemeine Informationen veröffentlichen. Es stellt eine zentrale Informationsdrehscheibe dar, die den informellen Austausch innerhalb des Vereins fördern soll.

Struktur und Anzeige

{ latex-placement="ht" }

Die Anzeige der Einträge erfolgt in einer responsiven Grid-Ansicht (Index-Komponente), wobei jeder Eintrag als Karte (Card) dargestellt wird. Dieses Design sorgt für eine übersichtliche Präsentation auch bei einer größeren Anzahl von Mitteilungen.

• Bilderunterstützung: Das Modul nutzt die Oqtane-interne Dateiverwaltung. Wenn ein Bild für einen Eintrag hochgeladen wurde, wird dieses über einen Image-Proxy skaliert und als Vorschaubild angezeigt. Fehlt ein Bild, wird ein konsistenter Platzhalter verwendet, um das visuelle Gleichgewicht der Grid-Ansicht zu wahren.
• Detailansicht: Die Details-Komponente bietet eine fokussierte Ansicht des Eintrags mit vollständiger HTML-Beschreibung, die über einen Rich-Text-Editor gepflegt werden kann. Ergänzt wird dies durch Metadaten wie Erstellungsdatum und Autor.

Automatisierter E-Mail-Digest

Um die Mitglieder regelmäßig über neue Inhalte zu informieren, wurde ein automatisierter Cronjob implementiert. Dieser Job läuft im Hintergrund des Oqtane-Frameworks und führt folgende Schritte aus:

• Filterung: Der Job identifiziert alle Einträge, die seit dem letzten Versand erstellt wurden.
• Zielgruppenselektion: Es werden alle Benutzer identifiziert, die der Rolle "Absolventen" angehören.
• Zusammenstellung: Für jeden dieser Benutzer wird eine personalisierte Email-Notification generiert, welche eine Zusammenfassung der neuen Einträge enthält.
• Versand: Die generierten Notifications werden in die Warteschlange der Notification-Infrastruktur eingereiht und sukzessive versendet. Integration des Reporting-Systems

Reporting System

Ein wichtiges Merkmal des Schwarzen Bretts zur Sicherstellung der Inhaltsqualität ist die Anbindung an das globale Reporting-System (siehe 5.4). In der Detailansicht wird über Dependency Injection die IReportUI-Komponente eingebunden. Mithilfe der DynamicComponent von Blazor wird die Melde-Funktion nahtlos in die Oberfläche des Moduls integriert. Dadurch können unangemessene Inhalte direkt von Benutzern gemeldet werden.

Technischer Hintergrund

Auf der Serverseite folgt das Modul dem etablierten Muster mit einem BlackBoardRepository für den effizienten Datenbankzugriff und einem BlackBoardController für die API-Bereitstellung. Die Implementierung des Scheduled Jobs als HostedServiceBase ermöglicht eine tiefe Integration in die Oqtane-Infrastruktur bei gleichzeitig geringem Ressourcenverbrauch.

Learnings

Produktion != Staging

Ein Learning, welches doch relativ schnell aufkam ist im Bereich der IT eigentlich kein unbekanntes. Wir hatten dieses Learning relativ bald, im Frühling 2025, als die ersten Probleme mit dem Deployment von Oqtane aufkamen. Oqtane war zwar in unserer Entwicklungsumgebung sehr einfach zum einrichten gewesen, das Deployment in der Cloud vom Hetzner war jedoch geplagt von Problemen. Im Zeitraum von Mai bis Okober hatten wir keine laufende Produktivumgebung. Dadurch sind wir mit dieser Diplomarbeit auch in Zeitverzug gekommen. Hätte ich mich vor dem Start der Diplomarbeit mit dem Deployment von Oqtane auseinander gesetzt, dann wäre das in Probleme mit Oqtane beschriebene Problem früher aufgekommen und der Zeitverzug wäre nicht so groß, oder noch ganz vermeidbar gewesen.

Teamleitung (Motivation / Downsizing)

Nachdem ich mich von Anfang an volkommen in das Deploymentproblem von Oqtane gestürzt habe, habe ich meine Rolle als Teamleitung etwas schleifen lassen. Dadurch fehlte bei einigen Teammitgliedern initial die Identifikation mit dem Projekt und in weitererfolge auch die Motivation an diesem Projekt mitzuarbeiten. Nachdem im Verlauf des Frühlings und über den Sommer von der hälfte des Teams trotz Besprechungen und Mahnungen keine Beiträge zu dem Projekt kamen, haben Hr. Prof. Gürth und ich uns dazu entschieden uns von 2 Personen vor unterschreiben des Projektantrages zu trennen. Grund dazu war die Angst, die mangelnde Motivation zieht das restliche Team mit hinunter. Wir wollten uns trotz des Downsizings nicht an Funktionalitäten sparen und haben uns für das nächste halbe bis dreiviertel Jahr einen ziemlich strikten Zeitplan vorgenommen.

Arbeitszeiteinschätzung (Zeitverzug)

Ein wesentliches Learning aus dem Projektverlauf war die Diskrepanz zwischen der initialen Planung und dem tatsächlichen Aufwand. Ursprünglich wurde der Zeitaufwand für das Aufsetzen der Infrastruktur und die Einarbeitung in das Oqtane-Framework auf etwa drei Wochen geschätzt. In der Realität nahm dieser Prozess jedoch mehrere Monate in Anspruch.

Es gibt mehrere Gründe dafür:

• Fehlende oder nur schlechte Dokumentation von Oqtane: Einige Probleme im Deployment wurden in langer und mühseliger Arbeit auseinander gebrochen und in weitere immer kleinere Probleme unterteilt. Dadurch, dass wir alle keine Erfahrung mit der Entwicklung und dem Deployment von ASP.NET Code Anwendungen hatten und die Dokumentation doch schlecht war, blieb uns manchmal nichts anderes übrig als mit WireShark den Netzwerktraffic mit zu schneiden und nebenbei im Git Repository die geloggten Zeilen Code zu finden und so das Framework von innen heraus kennen zu lernen. Dadurch hatte ich dann nach einer Einarbeitungszeit von 4 Monaten ziemlich jede Stelle im Sourcecode von Oqtane gesehen und finde mich um das schneller zurecht.
• Team-Konsolidierung: Durch das notwendige Downsizing des Teams mussten Aufgaben neu verteilt werden, was die individuelle Arbeitslast erhöhte und die Konzentration auf die Kernentwicklung zeitweise verzögert hat.
• Abhängigkeit von der Infrastruktur: Dadurch, dass wir bis in den Oktober / November hinein nicht wussten, ob wir weiter bei Oqtane bleiben können, haben die anderen Teammitglieder nicht mit der sinnvollen Entwicklung ihrer Module starten können. Zitat: "Und was wenn wir am Ende doch noch das CMS umstellen müssen?" => Auch wenn der Auftrag war, mit der Modulentwicklung zu starten war die Motivation meiner Teammitglieder nicht so hoch. Selbst wenn sie nicht direkt von der Infrastruktur mit der Ausführung ihrer Aufgaben abhängig waren, motiviert waren sie wegen der Umstände auch nicht.

Reaktion auf den Verzug: Um das Projektziel dennoch zu erreichen, wurde der Zeitplan im Herbst 2025 massiv gestrafft. Durch die Umstellung auf einen strikteren 14-tägigen Sprint-Rhythmus und die Priorisierung von Core-Funktionalitäten (MVP-Ansatz) konnte der Rückstand teilweise aufgeholt werden.

Fazit: Die Erfahrung zeigt, dass gerade bei "Nischen-Frameworks" wie Oqtane ein deutlich höherer Puffer für die Einarbeitungs- und Infrastrukturphase (Faktor 2 bis 3 der ursprünglichen Schätzung) eingeplant werden muss.

90% fertig, oder fertig?: Es gibt einige "Regeln", wie: das Paretoprinzip, Hofstadter’s Law und die 90-90 Regel. Letztere wurde im Jahr 1985 von Jon Bentley in einer Kolumne "Programming pearls" veröffentlicht. Ausgeschrieben lautet sie:

[Rule of Credibility] The first 90 percent of the code accounts for the first 90 percent of the development time. The remaining 10 percent of the code accounts for the other 90 percent of the development time. (Jon Bentley. 1985. Programmimg pearls. Commun. ACM 28, 9 (Sept. 1985), 896–901. https://doi.org/10.1145/4284.315122) [@bentley1985programming] Diese Diplomarbeit liefert weitere Evidenz, dass diese Faustregel stimmt.

Sprints und Meetings (in Zukunft ja asynchron)

Ein zentrales Problem in unserer ursprünglichen Arbeitsweise war die Kopplung von Besprechungsterminen mit festen „Commit-Deadlines“ (dem Ende des aktuellen Sprint zyklusses). Da wir uns einmal pro Woche für sechs Stunden am Stück trafen, entstand ein destruktives Muster:

• Der "Last-Minute-Commit"-Druck: In den Stunden unmittelbar vor dem Meeting wurden Aufgaben unter Zeitdruck abgeschlossen, um im Meeting Fortschritte präsentieren zu können. Dies führte dazu, dass unfertiger oder unzureichend getesteter Code („Quick and Dirty“) in das Repository gepusht wurde.
• Fehlende Review-Kultur: Da die Commits erst kurz vor dem Meeting eintrafen, blieb dem restlichen Team keine Zeit für fundierte Code-Reviews. Die Besprechungszeit wurde somit für die Fehlersuche statt für strategische Planung genutzt.
• Ineffizienz: Lange Präsenz-Meetings blockierten wertvolle Entwicklungszeit, ohne die technische Qualität zu steigern.

Lösungsansatz: Meetings und Besprechungen asynchron zueinander setzen.

• Asynchrone Daily-Updates: Statusberichte erfolgen schriftlich (z. B. in Gitea Issues oder YouTrack), nicht mehr in stundenlangen Call-Marathons. Das nimmt den zeitlichen Druck vom einzelnen Entwickler. Oder zumindest in kurzen Commitnachrichten, welche am Ende des Tages automatisch an alle Teammitglieder zum Überblick gesendet werden (eventuell mit @username tagging, um eine Person nochmal genau anzusprechen)
• Review-First-Policy: Ein Feature gilt erst dann als „fertig“, wenn es einen asynchronen Code-Review-Prozess durchlaufen hat. Das Meeting dient nur noch der Klärung von Blockern, nicht der Präsentation von Code. Das war eigentlich schon von Anfang an in unserer Definition of Done festgelegt worden.
• Entkoppelung von Meeting und Deadline: Meetings sollten der Synchronisation dienen, während die Abgabe von Arbeitspaketen kontinuierlich (Continuous Integration) erfolgen muss, um Lastspitzen (in der [Gitea Actions](#Continuous Integration) Pipeline) am Tag der Besprechung zu vermeiden.

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