（计算数学专业论文）一种支持qos的web服务事务中间件研究与实现.pdf

摘要 可信的w e b 服务需要引入w e b 服务事务来保证。学术界和工业 界借鉴了传统事务的一些技术和经验，提出了w e b 服务事务的规范 和协议来解决w e b 服务的事务问题。但w e b 服务事务和传统事务的 差异比较大，出现了很多新的问题。现有规范和协议不是很完善，不 能很好的解决w e b 服务事务应用中存在的问题。 本文通过对传统事务和w 曲服务事务的协调模型以及协调协议 的研究，发现w e b 服务事务参与各方存在紧耦合的问题。为解决这 个问题，本文提出了一个解耦的w e b 服务事务中间件模型的架构以 及具体实现。本文的主要工作包括以下几个方面： 1 ) 提出了w e b 服务事务中间件模型的架构设计，对参与w e b 服务事务的各部分( 应用程序、协调器、服务提供方) 进行 了解耦，使应用程序与协调器不再紧耦合，提高了协调器的 通用性，使之能够作为独立的第三方软件出现，成为w e b 服 务事务中间件；事务中间件各模块的功能接口都发布为w e b 服务，从而提高了系统的灵活性，可扩展性。 2 ) 在事务中间件模型的基础上，引入了q o s 管理器。本文根据 事务处理的需要给出了w e b 服务q o s 属性定义，应用程序根 据业务需求选择q o s 值最优的w e b 服务进行调用。基于服务 提供者对服务调用者有q o s 的偏好选择，给出了事务中q o s 属性值的标准化方法及其q o s 综合评价的计算模型，体现了 服务提供方的自治性，保证了服务提供方的利益。服务提供 者使用q o s 管理器来对应用程序的q o s 属性值进行计算，从 而决定服务提供方是否响应此次调用。本文采用能自动修正 不满足一致性的判断矩阵的层次分析法来计算q o s 属性的权 重，使事务处理保证完全自动性和连续性； 3 ) 对w e b 服务原子事务模型和协调协议进行了设计与实现，对 w e b 服务业务活动的协调协议进行了扩展，并对业务活动的 补偿进行了研究，提出了配置文件的形式来确定补偿操作的 尝试。 关键词：w e b 服务，原子事务，业务活动，服务质量 i i a b s t r a c t t oe n s u r et h ec r e d i b l eo fw e bs e r v i c e s ，i tn e e dw e bs e r v i c e t r a n s a c t i o n s o m et e c h n o l o g yo f c o n v e n t i o nt r a n s a c t i o na n d e x p e r i e n c eisu s e df o rr e f e r e n c eb ya c a d e m ea n din d u s t r yt o p r o p o s es p e c i f i c a t i o no ft r a n s a c t i o nf o rw e bs e r v i c e s ， s oa s t os o l v e t h e p r o b l e m o ft h et r a n s a c ti o nf o rw e b s e r v i c e s h o w e v e r ，t h es p e c i f i c a t i o ni sn o ts om u c hp e r f e c t ， f o rt h e r ei sm u c hd i f f e r e n c eb e t w e e nt r a d i t i o n a lt r a n s a c t i o n a n d w e bs e r v i c e st r a n s a c t i o n ，a n ds o m en e wp r o b l e m sa p p e a r ，i t c a n ts o l v et h ep r o b l e m si na p p l i c a t i o no fw e bs e r v i c e s t r a n s a c t i o n s os t i l ll o t so ft h i n g ss h o u l db es t u d i e d i nt h i sp a p e r ，t h em o d e la n ds p e c i f i c a t i o no ft r a n s a c t i o n w e r ed is c u s s e d ，b a s e do nt h et r a d i ti o n a lt r a n s a c ti o na n dw e b s e r v i c et r a n s a c t i o n w ef o u n dt h a tt i g h tc o u p li n ge x i s t e di n e a c hp a r t i c i p a n to ft r a n s a c t i o n ，w h i c hi sd i s o b e yt h ep r i n c i p l e o fl o o s ec o u p li n g s ow ep r e s e n t e da r c h it e c t u r eo fd e c o u p l e d w e bs e r v i c et r a n s a c t i o nm i d d l e w a r e ，a n dr e a l i z e di t o u rw o r k i n c l u d es e v e r a la s p e c tb e ll o w s ： 1 ) d e s i g n e d t h ea r c h i t e c t u r eo ft h ew e bs e r v i c e t r a n s a c ti o nm i d d l e w a r e ：d e c o u p l e de a c hp a r to fw e b s e r v i c et r a n s a c t i o n( s u c ha s a p p l i c a t i o n p r o g r a m，c o o r d i n a t i o n a n ds e r v i c e p r o v i d e r ) ，s o d e c o u p l e dt h ea p p l i c a t i o np r o g r a ma n dc o o r d i n a t i o n ， a n di m p r o v e dt h eu n i v e r s a li t yo fc o o r d i n a t i o n ，m a d ei t a p p e a r si n d e p e n d e n t1 ya sat h i r dp a r ts o f t w a r e ，t ob e aw e bs e r v i c e st r a n s a c t i o nm i d d l e w a r e e v e r ym o d u l eo f i i i t r a n s a c t i o nm i d d l e w a r e w e r e p u b l i s h e d t ow e b s e r v i c e s oo u rs y s t e mg e tb e t t e rf l e x i b i l i t ya n d e x p a n d a b ili t y 2 ) o nt h eb a s i so ft h et r a n s a c t i o nm i d d l e w a r em o d e l ，w e p r o p o s e d t h eq o sm a n a g e r w eh a v ed e sig n e dq o s a t t r i b u t e so fw e bs e r v i c e sd e f i n i t i o n a c c o r d i n gt ot h e s e r v i c ep r o v i d e r sq o sp r e f e r e n c et os e r v i c ei n v o k e r ， w ep r e s e n taw a yt os t a n d a r dt h ev a l u eo fq o sa t t r i b u t e a n dt h ec o m p u t i n gm o d e lf o rt h es y n t h e t i ce v a l u a t i o nf o r q o s ，e m b o d ya u t o n o m yo fs e r v i c ep r o v i d e ra n de n s u r ei t s b e n i f i t i nt h i sp a p e r ，w eu s e dl a y e ra n a l y s i sm e t h o d ， t h a tc a na u t o m a t ec o r r e c ti n gt h ej u d g em a t r i xw h ic his n o ts a t i s f yt h ec o n s i s t e n c y ，t oc o m p u t et h ew e i g h to f q o sa t t r i b u t e ，s oa st om a k et h et r a n s a c t i o np r o c e s s t oe n s u r et h ea u t o m a t i c i t ya n dc o n t i n u i t y 3 ) w eh a v ed e s i g n e da n di m p l e m e n t e dw e bs e r v i c e sa t o m i c t r a n s a c t i o nm o d e la n dc o o r d i n a t i o np r o t o c 0 1 e x t e n d e d t h ec o o r d i n a t i o n s p e c i f i c a t i o n f o rw e bs e r v i c e s b u s i n e s s a c t i v i t y ，s t u d y t h e c o m p e n s a t i o n o ft h e b u s i n e s sa c t i v i t y ，a n dc h o o s et h ew a yo fc o m p e n s a t e a c t i o nb yc o n f i gf i l e k e yw o r d s ：w e bs e r v i c e s ，a t o m i ct r a n s a c t i o n ，b u s i n e s sa c t i v i t y ， o o s i v 湖南师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：j 志j 志。封妇6 年 月岁日 湖南师范大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属湖南师范大学。 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南师范大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 一 ( 请在以上相应方框内打“ ”) 作者签名：j 薏1r 己t 效日期：如口彦年6 月 日 导师签名：蔼春岛 日期：加8 年6 月6 日 一种支持q o s 的w e b 服务事务中间件研究与实现 1 1 课题背景 1绪论 在9 0 年代后期，随着互联网和调子商务的发展，人们对基于w e b 的分布式计算技术的需求越来越大，但当时的技术都无法满足人们的 需求。为满足应用的需求，w e b 服务( w e bs e r v i c e s ) 应运而生。w e b 服务背后的基本思想，就是使应用程序也具有w e b 分布式编程模型 的松散耦合性。w e b 服务提供一个建立分布式应用的平台，使得运行 在不同操作系统和不同设备上的软件、用不同的程序语言和不同厂商 的软件开发工具开发的软件、所有可能的已开发和部署的软件，能够 利用这一平台实现分布式计算的目的。随着应用的深入，单个的w e b 服务不能满足实际需要，使用工作流技术或通过w e b 服务实现调用 下层w e b 服务，可把网络平台上的来自不同组织的w e b 服务聚集为 更复杂的服务来提供强大的服务功能即w e b 服务组合。 事务处理起源于关系数据库，同时也是构建可靠的分布式应用程 序中的基本概念。它是一种用来确保应用程序中的所有参与方都能达 到彼此已达成协定的输出结果的机制【。传统的事务模型并不适合松 耦合的自治、异构、动态的w 曲s e r v i c e s 环境，主要是因为对于w e b s e r v i c e s 环境，原子性要求过于严格。w e b 服务基于x m l 进行互操 作，其合成具有动态性，参与的服务数量众多，环境更为松散复杂。 处于这种环境中的事务更加复杂、灵活，且通常运行时间较长，传统 的锁机制和恢复机制不再适用。因此，w e b 服务事务模型应该放松对 原子性和隔离性的要求。工业界和学术界都非常关注w e bs e r v i c e s 中 事务的研究。2 0 0 1 年惠普公司、甲骨文公司及b e a 公司组成的联盟 开始着手创建o a s i sb u s i n e s st r a n s a c t i o np r o t o c o l ( b t p ) 1 2 1 标准，它 主要针对松散耦合领域中的企业到企业的事务处理，比如w e b 服 硕士学位论文 务。2 0 0 2 年i b m 、m i c r o s o f t 等共同制定了w e b 服务协调( w e bs e r v i c e s c o o r d i n a t i o n ，w s c ) 【3 】及w r e b 服务事务处理( w e bs e r v i c e s t r a n s a c t i o n s ，w s t ) 【4 j ，w s t 之后被分为w s a t o r n i c t r a n s a c t i o n ( w s a t ) 嘲和w s b u s i n e s s a c t i v i t y ( w s b a ) 旧。w s a t 是针对原子 事务的协议。w s b a 是针对长期运行的事务，放松了原子性和隔离 性，但对出现异常的补偿机制没有提出具体有效的方法。 w s c o o r d i n a t i o n 描述了可以容纳多种协调协议的w e b 服务事务处理 框架，使用w s c o o r d i n a t i o n 和w s t 组建的w e b 服务事务处理模型 大多存在参与事务的各实体紧耦合的问题，这违反了面向服务架构 ( s e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e s o a ) 原则。 针对这些问题，本文中提出了一个w e b 服务事务模型，该模型 能够处理原子事务和业务活动。通过配置文件提供了有效的补偿技 术，既不需要在整个事务过程中锁定资源，也不会由于取消某个子事 务而撤销整个事务，提高了应用的并发度和系统效率。并对参与事务 的各部分进行了解耦。同时，本文还对w e b 服务事务的协调协议进 行了扩展，引入了q o s 机制体现了参与者的自主意识。 1 2 研究现状 当前w e b 服务事务规范还存在不少问题，面临不少困难。例如 传统事务的a c i d 特性，w e b 服务事务里怎么处理；w e b 服务事务参 与者分散于互联网上，w e b 服务事务需要更高的可靠性和可用性等 等。研究人员把事务研究的重点放在了事务模型，协调协议、调度算 法以及补偿算法上。 ， 参考文献【7 】提出了一个事务保障参考框架，该框架提出了事务特 性注册环境来注册w e b 服务的事务特性。整个业务过程的运行分为预 处理阶段和正式处理阶段。通过预处理阶段试探性操作减少加锁时间 和补偿的可能性来支持业务流程的可靠运行。+ 一种支持q o s 的w e b 服务事务中间件研究与实现 参考文献 8 】分析了补偿事务后，提出了补偿事务的产生策略以及 执行方法。在其事务架构中引入了代理机制，其优点是可以减少对系 统资源的消耗；此外还能够使用多线程技术。 参考文献 9 提出一个扩展的两阶段提交协议。主要扩展部分是： 当参与者收到“准备提交消息后，它检查是否能提交本地事务，并 发送接受或拒绝的消息给协调者。只要有一个参与者拒绝协调者则通 知所有参与者回滚。 在经典分布式事务环境中，所有的资源都被动地、无条件地服从 事务协调者的安排。在w 曲服务事务环境中，每一个资源提供者都各 自寻求自身利益最大的事务管理策略。参考文献 1 0 提出，在w 曲服 务事务处理阶段之前引入一个独立的资源协商过程，通过一种基于整 数规划的增量式动态优化模型，确保了资源的合理分配和利用。 常见的w e b 服务都是根据互联网的尽力而为的服务模型平等地 处理所有到来的请求；大多数的w r e b 服务采用f i f o 的调度策略，在负 载较重的情况下不加区别地丢弃请求，使通过网络q o s 机制实现的性 能改进受到严重损害。参考文献【1 1 】提出了w r e b 服务事务q o s 管理的 计算模型和基于q o s 的两阶段主动提交协议。 现有的事务规范并不完善，规范有些模糊不清，缺少精确和详尽 的标准，没有提供一个协议参与者行为的详尽描述，总之还存在不少 缺陷。针对这些情况，有人提出了事务中间件的概念，试图把协调从 业务逻辑隔离开。事务中间件的主要功能就是管理协调上下文和协调 协议的执行。 从近期事务研究的文章中可以发现，研究人员提出了不少的事务 模型、协调调度算法，扩展了许多协调协议，试图找出解决w e b 服务 事务的途径，但是这些协议定义得比较泛泛，实施起来很困难，因此 依然存在不少问题等待解决。现在有少数公司或团体找到了一些解决 的办法。i b m 的w e b s p h e r ea p p l i c a t i o ns e r v e r v 2 从v e r s i o n 6 0 开始支持 硕士学位论文 w s c 和w s a t ，到最近的v e r s i o n 6 1 开始支持w s b a 。实现了对 w s t r a n s a c t i o n 族的完全支持。在开源软件方面有a p a c h e 的k a n d u l a t l 3 1 处于领先水平，对w s t 实现了一些支持。 1 3 事务处理技术及相关研究 1 3 1 事务的模型 随着计算机技术特别是数据库技术的发展，事务概念也在飞速的 变化中。在数据库事务模型的基础上提出了高级事务模型 a t m ( a d v a n c e dt r a n s a c t i o nm o d e l ) ，主要是为了解决长事务问题，包 括s a g a s 0 4 1 、多层事务模型、嵌套事务模型【1 5 1 、分支汇合事务模型、 柔性事务模型、a c t a 等。高级事务模型通常把一系列的操作分组成 为层次化结构，并且放宽了经典事务模型对a c i d 特性的要求，以便 适应不同性质的实际问题，因此又被称为扩展事务模型( e x t e n d e d t r a n s a c t i o nm o d e l ) 川。 1 3 1 1 平面事务模型 平面事务模型事务是作为单个工作单元处理的一系列操作，不可 划分为子事务。工作单元只有两种结果：要么成功，要么失败。如果 事务中的所有步骤都成功完成，则事务获得提交，并且该操作执行的 所有持久存储数据更改都将永久化。如果事务中某一步骤失败，则事 务将回滚( r o l l b a c k ) ，并反转事务中步骤受影响的所有数据。因此， 平坦事务模型是一种简单的事务模型，其事务性应用控制只有一层， 事务的a c i d 特性得到保证，适用于短事务和较为简单的应用。 1 3 1 2 扩展事务模型 虽然平坦事务模型在理论和商业应用都取得了重要成果，但是它 本身的性质限制了其应用范围，所以又发展出扩展事务模型。 4 一种支持q o s 的w e b 服务事务中间件研究与实现 嵌套事务模型：事务模型发展中最重要的一步是将普通事务模型 的单层结构扩展为多层。嵌套事务模型是把一个事务分解为多个子事 务，事务可以递归包含子事务，形成一棵事务树。子事务只有在父事 务开始之后开始，而父事务只有在所有的事务全部结束后才能结束。 如果父事务取消，子事务全部取消，包括己经提交的子事务也必须撤 销。如果某个子事务失败，父事务可以选择自己的恢复方法，比如执 行一个替换操作等。 s a g a s 事务模型：线性s a g a s 事务模型最初是由g a r c i a - m o l i n a 和 s a l e m 提出的，目的为了解决有关长事务的问题。s a g a s 的基本思想 是允许事务在提交之前释放某些占用的资源，这一点对于持续时间很 长的事务而言是很有意义的。一个长事务，或者称作一个s a g a 是一 个预先定义好执行顺序的子事务集合，子事务之间以某种方式交互。 每一个子事务是一个具有a c i d 特性的事务。s a g a s 中首次引入了补 偿的概念，即通过应用语义取消已产生的结果，如果s a g a 撤销，已 经提交的子事务必须被补偿。每个子事务都要有一个与之对应的补偿 事务。补偿事务的作用是取消子事务产生的影响，但不需要数据库恢 复到未提交的时刻。 1 3 2 分布式事务 分布式事务是指两个或更多事务资源( 比如，两个单独的数据库) 之间的a c i d 事务 1 6 1 。为使事务成功提交，所有的独立资源必须全部 成功提交。如果其中的任何一个没有成功提交，则事务必须在所有的 资源中回滚。 在分布式事务处理领域里，也己经出现了不少标准和模型，广泛 应用的有x o p e n t l7 】分布式事务处理参考模型( d i s t r i b u t e dt r a n s a c t i o n p r o c e s s i n g ，d t p ) 等。 两阶段提交协议与x o p e n 分布式事务处理模型： 硕士学位论文 两阶段提交协议通常用来保证所有操作涉及到的数据库被锁定 然后被正确地更新。两阶段提交协议简单过程：操作管理器在一台计 算机上，它处于中心结点的位置，以操作发起者的身份开始工作，它 首先在日志文件中写入一条“开始操作的记录，然后发送相应的请 求到相关的计算机上。每个参与操作的计算机也将此操作写在它自己 的日志上，然后锁定数据库资源仅供此操作使用，在这完成以后向操 作管理器所在的计算机发送“准备好”消息。当操作管理器所在计算 机接收到所有的“准备好”消息后，它在日志上记录此操作己经完成， 并通知其它计算机，当其它计算机接收到此通知后，这些计算机将完 成记录在日志上，并解除对资源的锁定。如果在执行操作时，任何一 台计算机失败，操作管理器所在计算机将通知所有相关的计算机执行 “回滚”操作，恢复为操作开始之前的状态。 x o p e n ( 最l j 现在的o p e ng r o u p ) 分布式事务处理模型是一个通用 的分布式事务处理模型。该模型和一系列a p i 规范被作为分布式事务 处理系统的标准。x o p e nd t p 模型如图： 图1 - 1x 0 p e nd t p 模型 由图我们可以看见该模型主要由三部分组成： 1 事务管理器( t m ) ：事务管理器管理整个的事务，协调启动 事务的决定，并决定是提交或回滚事务，这确保了事务的原子性。 一种支持q o s 的w e b 服务事务中间件研究与实现 在某一资源操作失败后，事务管理和资源管理器一同协调了资源 的恢复性操作。 2 资源管理器( r m ) ：资源管理器管理了所有要参加事务的共 享资源。通过资源管理器的服务，这些资源被访问利用，如关系 。 型数据库。在d t p 模型中，资源管理器将参与事务的资源的所 有变化组织成可恢复的原子性事务，并由事务管理器协调这些事 务的完成。 3 应用程序( a p ) ：应用程序实现了需求的实现功能。它定义 了一系列的操作，这些操作中有对数据库的操作。应用程序定义 了全局事务的开始和结束，它可以访问事务的资源，并决定每个 事务的提交或回滚。 x o p e nd t p 模型的最大特点是接v i 标准化。模块与接1 2 1 标准化 的概念使得可以容易地扩充或者替换模型中的部件。目前有很多厂家 的产品都支持x o p e nd t p 模型。 1 4 本文工作 本文从应用实际出发，在现有w e b 服务事务研究的基础上，提 出了彻底解耦的w e b 服务事务中间件模型的设计，并对事务中间件 原子事务的实现进行了详细的阐述。对事务中间件架构引入q o s 管 理机制，满足应用程序与参与者对q o s 的实际需要。在此基础上， 对w e b 服务事务的协调协议进行了扩展，使之在新的架构下w e b 服 务事务的参与者各方( 应用程序、协调器、服务提供方) 能够有效的 高效的正确的执行事务操作。主要工作体现如下： 1 ) 提出了w e b 服务事务中间件模型架构的设计，对参与w e b 服务事务的各部分( 应用程序、协调器、服务提供方) 进行 了解耦，使应用程序与协调器不再是紧耦合，提高了协调器 的通用性，能够作为独立的第三方软件出现，成为w e b 服务 硕士学位论文 事务中间件； 2 ) 在事务中间件模型的基础上，引入了q o s 管理器。首先结合 事务处理的需要给出了w e b 服务q o s 属性定义。然后，应用 程序根据业务需要选出q o s 值优的w e b 服务集合来参与事 务。鉴于考虑了服务提供者的自主性以及服务提供者对应用 程序基于q o s 的偏好选择，因此给出了事务中q o s 属性值的 标准化方法及其q o s 综合评价的计算模型。本文采用能自动 修正不满足一致性的判断矩阵的层次分析法来计算q o s 属性 的权重，使事务处理保证完全自动性和连续性； 3 ) 对w e b 服务原子事务的设计与实现。提出了一个w e b 服务事 。务中间件原子事务的模型详细设计，并对其进行了实施。同 时考虑到服务提供方的自主性，增加了一个协商阶段，通过 对服务请求方q o s 属性的计算，服务提供方可以决定是否响 应此次调用，从而提高服务提供方资源分配的有效性。 4 ) 对w e b 服务业务活动的协调协议进行了扩展，对业务活动的 补偿进行了研究，提出了配置文件的形式来确定补偿操作的 尝试。 1 5 论文结构 本文共分为6 章 ? 第l 章，绪论。主要介绍课题的背景、研究现状、w e b 服务、事 务的基本概念，本课题的研究内容与目标、及论文的组织情况。 第2 章，w e b 服务事务中间件架构设计。首先介绍w e b 服务协 调器，在分析w e b 服务事务模型的基础上，提出了我们的w e b 服务 事务中间的架构设计以及消息设计；然后介绍q o s 的研究现状，给 出了w e b 服务事务q o s 综合评价的计算模型和计算方法。 第3 章，w e b 服务原子事务的实现。分析了原子事务w s a t 规 一种支持q o s 的w e b 服务事务中间件研究与实现 范并对规范进行了扩展，然后详细阐述了对原子事务的具体实现； 第4 章，w e b 服务业务活动的实现。分析了支持q o s 的扩展业 务活动规范，详细阐述了业务活动的实现，并采用配置文件的形式 来确定补偿活动； 第5 章，结合工作流引擎w e b j e t f l o w ，使用银行借贷实例讲述 w 曲服务事务中间件的应用。 第6 章，下一步工作和结束语，对现有工作的总结和下一步工作 的展望。 一种支持q o s 的w e b 服务事务中间件研究与实现 2w e b 服务事务中间件架构设计 2 1w e b 服务协调器介绍 w s c o o r d i n a t o r 是一个通用的规范，具有通用的功能。 w s c o o r d i n a t o r 规范的一个重要特点就是它提供一个开放的协调框 架，每个具体的应用都可以在他的基础上设计自己的协调协议以控制 整个协调过程，来达到各自应用的目的。现在已经有w s a t 、w s b a 规范和w s c o o r d i n a t o r 规范一起使用来实施w e b 服务事务。本文扩 展了原子事务和业务活动的协议与协调器一起来工作。 w s c o o r d i n a t o r 中的概念： 活动：由一系列w e bs e r v i c e s 为实现某个功能组合而成的单元。 参与者：活动中的某个w e bs e r v i c e 。 协调者：与活动参与者发生协调行为的实体。 协调类型：根据协调过程的目的划分的类型。w s a t o m i c t r a n s a c t i o n 规范中定义的协调类型为a t o m i c t r a n s a c t i o n 。 协调协议：协调过程中协调者与参与者消息交互过程( 状态图) 。如 w s a t 规范中定义的c o m p l e t i o n 和2 p c ( 2p h r a s ec o m m i t ) 两套协议。 协调协议服务：根据协调协议创建的服务，用于协调消息的传递。服 务以w e bs e r v i c e 的形式存在。如w s a t 规范中为c o m p l e t i o n 和2 p c 协 议，分别在协调者和参与者之间创建的服务，服务中定义了协调消息 交换的具体格式。 协调服务：包含组成协调框架的激活服务，注册服务和特定的协调协 议服务。 协调上下文：协调上下文的消息元素在w e b 服务计算时交换的所有消 息中传送。协调上下文包含对协调服务的w s a d d r e s s i n g t 埔】端点引用， 而本身又包含用于标识正在协调的特定任务的信息。 硕士学位论文 2 2w e b 服务事务中间件架构设计 w e b 服务的出现对分布式事务提出了新的要求，并引发了一系列 问题。在互联网环境下，应用可以被包装成w e b 服务，w | e b 服务在 w e b 环境中不仅可被直接调用，也可以通过w e b 服务组合来构造企 业流程。这种流程与应用集成方式正在成为一种趋势。为了保证多个 w e b 服务交互获得正确的、一致性的执行结果，有必要为w e b 服务 提供事务支持，即w e b 服务事务机制【1 9 1 。 为了能够在w e bs e r v i c e s 的环境下拥有一个通用的协调框架，解 决各种需要使用协调功能的应用。w s c o o r d i n a t i o n 提供了一个通过 共享上下文协调分布应用活动、允许w e bs e r v i c e s 指定协调协议的通 用框架，其描述了三个不同的角色：事务发起者、协调器、参与者。 事务发起者就是需要事务支持的应用程序。协调器负责协调各通信实 体达到一致。参与者提供了一些w e b 服务，在被调用期间需要被协 调。协调器与应用程序是紧耦合的或者是其一部分。v o g t 在【2 0 】中对 此进行了分析，认为参加事务的各个实体( 协调器、发起者、参与者) 之间是紧耦合的。他提出了一个事务中间件来隔离客户端的业务逻辑 和协调逻辑，见图2 1 。 图2 - 1 紧耦合事务模型 1 2 一种支持q o s 的w e b 服务事务中间件研究与实现 该事务中间件主要由t r a n s a c t o r 和c o o r d i n a t o r 组成。c o o r d i n a t o r 负责协调协议的执行，当需要业务逻辑时，由t r a n s a c t o r 接收事务发 起者的业务消息后转给c o o r d i n a t o r 。而c o o r d i n a t o r 和t r a n s a c t o r 是个 整体，事务中间件还是需要处理业务消息，没有彻底隔离他们之间的 联系。所以事务中间件只是一定程度上的对应用程序和协调器进行了 解耦。 2 3 实现解耦的事务中间件模型 上文提到的模型，协调者与应用程序的紧耦合，违反了普通软件 的架构原则。一个完全地隔离能够极大的加强软件的模块化和重用 性。为了把应用程序的业务逻辑和事务处理逻辑进行彻底的隔离，我 们对参与事务的各个实体进行解耦，并提出一个事务模型，见下图。 图2 2w e b 服务事务模型结构图 该模型适用于原子事务和业务活动。 应用程序：需要得到事务性支持的程序如b p e l 流程，由它发起 事务以及提交事务。 t 发起者( i n i t i a t o r ) ：属于客户端，发起者包含了原子事务的发 起者和业务活动的发起者。原子事务发起者：负责与应用程序和协调 硕士学位论文 器交互，执行事务操作。业务活动发起者：应用程序请求开始事务时 系统自动创建。负责与应用程序交互，了解其业务逻辑。当邀请参与 者参加事务时，通知协调者，要协调者发送消息给参与者。通过发送 查询参与者状态决定事务的整体目标是否达成。在业务事务m i x e d o u t c o m e s 】时，负责引导每个参与者关闭、取消或补偿。在业务事务 a t o m i co u t c o m e 6 】时，决定关闭或取消i l l , 偿所有工作。 事务协调器：根据i n i t i a t o r 的指令，提供事务协调服务。创建和 管理协调上下文以及协调协议的执行，并记录收发的消息以及相应状 态等以方便后面的回滚或补偿操作，以确保多个执行结果的一致。还 包含了一个q o s 属性过滤器，当收到应用程序调用w e b 服务的消息， 如果其q o s 属性值不在设置的q o s 值范围之内，则直接抛弃该调用 请求。 参与者：参与者属于服务提供方，当服务提供方收到调用消息时 自动生成的对象。负责与事务中间件交互，进行事务性操作。 图2 2 中的模型对应用程序和协调器进行了解耦，分离了事务逻 辑和业务逻辑，简化了应用程序端的实现。原来应用程序中大量的指 导协调器工作的业务逻辑代码被作为配置文件来实现，大大减少了代 码开发工作。由于事务逻辑与业务逻辑的分离，协调器不用混合着管 理业务逻辑事务逻辑，只要专心处理事务逻辑。从而精简了协调器结 构，简化了其实现，使得协调器可以作为独立的第三方软件来提供协 调服务。当然协调器也可以作为工作流引擎的一部分。 w s b u s i n e s s a c t i v i t y 规范允许嵌套的业务活动。因此一个业务活 动可以被另一个业务活动包含，组成父子关系。嵌套的事务允许截取 和处理错误，使得错误不会导致父事务的失败。子活动在父活动看来 可以抽象成一个w e b 服务，在子活动内部又是一个完整的事务域， 拥有自己的业务逻辑。上面提出的模型中，参与者可以是一个原子的 w e b 服务，也可以是一个服务组合。 一种支持q o s 的w 曲服务事务中间件研究与实现 2 3 1 系统消息设计 2 3 1 1 w s a d d r e s s i n g 规范介绍 w s a d d r e s s i n g 规范就是把原来处于传输层的寻址信息提升到更 高层的消息层面，直接在s o a p 消息中包含这些信息，这样就可以摆 脱对特定传输协议的约束，从而使得s o a p 消息的传输与具体传输协 议无关，这也是松耦合的体现之一。 r e q u e s t r e s p o n s e 消息交换模式( m e s s a g ee x c h a n g ep a t t c m ) 是最 经典也是最常用的消息交换模式。在r e q u e s t r e p l y 消息交换模式中 涉及两个消息- - r e q u e s tm e s s a g e 与r e s p o n s em e s s a g e 。通常我们使用 h t t p 协议访问某个w e bs e r v i c e 时，就是采用的这个消息交互模式。 w s a d d r e s s i n g 规范中规定了一些m e s s a g ea d d r e s s i n g p r o p e r t i e s ，下面结合请求响应消息交换模式对它们进行介绍。 在请求消息中： 用于标识一个消息 表示该消息与另一消息关联，元素值是另一消息 的m e s s a g e l d 。 表示该消息所请求的w e b 服务的端点引用。 表示该消息到达请求的w e b 服务时，触发服务中的 哪个方法完成对消息的处理。 表示发送该消息的地址。 指定了该请求消息的响应消息将去往的地址。 $ i j 定了当该消息处理出错时错误消息将去的地址。 2 3 1 2s o a p 消息扩展 本文的s o a p 环境由a p a c h e 的开源软件a x i s t 2 1 】来提供。本系统 的s o a p 消息的s o a ph e a d e r 中，使用 属性唯一标 硕士学位论文 识了这个消息，还使用了 、 、 等属 性来表明此消息的目的，此消息的发送者以及发送对象的标识。本系 统的s o a p 消息的s o a pb o a y 中，包含了具体的操作方法和参数。 本系统发送的消息中都包含了必须的事务i d 、参与者i d 以及协调器 i d ，因此在事务处理中，事务参与的各方不论是执行业务操作还是事 务操作，都能根据消息中的事务i d 找到对应的事务实例，在同一个 事务中再根据指定的参与者i d 或协调器i d 来找到各自的目标。因此 本系统能够很好地支持并发，本事务中间件中可以同时运行几个事务 实例而不会冲突。 2 4 基于o o s 的事务管理 目前在w e b 服务器超载的情况下，具备网络q o s 控制的高级流 可能仍会遭受服务拒绝，或者服务响应时间比期望高出多个量级，造 成事实上的“服务拒绝”。所以仅靠网络q o s 机制并不能完全解决端 到端的q o s 控制问题。w e b 服务作为端到端网络中不可缺少的一个 重要环节，同样必须具备建立和支持q o s 的机制与策略。因此，w e b 服务事务需要引入q o s 机制，在动态环境下使得应用程序端能按照自 己的主观愿望根据q o s 属性更灵活的选择服务，使业务目标达到最 优；服务提供方则使用q o s 机制优化资源分配。 2 4 1w e b 服务o o s 相关研究 近年来，q o s 在互联网的技术领域的研究十分活跃。在网络层， 有区分服务模型( ) 和集成服务模型。在实时系统、中间件、高负载服 务器和工作流中，q o s 都得到了深入的研究。随着互联网技术的应用， 特别是关键领域的应用，质量管理就变得愈发重要。 在具体的应用领域，w e b 服务的q o s 模型中可能只有有限的几 个q o s 标准，但q o s 模型必须是可扩展的，并且新q o s 标准的加入 一种支持q o s 的w e b 服务事务中间件研究与实现 不能对服务选择技术进行根本的改动。 对w e b 服务的服务质量进行建模可以从多种不同的角度来进行。 目前，研究人员根据其自身对服务质量的理解，已经在较大的范围内 定义了许多种不同的服务质量属性。 在文献【2 2 ，2 3 1 ，作者简单定义了若干种w e b 服务的服务质量 属性，主要包括可用性、可访问性、可靠性、规范性、安全性、响应 时间、吞吐率、延迟、价格、网络带宽和信誉度等等。 文献【2 4 】中，作者提出了更多的w e b 服务质量属性，并将它们分 成了若干种类别，包括： 运行时相关的服务质量属性 事务支持( t r a n s a c t i o ns u p p o r t ) 相关的服务质量属性 配置管理( c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ) s 1 开销( c o s t ) 相关服务质 量属性 安全( s e c u r i t y ) 相关的服务质量属性 在文献 2 5 中，作者将w e b 服务的服务质量属性分成了两大类： 一类是与w e b 服务所处的服务环境无关，而与w e b 服务自身的实现 相关的内部属性，另一类则是与w e b 服务所处的服务环境存在联系 的外部属性。比如可靠性属性的内部属性表现为正确性( c o r r e c m e s s ) ， 包括准确度( a c c u r a c y ) 和精度( p r e c i s i o n ) ，外部属性表现为可用性 ( a v a i l a b i l i t y ) 和一致。i 生( c o n s i s t e n c y ) 。 在文献 2 6 中，作者将q o s 属性分为通用质量度量( 如价格、执 行时间、声誉) 和业务相关的度量( 如电话通信业务中的u s a b i l i t y ) 。 在文献 2 7 中，作者根据质量度量的值的特征及其获取方式将 w e