對象中間件之Java RMI

作者：orangelizq   2007-11-30

一、中間件簡介

1.1 中間件的定義

中間件(middleware)是基礎(chǔ)軟件的一大類，屬于可復(fù)用的軟件范疇。中間件在操作系統(tǒng)軟件，網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫之上，應(yīng)用軟件之下，總的作用是為處于自己上層的應(yīng)用軟件提供運行于開發(fā)的環(huán)境，幫助用戶靈活、高效的開發(fā)和集成復(fù)雜的應(yīng)用軟件。^[1]

IDC對中間件的定義為：中間件是一種獨立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，分布式應(yīng)用軟件借助這種軟件在不同的技術(shù)之間共享資源，中間件定位于客戶機(jī)服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上，管理計算機(jī)資源和網(wǎng)絡(luò)通信。

因而中間件是指一類軟件，是基于分布式處理的軟件，最突出的特點是其網(wǎng)絡(luò)通信功能。也可認(rèn)為中間件是位于平臺和應(yīng)用之間的通用服務(wù)，這些服務(wù)具有標(biāo)準(zhǔn)的程序接口和協(xié)議。針對不同的操作系統(tǒng)和硬件平臺，可以有符合接口和協(xié)議的多種實現(xiàn)。

圖1.1 中間件

1.2 中間件的分類

按照IDC的分類方法，中間件可分為六類：^[1]

1)        終端仿真/屏幕轉(zhuǎn)換

2)        數(shù)據(jù)訪問中間件（UDA）

3)        遠(yuǎn)程過程調(diào)用中間件（RPC）

4)        消息中間件（MOM）

5)        交易中間件（TPM）

6)        對象中間件

然而在實際應(yīng)用中，一般將中間件分為兩大類：一類是底層中間件，用于支撐單個應(yīng)用系統(tǒng)或解決一類問題，包括交易中間件、應(yīng)用服務(wù)器、消息中間件、數(shù)據(jù)訪問中間件等；另一類是高層中間件，更多的用于系統(tǒng)整合，包括企業(yè)應(yīng)用集成中間件、工作流中間件、門戶中間件等，他們通常會與多個應(yīng)用系統(tǒng)打交道，在系統(tǒng)中層次較高，并大多基于前一類的底層中間件運行。

1.2.1 終端仿真/屏幕轉(zhuǎn)換

此類中間件用于實現(xiàn)客戶機(jī)圖形用戶接口與已有的字符接口方式的服務(wù)器應(yīng)用程序之間的互操作，應(yīng)用與早期的大型機(jī)系統(tǒng)，現(xiàn)在已很少使用。

1.2.2 數(shù)據(jù)訪問中間件

此類中間件是為了建立數(shù)據(jù)應(yīng)用資源互操作的模式，對異構(gòu)環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫或文件系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)接。

1.2.3 遠(yuǎn)程過程調(diào)用中間件

此類中間件可以使開發(fā)人員在需要時調(diào)用位于遠(yuǎn)端服務(wù)器上的過程，屏蔽了在調(diào)用過程中的通信細(xì)節(jié)。一個應(yīng)用程序使用RPC來遠(yuǎn)程執(zhí)行一個位于不同地址空間里的過程，在效果上看和執(zhí)行本地調(diào)用相同。

1.2.4 交易中間件

此類中間件是專門針對聯(lián)機(jī)交易系統(tǒng)而設(shè)計的。聯(lián)機(jī)交易系統(tǒng)需要處理大量并發(fā)進(jìn)程，處理并發(fā)涉及到操作系統(tǒng)，文件系統(tǒng)，編程語言，數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，系統(tǒng)管理，應(yīng)用軟件等。而交易中間件根據(jù)分布式交易處理的標(biāo)準(zhǔn)及參考模型，對資源管理，交易管理和應(yīng)用進(jìn)行了實現(xiàn)，從而使得基于交易中間件開發(fā)應(yīng)用程序更為簡單。交易中間件基本上只適用于聯(lián)機(jī)交易系統(tǒng)，是一種較為專用的中間件。

1.2.5 消息中間件

此類中間件是指利用高效可靠的消息傳遞機(jī)制進(jìn)行平臺無關(guān)的數(shù)據(jù)交流，并基于數(shù)據(jù)通信來進(jìn)行分布式系統(tǒng)的集成。通過提供消息傳遞和消息排隊模型，它可以在分布式環(huán)境下擴(kuò)展進(jìn)程間的通信。

消息中間件可以即支持同步方式，又支持異步方式。異步中間件比同步中間件具有更強(qiáng)的容錯性，在系統(tǒng)故障時可以保證消息的正常傳輸。異步中間件技術(shù)又分為兩類：廣播方式和發(fā)布/訂閱方式。由于發(fā)布/訂閱方式可以指定哪種類型的用戶可以接受哪種類型的消息，更加有針對性，事實上已成為異步中間件的非正式標(biāo)準(zhǔn)。目前主流的消息中間件產(chǎn)品有IBM的MQSeries，BEA的MessageQ和Sun的JMS等。

1.2.6 對象中間件

傳統(tǒng)的對象技術(shù)通過封裝、繼承及多態(tài)提供了良好的代碼重用功能。但這些對象只存在與一個程序中，外界并不知道它們的存在，也無法訪問它們。對象中間件提供了一個標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建框架，能使不同廠家的軟件通過不同的地址空間，網(wǎng)絡(luò)和操作系統(tǒng)實現(xiàn)交互訪問。對象中間件的目標(biāo)是為軟件用戶及開發(fā)者提供一種應(yīng)用級的即插即用的互操作性。目前主流的對象中間件有OMG的CORBA，Microsoft 的COM以及IBM的SOM，Sun的RMI等。

1.3 中間件的特點

一般來講，中間件具有以下一些特點：滿足大量應(yīng)用的需求，運行于多種硬件和操作系統(tǒng)平臺，支持分布式計算，支持標(biāo)準(zhǔn)接口和協(xié)議。開發(fā)人員通過調(diào)用中間件提供的大量API，實現(xiàn)異構(gòu)環(huán)境的通信，從而屏蔽異構(gòu)系統(tǒng)中復(fù)雜的操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

由于標(biāo)準(zhǔn)接口對于可移植性和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議對于互操作性的重要性，中間件已成為許多標(biāo)準(zhǔn)化工作的主要部分。分布式應(yīng)用軟件借助中間件可以在不同的技術(shù)之間共享資源。

總的來說，中間件屏蔽了底層操作系統(tǒng)的復(fù)雜性，使程序開發(fā)人員面對一個簡單而統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境，減少了程序設(shè)計的復(fù)雜性，將注意力集中與自己的業(yè)務(wù)上，不必再為程序在不同軟件系統(tǒng)上的移植而重復(fù)工作，從而大大減少了技術(shù)上的負(fù)擔(dān)。
 

二、Java RMI簡介

       Java RMI(Remote Method Invocation)是一種分布式對象技術(shù)，它允許一個Java虛擬機(jī)(JVM)調(diào)用運行在位于網(wǎng)絡(luò)中另一個地方的JVM上的對象方法。這種技術(shù)使得在多臺機(jī)器上分布資源和處理負(fù)載的想法成為可能。

    分布式對象技術(shù)正在成為分布式計算環(huán)境發(fā)展的主流方向，可以說是伴隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展起來的一種面向?qū)ο蠹夹g(shù)，其技術(shù)特點是：^[2]

1)       主要針對異構(gòu)環(huán)境下的應(yīng)用互操作問題。

2)       系統(tǒng)核心的對象管理將客戶/服務(wù)器模型與面向?qū)ο蠹夹g(shù)結(jié)合在一起。

3)       提供面向?qū)ο蟮?span lang="EN-US">API。

4)       已經(jīng)成為建立集成框架和軟件部件標(biāo)準(zhǔn)的核心技術(shù)。

       目前主要的分布式互操作標(biāo)準(zhǔn)有OMG組織的CORBA標(biāo)準(zhǔn)，Sun公司的Java RMI標(biāo)準(zhǔn)和Microsoft的OLE/COM/DCOM標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 Java RMI的體系結(jié)構(gòu)

RMI的基本體系結(jié)構(gòu)，概括起來說，由三個抽象層組成：

1.         存根/框架層(Stubs/Skeletons Layer)

RMI為我們引入了兩種特殊類型的對象，稱為存根(Stub)和框架(Skeleton),它們組成了RMI的第一層。

在遠(yuǎn)程通信的時候，要利用TCP/IP協(xié)議，做很多底層數(shù)據(jù)的打包傳輸。運用Java技術(shù)，我們先要把數(shù)據(jù)或者對象轉(zhuǎn)換成字節(jié)流(byte stream)，便于網(wǎng)絡(luò)傳輸，這個過程叫匯集(marshaling)；當(dāng)收到遠(yuǎn)程傳來的字節(jié)流后，我們要把流信息轉(zhuǎn)換成對象或者數(shù)據(jù)，這個過程叫解讀(unmarshaling),它與匯集剛好相反。

Stub和Skeleton層位于實際應(yīng)用程序之下，建立在Proxy（代理）設(shè)計方案之上。Stub類的作用是遠(yuǎn)程服務(wù)器實現(xiàn)的代理的角色，Stub是客戶方對象；Skeleton類用于幫助對象通過RMI鏈接與Stub通信，它從鏈路中讀取方法調(diào)用的參數(shù)，向遠(yuǎn)程服務(wù)實現(xiàn)對象進(jìn)行調(diào)用，接受返回值，然后再把返回值寫回到Stub。

2.         遠(yuǎn)程引用層(Remote Reference Layer)

遠(yuǎn)程引用層定義和支持著RMI連接的調(diào)用語義(semantics)。

RMI進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問要用到JRMP(Java Remote Method Protocol,即Java遠(yuǎn)程方法協(xié)議)，

這一層提供專用于JRMP的RemoteRef對象，它位于java.rmi.server包內(nèi)，代表著遠(yuǎn)程對象的一個句柄。RemoteRef使用遠(yuǎn)程引用來執(zhí)行遠(yuǎn)程對象的一個遠(yuǎn)程方法調(diào)用。

3.         傳輸層(Transport Layer)

傳輸層在JVM之間建立基于流的網(wǎng)絡(luò)連接，并且負(fù)責(zé)設(shè)置和管理這些連接。這時候，RMI使用一種線級(wire-level)協(xié)議進(jìn)行基于TCP/IP的連接，該協(xié)議就是Java遠(yuǎn)程方法協(xié)議(JRMP,即Java Remote Method Protocol)。

在JDK版本1.2開始，JRMP不再需要Skeleton,而是使用reflection來建立與遠(yuǎn)程服務(wù)的連接。為了生成Stub，我們須用rmic。

當(dāng)前的RMI實現(xiàn)中，傳輸層建立在TCP/IP基礎(chǔ)上，設(shè)計用于在客戶和服務(wù)器之間建立一條連接。

2.2 Java RMI與RPC，JMS的比較

遠(yuǎn)程對象方法調(diào)用并不是新概念，遠(yuǎn)程過程調(diào)用(RPC)已經(jīng)使用很多年了。遠(yuǎn)程過程調(diào)用被設(shè)計為在應(yīng)用程序間通信的平臺中立的方式，它不理會操作系統(tǒng)之間以及語言之間的差異。即RPC支持多種語言，而RMI只支持Java寫的應(yīng)用程序。^[1]

另外RMI調(diào)用遠(yuǎn)程對象方法，允許方法返回Java對象以及基本數(shù)據(jù)類型。而RPC不支持對象的概念，傳送到RPC服務(wù)的消息由外部數(shù)據(jù)表示(External Data Representation, XDR)語言表示，這種語言抽象了字節(jié)序類和數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)之間的差異。只有由XDR定義的數(shù)據(jù)類型才能被傳遞，RPC不允許傳遞對象。可以說RMI是面向?qū)ο蠓绞降?/span>Java RPC。

Java消息服務(wù) ( Java Messaging Service, JMS )是一種允許應(yīng)用程序創(chuàng)建、發(fā)送、接受和讀取消息的Java API。JMS與RMI的區(qū)別在于，采用JMS服務(wù)，對象是在物理上被異步從網(wǎng)絡(luò)的某個JVM上直接移動到另一個JVM上。而RMI對象是綁定在本地JVM中，只有函數(shù)參數(shù)和返回值是通過網(wǎng)絡(luò)傳送的。

2.3 Java RMI與CORBA，DCOM的比較

CORBA是90年代初有OMG組織提出的一個分布式互操作標(biāo)準(zhǔn)，屬于語言中立的。而RMI直接把分布式對象模型嵌入到Java語言的內(nèi)部，使得Java程序員可以自然的編寫分布式程序，不必離開Java環(huán)境，或者涉及CORBA IDL以及Java到CORBA的類型轉(zhuǎn)換。然而RMI不遵守CORBA標(biāo)準(zhǔn)，基本上是Java-to-Java技術(shù)，難以實現(xiàn)與其他語言編寫的對象之間的互操作。^[1]

RMI 和 CORBA 常被視為相互競爭的技術(shù)，因為兩者都提供對遠(yuǎn)程分布式對象的透明訪問。但這兩種技術(shù)實際上是相互補充的，一者的長處正好可以彌補另一者的短處。RMI 和 CORBA 的結(jié)合產(chǎn)生了 RMI-IIOP，RMI-IIOP 是企業(yè)服務(wù)器端 Java 開發(fā)的基礎(chǔ)。

1997 年，IBM 和 Sun Microsystems啟動了一項旨在促進(jìn) Java 作為企業(yè)開發(fā)技術(shù)的發(fā)展的合作計劃。兩家公司特別著力于如何將 Java 用作服務(wù)器端語言，生成可以結(jié)合進(jìn)現(xiàn)有體系結(jié)構(gòu)的企業(yè)級代碼。所需要的就是一種遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)，它兼有 Java 的 RMI（Remote Method Invocation，遠(yuǎn)程方法調(diào)用）較少的資源占用量和更成熟的 CORBA（Common Object Request Broker Architecture，公共對象請求代理體系結(jié)構(gòu)）技術(shù)的健壯性。出于這一需要，RMI-IIOP問世了，它幫助將 Java 語言推向了目前服務(wù)器端企業(yè)開發(fā)的主流語言的領(lǐng)先地位。

DCOM是從COM改造過來的，COM這一技術(shù)部分是作為規(guī)范，定義了對象實現(xiàn)的二進(jìn)制標(biāo)準(zhǔn)，用于單機(jī)上應(yīng)用之間的通信，對象實現(xiàn)與使用的語言無關(guān)。DCOM是COM的分布式擴(kuò)展，在DCE RPC之上構(gòu)造對象的遠(yuǎn)程過程調(diào)用層支持對遠(yuǎn)程對象的訪問。一個DCOM對象是支持一個或多個接口的組件。DCOM對象不支持對象ID，因此，客戶程序不能與某個特定的對象發(fā)生聯(lián)系。