（计算机应用技术专业论文）web服务研究及其开发模型的构造和应用.pdf

摘要 y 7 4 1 3 3 1 - 摘要 w e b 服务是一种新的网络计算方式，是分布式计算技术发展的一 个阶段。它采用了被广泛支持的标准，目标是在网络异构环境下实现 组件的动态发现和自动计算，适用于软件互操作、应用集成、软件复 用等领域。当前的研究主要集中在w e b 服务核心理论和应用实践，以 及在此基础上的应用集成。 模式是软件工程中的一个研究领域，研究的是一组在软件设计中 反复出现的问题和经过实践检验的解决方法，目的是通过归纳和应用 模式提高软件的生产效率与质量。 本文在广泛调研的基础上，分析了当前w e b 服务应用研究中构造 开发模型的特点和存在的问题，通过对w e b 服务核心技术和模式理论 的研究探索，提出了一个w e b 服务集成开发模型： 1 描述了w e b 服务体系结构及其核心技术的工作原理，分析了 w e b 服务的特点和适用范围； 2 对开发分布式计算和w e b 服务应用中的特点进行全面的分析 讨论，结合面向对象软件设计原则，针对有代表性的问题，创新性地 采用模式的方法，提出w e b 服务应用开发模型w s m p ； 3 将上述理论及开发模型应用于全军人工电话网智能支撑平台， 对模型的应用细节及其效果进行了讨论，证明模型能够指导应用设 计，解决实际的问题，验证了模型的适用性和有效性。 最后，提出了研究w e b 服务应用开发模型的一些设想和新思路。 关键词：w e b 服务分布式计算模式开发模型w s m p 支撑平台 北京交通大学硕士毕业论文 a b s t r a c t w e bs e r v i c ei san e wn e t w o r kc o m p u t i n gm o d ea n dan e ws t a g eo f d i s t r i b u t e dc o m p u t i n gt e c h n o l o g y i ta d o p t sw i d e - s u p p o r t e ds t a n d a r d st o a c h i e v ec o m p o n e n t sd y n a m i c d i s c o v e r i n g a n da u t o m a t i cc o m p u t i n gu n d e r d i f f e r e n tn e t w o r ke n v i r o n m e n ta n di sb e i n gu s e di r tt h ef i e l d so fs o f t w a r e i n t e r - o p e r a t i o n ，a p p l i c a t i o n i n t e g r a t i o n a n ds o f t w a r er e u s e a t p r e s e n t r e s e a r c h e so nw e bs e r v i c ef o c u so ni t sc o r et h e o r ya n d a p p l i c a t i o np r a c t i c e ， a sw e l la sa p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n 。 p a t t e r ni sac o n c e p ti ns o f t w a r ee n g i n e e r i n g , w h i c hi sa b s t r a c t e da n d c o n c l u d e df r o ms o f t w a r ed e v e l o p m e n ta n di su s e dt od e s c r i b eag r o u po f t y p i c a lp l o b l e m - s o l u t i o n sd u r i n gs o f t w a r ed e s i g n i n g w en s ep a t t e r n st o i m p r o v e t h ep r o d u c t i v i t ya n d q u a l i t yo f s o f t w a r e t h i st h e s i sf o c u s e so np r o v i d i n ga ne f f e c t i v ed e v e l o p m e n tm o d e l w i t hd e s i g np a t t e r n st ow e bs e r v i c ea p p l i c a t i o n s 。f i r s t l ys o m er e s e a r c h e s o nw e bs e r v i c ep r i n c i p l e s ，p r o t o c o l sa n dt e c h n o l o g i e sa r ec a r r i e do u ta n d w e bs e r v i c e sc h a r a c t e ra n da p p l i c a b l ee n v i r o n m e n ta r eb r o u g h tf o r w a r d t h e na n i n t e g r a t e dd e v e l o p m e n t m o d e ln a m e dw s m pi sp u tf o r w a r d t h i s m o d e l ，w h i c h c o n f o r m st o d e s i g np r i n c i p l e s ，d i v i d e s w e bs e r v i c e a p p l i c a t i o ni n t ol o g i c a ls e c t i o n sa n dr i s e so ri m p r o v e sd e s i g np a t t e r n so n e a c hs e c t i o n f i n a l l yt h i sm o d e li sa p p l i e di n t oap r o j e c tt od e s i g na f r a m e w o r kf o ri t ，a n ds o m ea n a l y s i si sm a d eo nt h ee f f e c t f u r t h e r r e s e a r c h e so nw e b s e r v i c e ，p a t t e r na n dw s m p a r ep l a n n e dt o o k e y w o r d s ：w e bs e r v i c e ，d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g ，p a t t e r n ，d e v e l o p m e n t m o d e l ，w s m p , s u p p o r t h a t 绪论 1 1 课题的来源 第一章绪论 在网络变得更加便利以来，分布式计算试图组合许多计算机上的 小组件来进行计算，而不是费尽心机地在大型计算机上建立巨型的应 用程序。w e b 服务就是在这种环境下出现的一种复合计算模型，它是 分布式计算技术发展的个阶段。w e b 服务是一段位于i n t e m e t 上的 业务逻辑，可以通过基于标准的i n t e m e t 协议访问。它的目标是在网 络异构环境下使计算可以动态地查找功能组件的接口并把小组件集 合起来，通过它们的互操作完成一定的功能。 w e b 服务代表了一种新的网络计算方式，与传统的基于组件的分 布式技术相比，它的最大特点是建立在被广泛支持的标准上，如以标 准i n t e m e t 协议为基础进行通信，阻x m l 技术描述数据和操作交互。 另外它还具有松散耦合、粗粒度、具有同步异步能力、支持远程过程 调用和文档交换等特点。因此w e b 服务适用于网络异构环境下跨越防 火墙和平台的软件互操作、面向服务的应用集成和更高层次的软件复 用。而这些都是对分布式计算提出的新特点和要求。 w e b 服务是相对较新的技术，包含很多技术规范和标准，芽且一 直处于发展变化中，一些细节相对复杂，但是它的特点和优势带给分 布式应用良好的发展前景，值得深入研究。而且对于一个技术来说， 只有在实际应用中发挥作用才有意义。当前，w e b 服务为开发基于互 联网的应用提供了一组构造基础模块的开放协议和方法，而对于如何 北京交通大学硕士毕业论文 有效地构造基于w e b 服务的应用，提高应用开发的效率和质量，同时 处理好网络环境下应用间的通信、集成以及安全扩展等问题的研究还 不够成熟。因此，如何利用现己成熟的技术，设计实现一个面向w e b 服务的开发或运行管理模型，用以指导基于w e b 服务的应用开发，使 这项技术发挥尽可能大的作用，就成为w e b 服务研究中的重要问题。 “公欲善其事，必先利其器”，要完成这样的任务，首先要加深 对w e b 服务核心技术的研究，在了解w e b 应用技术特点和应用范围 的基础上，再选择合适的设计工具构造模型。因为开发模型需要具有 一定的抽象和较大的适用范围，本文选择了模式作为工具来设计模 型。模式是近年来在软件工程中应用较为广泛的软件构架和设计方 法，模式是在实践中归纳出来的并经过实践检验的一组经验，描述的 是具有一定抽象性和规律性的解决方案，适合在较高层次上指导模型 的设计。 1 2w e b 服务研究现状 w e b 服务的体系结构，也称为面向服务的框架( s e r v i c e o r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ，s o a ) 是由m m 在2 0 0 0 年9 月间提出，多个组织共同推 进并成为w 3 c 标准的，主要包括三种技术：s o a p ( 简单对象访问协 议，以标准h a t e m e t 为基础的通信协议) 1 1 - 3 , 5 1 ，w s d l ( w e bs e r v i c e 描述 语言，以x m l 为基础的描述方式) 和u d d i ( 通用描述、发现和集成， 是一种应用发布和发现机制) 。 简单说，w e b 服务就是位于i n t e m e t 上的一段程序逻辑【4 】，它的提 供者首先利用w s d l 描述它的功能、调用方式和返回结果，然后通过 u d d i 把它注册到注册中心，当请求者利用u d d i 查询完成某种功能 绪论 的服务时，将获得相应的w s d l 描述，请求者自动分析描述，利用 s o a p t5 调用该w e b 服务取得结果。 相关的研究即是围绕w e b 服务技术体系和应用框架展开的，可以 把它们分为学术研究和工业应用研究两类，学术研究主要关注w e b 服 务的理论描述、技术分析和应用建模，而工业应用研究注重的是w e b 服务规范和协议的标准化以及具体实现。 1 2 1 国外研究现状 国外对于w e b 服务的研究沿着实际应用和技术深入的方向进行 得广泛而且迅速，这两个方向是互相依赖和互相促进的。在w e b 服务 技术实际应用中出现的很多问题，需要理论研究提供解决方案，理论 研究的成果又促进了应用技术的发展和成熟。国外对于w e b 服务的研 究，主要可以分为三个方面，一方面主要关注w e b 服务的分布式计算 能力，包括w e b 服务如何实现应用集成和数据集成、软件互操作和组 件自动发现和调用【瞄1 ，其中针对语义w e b 服务的研究是近年的一个 热点，被认为是实现复合计算的关键 9 】；第二个方面集中在w e b 服务 的服务质量研究，比如w e b 服务的速度和效率、事务机制和时序性可 靠性、访问控制和加密策略、安全以及隐私问题等 1 0 - 1 2 】；另外一个研 究领域就是w e b 服务的应用和建模，包括w e b 服务技术与其他技术 的结合、w e b 服务在某个行业或者领域的应用和构造w e b 服务应用模 型等，其中建模问题是本文关注的重点。 国外对于w e b 服务应用模型的研究可以分为两种，一种侧重于基 于核心技术和协议模块的理论建模，划分的模块相对抽象和全面，如 文献1 3 为构造和管理w e b 服务设计了一种支持语言和框架，其中包 北京交通大学硕士毕业论文 含了质量管理、多种协议支持等多个模块，【文献1 4 】采用分层理论提 出了一种w e b 服务应用概念模型，【文献1 5 结合知识系统为语义w e b 服务设计了一种开发框架，这些建模方法理论性强，层次较高但是对 于实际的应用开发实现的难度较大：另外一种是为某种分布式应用构 造模型，试图给应用开发提供便利，如 文献1 6 提出一个w 曲服务的 模型来模拟电子市场的处理过程，【文献1 7 从分析电子商务的交互流 程出发，构造了基于会话的w e b 服务开发模型，这些模型多从功能出 发划分模块具有一定的抽象性，可以指导某些行业的应用开发，但 是很少从软件工程和系统开发的角度设计模型，适用的范围较小。 学术研究的发展也促进了工业研究的发展，针对实际应用需求的 规范和标准也在不断的制订和完善，经过几年的发展，基本形成了如 图1 1 所示的w e b 服务协议栈。工业界以m i c r o s o f t 和s u n 为代表， 分别推出了各自支持w e b 服务的应用开发环境。 r o u t i n g ，r e l i a b i l i t ya n d t r a n s a c t i o n w o r k f l o w ：w s f l s e r v i c ed i s c o v e r y ，i n t e g r a t i o n ：u d d l 竺 s e r v i c ed e s c r i p t i o n ：w s d l毫 圣 = o m e s s a g i n g ：s o a p 罨 置 苫 = t r a n s p o r t ： r n 甲，f t p ，s m t p c y i n t c m 毗：i p v 4 ，i p v 6 w i 删i r e l e s s 图1 - 1w e b 服务协议栈 国外的w e b 服务成熟应用也不乏案例，g o o g l e 公司就把自己公 司的w e b 服务公布，使大家可以使用一组a p i 来直接访问g o o g l e 公 绪论 司的数据库。 1 2 2 国内研究现状 2 0 0 3 年国内针对w e b 服务的综述研究开始出现，之后出现了 关于w e b 服务的简单应用和行业应用的研究 1 8 】，以及把w e b 服务与 某些技术领域，如地理信息系统、数据库系统等结合起来的研究 1 9 - 2 0 】。 之后国内w e b 服务研究进展迅速 2 | - 2 2 ，研究方向主要是w e b 服务核 心协议或者技术，w e b 服务在某种系统中的应用和w e b 服务开发模型 等，对语义w e b 服务、应用集成和协同管理也做出了一些工作p 2 ”。 国内对w e b 服务的应用开发模型的研究有三类，一是从w 曲服 务的体系结构出发，结合其中一种或者几种核心技术，提出基于w e b 服务的解决方案，如 文献2 6 2 7 都是直接采用w e b 服务的基本架构 设计应用，这类研究与应用结合的较为紧密，有一些就是以实际系统 为模版的，但是对w e b 服务的特性考虑较少，适用性较小；二是以某 种技术作为切入点或者关注的要点，如 文献2 8 结合工作流构造w e b 服务框架，主要考虑工作流对于复合服务的控制，【文献2 9 结合x m l 相关规范集提出了一个动态w e b 服务框架系统，重点考虑了异构互操 作和安全，f 文献3 0 则构造了一个可信w e b 服务应用框架，这一类模 型的理论性较强，主要是结构分析，对于指导应用开发来说就缺乏工 程方面的考虑：另外一种是基于w e b 服务应用和运行管理的建模研 究，如文献3 1 设计的w e b 服务运行管理平台，对w e b 服务的技术 特性和功能模块划分都有研究，显示出了w e b 服务应用开发模块的雏 形，但是没有进行进一步的提取和总结。 本文认为设计有效的w e b 服务应用开发模型，需要注意三点，第 北京交通大学硕士毕业论文 一是要考虑到分布式应用和w e b 服务技术本身的特点和应用功能的 特点，把开发和应用过程中具有代表性的逻辑分析出来；第二是采用 合理的思维方式，选择合适的构造工具，通过分析和归纳问题使解决 方案具有一定的抽象性，这样模型才能具有较强的适用性3 2 出】，本文 使用设计模式来分析和构造模型，因为使用模式的过程就是归纳出具 有代表性的“问题解决方案”的过程：第三是模型必须能够解决 应用过程中的难点，而且模型不能是不可扩展的，应该是可以根据具 体问题发生变化的，即模型要满足一定的软件工程设计原则。以上三 点也是本文研究过程中的特点。 1 a 本文的主要内容 本文主要研究利用模式思想为w e b 服务技术的应用开发设计一 个模型。首先研究了w e b 服务技术的原理和核心协议、技术，并提出 了w e b 服务的特点、具有的能力和适用的范围；然后分析了当前w e b 服务分布式应用开发中的问题，从划分应用模块和跟踪应用交互流程 出发，针对每个部分的功能特点，依据软件设计原则和目标选择设计 模式，并根据具体情况做出改进，从而提出了一个集成开发的模式模 型w s m p ；最后结合一个实际的项目，采用w s m p 模型为其设计了 应用开发架构，并对设计进行了分析，应用实现的效果比较好。本文 章节安排如下： 第二章主要描述了w e b 服务的技术体系和工作原理，分析了它 具有的特点、能力和适用范围，并进一步针对w e b 服务的核心技术， 分别描述了它们的作用，基本工作原理和具体实现。 第三章主要为本文后面章节使用设计模式引入了一些简单的模 绪论 式知识，包括模式和设计模式的含义，模式的演化周期和设计模式中 的一些重要概念，并结合自己的理解提出了在软件工程中使用设计模 式的意义，然后结合本文简要介绍了几个重要的设计模式。 第四章是本文的重点，首先讨论了设计一个有效的软件模型需 要实现的目标和一般的设计原则，然后结合w e b 服务技术和分布式应 用的特点，采用“分而治之”的策略，把模型分层次、模抉化，对不 同部分的特点进行分析选择或者改进相应的设计模式，构造出 w s m p 开发模型，并对其进行了讨论。 第五章结合一个分布式应用项目“全军人工电话网智能支撑平 台”实现中的几个问题，引入w e b 服务解决方案和w s m p 模型，并 在解决实际问题的过程中扩展了模型，为支撑平台设计了应用开发架 构，并对架构及其实现进行了讨论，验证了w s m p 模型的有效性。 第六章对全文进行了总结，并提出进一步研究的方向和重点。 托京交通大学硕士毕业论文 第二章w e b 服务核心技术研究与分析 这一章将沿着由简到繁的思路来研究w e b 服务的体系结构，首先 简单介绍w e b 服务的核心技术组成，然后描述了w e b 服务如何利用 这些技术完成它的工作。从这里出发分析w e b 服务具有的一些特点和 能力，以及w e b 服务可以适用的领域。 2 1 w e b 服务工作原理 什么是w e b 服务? 为描述方便，先给出一个简单的定义。 定义2 - 1w e b 服务是一段位于i n t e r n e t 上的业务逻辑，它完成一 个相对独立的功能，可以通过基于标准的i n t e m e t 协议访问。 2 1 1w e b 服务工作原理和核心技术 2 0 0 0 到2 0 0 2 的两三年中，出现了三种作为全球标准的主要技术， 它们构成了今天w e b 服务技术的核心： s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ，简单对象访问协议) ，提供 了一个标准的包装结构用以在多种标准i n t e r a c t 技术之上( 包括h t t p 、 s m t p 和f t p 等) 传输) 0 订l 文档。它还为r p c ( r e m o t e p r o c e d u r ec a l l ， 远程过程调用) 提供了一个简单的文档交换结构，为用x m l 传送非 r p c 调用定义了编码和绑定标准。 w s d l ( w e b s e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e 。w e b 服务描述语言) ， 是一种以标准方式描述w e b 服务接口的x m l 技术。w s d l 对w e b 服务如何表示外部调用所需的输入输出参数、函数结构、调用特性以 w e b 服务核心技术研究与分析 及服务的协议绑定进行标准化，从而允许不同的客户自动理解该如何 与w e b 服务发生交互。 u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o n ，d i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ，通用描述、 发现和集成) ，提供一个特定范围( 某个组织、地域或者全世界) 的注册 中心，以便于w e b 服务的发布、宣传、发现和集成。通过搜索名字、 标识符、分类或由w e b 服务提供的规范，业务分析人员和技术人员可 以使用u d d i 发现可用的w e b 服务。u d d i 提供一系列结构，用来表 示业务和业务关系、w e b 服务、规范元数据和w e b 服务访问点等概念。 抛开这三种技术的描述术语，从功能的角度不难看出，其实它们 分别做了这样一些事情，s o a p 可以利用i n t e r n e t 标准协议传输x m l 文档，这些文档具有语义特征，w s d l 本身就是描述w e b 服务的x m l 文档，u d d i 可以对w e b 服务分类组织并提供搜索功能。 结合图2 1 可以看出w e b 服务是怎样利用这三种技术来工作的。 请求者 注册中心 提供者 图2 1w e b 服务主要技术及工作原理 w e b 服务的提供者实现了一个业务功能并保证它是可以通过网络 访问的，首先利用w s d l 描述它的功能和访问它的规n ( l l 如请求地 北京交通大学硕士毕业论文 址、调用参数和返回结果等) ，然后通过u d d i 把它注册到注册中心， 当请求者利用u d d i 查询到该服务可以满足特定需求时，可以同时获 得相应的w s d l 描述，然后请求者自动分析w s d l 文件，遵循既定 的规则生成表示请求的x m l 文档，利用s o a p 包装并绑定i n t c r n e t 标准协议发送请求，调用w e b 服务取得结果。 2 1 2w e b 服务的特点和适用性分析 从以上的描述可以看到，w e b 服务具有以下特点： ( 1 ) 基于x m l 。w e b 服务协议和核心技术( s o a p ，w s d l 和u d d i 等) 都以x m l 作为数据表示层； ( 2 ) 采用被广泛支持的标准。比如x m l ，s o a p ，w s d l 和u d d i 以及w e b 服务使用的i n t e m e t 传输协议： ( 3 ) 松散耦合。w e b 服务的请求者与w e b 服务并不直接关联，w e b 服务的实现也可以在接口不变的情况下发生变化并提供同样的功能， 对w e b 服务的调用可以同步或异步执行： ( 4 ) 粗粒度。w e b 服务更适合把几个独立的功能组合起来提供更 宏观的面向服务层次的接口，或者进行软件间的交互，丽不是为细节 的行为提供操作方法，在这方面w e b 服务并不具有更高的效率，因此 w e b 服务主要用于与其他技术合作或者集成其他技术，而不是试图取 代它们。 这些特点使w e b 服务具有这样的能力： ( 1 ) 跨平台。x m l 提供了一种与语言、运行平台无关的语义描述 方法来表示数据和操作，同时在数据传送中消除了相关协议特有的网 络、操作系统以及平台绑定限制，只要能互相通信，解析) m 皿语义 w e b 服务核心技术研究与分析 就可以使用w e b 服务的功能； ( 2 ) 跨越防火墙的通信。网络环境下的分布式应用基本上使用的 是专有协议，不可避免的要受到防火墙的限制，但是防火墙基本上都 对i n t e m e t 标准协议如h t t p 是开放的； ( 3 ) 支持远程过程调用和文档交换，这使w e b 服务提供了一种有 效的x m l 格式来表示r p c 操作需要的方法、参数和协议绑定，同时 也具有表示复杂文档，传送附件的能力； 因此w e b 服务更适用于这样一些领域： ( 1 ) 软件互操作。w e b 服务是基于x m l 的，它可以在更高的语义 层次进行软件通信，这与组件分布式计算基于二进制很不同，它与特 定的语言、运行平台和专有协议不紧密关联，不同的软件只要可以解 析数据和理解语义，就可以相互通信； ( 2 ) 应用集成。这是比软件互操作更高的层次，是软件互操作的 应用。通过把已有的功能包装成w e b 服务，可以把异构环境下的多个 分布式应用集成起来，对外提供统一的界面，也便于灵活管理( 如图 2 2 、。 ( 3 ) 软件复用。通过w e b 服务动态的查找和调用其他的w e b 服务， 已经实现的功能就不需要重复建设，更重要的是，在复用功能的同时， 也复用了软件后面的数据，应用集成也可以说明这一点。 从以上的分析不难看出，w e b 服务之所以具有这样的能力，一个 重要的因为它是基于x m l 的，而本质的原因在于它采用了被广泛支 持的标准。 北京交通大学硕士毕业论文 ，应用程序一、 ，服务一一一一一一一一一一一、 s o a p 客户lii 厂 1 i 二受 3 ：【竺! 竺竺兰j 厂ll 固l 竺望兰堡i r 7 l：r - 1 i u d d i i ；| 应用程序i l 注册中心il o 图2 - 2 利用w e b 服务实现应用集成 2 2w e b 服务计算理论 从以上的讨论看出，w e b 服务使网络异构环境下的应用可以互相 查找并具有一定自动发现、自动调用的能力，基于不同语言和运行平 台的软件可以实现一定程度的通信，从而把应用和数据集成起来，提 供方便而且强大的网络计算能力。因此w e b 服务是分布式计算发展的 一个新阶段。 自从网络变得便宜和便利以来，分布式计算试图组合许多计算机 上的小组件来进行计算，而不是费尽心机地在大型计算机上建立巨型 的应用程序，或者建立一个巨大的单一的专用的目录或数据库系统。 计算理论进一步尝试建立能够访问各种数据并能够灵活按需组合的 服务，这使分布式计算走向了复合计算模型。 复合计算模型本身是一个较为抽象的概念，s o a 模型 w e b 服务核心技术研究与分析 ( 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 ，面向服务的体系结构) 是复合计算模型 的一个范例，s o a 模型通过对w e b 服务的理论研究，对其组成要素 给出了完整的定义，描述了一个w e b 服务的概念模型。 2 2 1 复合计算模型 定义2 - 2 复台计算模型是一种使用分布式的、基于发现的运行 环境来暴露和管理面向服务的软件资产集合的体系结构。 软件资产就是一段业务逻辑代码，它可能是一个组件、一个队列 或向外界暴露的执行某个有用功能的一个方法。与客户服务器方式和 多层计算模型类似，复合计算模型表达了一种体系结构原理，以对其 内部组件采取相应的管理规则和进行职责分配。它用来解决具有以下 需求的特定业务问题： ( 1 ) 业务逻辑功能的动态发现； ( 2 ) 隔离业务逻辑功能的描述及其具体实现； ( 3 ) 只用最小的工作量、安装步骤或人为干涉，就可以快速组装 临时计算团体的能力。 在最近十年的大部分时间里，计算理论在积极定义和改良分布式 计算技术，使用这些技术可以实时地查找组件、在运行时发现组件的 接口、在某种特定基础上由组件建立应用程序，而这些组件在开发时 往往并没有被考虑。这就是复合计算模型的目标。 2 2 2s o a 模型 定义2 3s o a 模型由基于服务组件完成交互作用的三个角色组 北京交通大学硕士毕业论文 成。 这个定义涉及到三个关键词：组件，角色和交互。 ( 1 ) s o a 模型的组件就是w e b 服务而每个w e b 服务由服务和服 务描述两部分构成。 服务：指w e b 服务的实现。一个服务是完成一个相对独立功能的 应用，可大可小，关键是它位于一个可通过网络访问的平台上，并由 w e b 服务提供者提供； 服务描述：指w e b 服务的接口。它利用x m l 语言描述并且遵从 一个或者多个标准。描述包括数据类型、操作、协议绑定以及w e b 服 务实现的网络位置等。还有一些附加文件，主要用来对w e b 服务进行 分类或提供其他元数据以便使用者发现它们。 ( 2 ) 参与者角色。s o a 建立在三种角色的交互之上：提供者、代 理者和请求者。 提供者： 定义：服务的拥有者，一个被他人视为可通过网络访问的服务的 软件资产，这个资产以w e b 服务的形式暴露； 要素：具有x m l 形式的描述，具有一个封装了其行为的具体实 现。 注册中心代理者： 定义：可搜索的注册中心。管理着关于提供者及其软件资产的信 息资料库，提供智能查找能力； 要素：内容包括业务数据( 如名字、描述和联系信息) ，需要利用 服务的信息( 如数据描述策略、业务处理以及软件绑定) ，业务分级分 类数据等。 w e b 服务核心技术研究与分析 象 请求者： 定义：发现并调用由一个或多个提供者提供的软件资产的业务对 要素：查找提供者并初始化与提供者的交互，它可以是一个软件 或者是使用w e b 浏览器的人。 ( 3 ) 参与者的交互。s o a 定义了三种交互：发布、定位和绑定。 发布：提供者将服务的信息( 或者元数据) 发布到注册中心或者提 供给服务请求者。发布服务描述的机制主要经历了三个阶段，即直接 发布( 服务提供者通过e m a i l 、f t p 或者分发的方式直接向服务请求者 提供服务描述。这种情况下，服务提供者在发送服务描述的同时使得 服务对请求者可用，请求者不通过注册中心而是自己负责定位服务并 获取它们的描述) ，h t t pg e t 发布( 使用注册中心作为保存w e b 服务 描述相关连接的资料库，这个注册中心也有一定的搜索能力，服务请 求者使用h t t pg e t 请求直接从服务提供者处获取服务描述) 和动态 发现( 服务提供者和服务请求者通过编程在本地和公共的注册中心中 存储或者获取w e b 服务描述】； 定位( 发现) ：服务请求者使用注册中心( 代理者) 找到服务。服务定 位和动态发现是紧密联系在一起的。在这种情况下，服务提供者是使 用特殊的a p i 集来发布w e b 服务的应用程序，服务请求者是一个使用 特殊a p i 集向公共或私有注册中心查询服务的应用程序。这些查询采 用定义良好的标准x m l 格式，并用x m l 消息格式进行传送； 绑定：绑定涉及服务请求者和提供者，而注册中心是可选项。在 w e b 服务中，绑定就是一个应用程序使用服务描述生成消息并发送给 服务提供者的过程。 北京交通大学硕士毕业论文 2 3w e b 服务核心技术工作原理 从w e b 服务的工作过程看，s o a p 、w s d l 和u d d i 作为w e b 服 务的核心模块，实现了w e b 服务交互的基本分工，完成了特定的功能。 但是它们各自的主要任务是什么，有哪几部分组成，分别是怎么实现 的，需要解决什么样的问题，则不仅是w e b 服务理论研究和技术发展 需要面对的，更是w e b 服务应用中不可回避的问题，因为这些技术表 现出来的特点，正是w e b 服务具有的特点。这一部分就分别针对以上 问题进行讨论。 x m l 是w e b 服务核心技术的基础，正如我们前面所说。x m l 是 w e b 服务的数据表示层。有关x m l 的研究和应用有很多成果，这里 w e b 服务核心技术主要讨论s o a p 、w s d l 和u d d i 三个组成部分， 并不针对x m l 作详细讨论。 w e b 服务的核心协议或者技术是分层次的，就像w e b 服务协议栈 中所描述和表现的那样。在讨论过程中我们同样可以用分层的思想来 看待它们，分层的好处是把大的问题分解成较小而且相对独立的问 题，每层只关注特定的功能，这样可以分工明确，降低问题的复杂度， 提高层间交互的灵活性。 2 3 1s o a p 在w e b 服务中，s q a p 实现的是请求者和提供者之间的通信，它 把基于x m l 的请求信息和响应结果包装起来，使用某种i n t e r n e t 标准 协议，在网络上传递消息。 用一个简单的图表示s o a p 在w e b 服务中的作用如下( 见图2 3 ) 。 w e b 服务核心技术研究与分析 ( e匣 图2 3s o a p 是w e b 服务中的通信载体 可以看出，s o a p 主要需要解决两方面的问题： ( 1 ) s o a p 为了在网络上传递消息，应该如何封装数据和路由信息 以及如何表示这些数据： ( 2 1s o a p 为了灵活性而不依赖于某个特定的通信协议，但是它要 以某种方式绑定一种网络协议实现通信； s o a p 解决这些问题的思路是这样的，首先对于w e b 服务交互， 有个表示语义消息的x m l 片段，s o a p 把这个x m l 片段包装到一 个s o a p 体里面，而s o a p 体是包装在一个s o a p 封套中的，然后 s o a p 声明数据串行化规则和编码类型，再把所有东西绑定到一个协 议中。以下详细讨论s o a p 的实现。 as o a p 封套 所有的s o a p 消息都封装在一个称为封套的x m l 文档中，它是 保存一条s o a p 消息的结构化容器。发送者把完成某种操作所需要的 内容放进一个封套中，把它发送给接收者，接收者打开封套并重新构 造出原始的内容，以便完成所请求的操作。s o a p 封套的内容遵照 s o a p 规范，允许发送方与接收方使用一种与语言无关的方法来交换 信息，双方在如何解释封套的内容上是一致的而不关心它是如何生成 北京变通大学硕士毕业论文 的。 如图2 4 所示，一个s o a p 封套包含两个主要的组成部分，头和 体，头和体都可以包含多个信息块。 图2 4s o a p 封套的块结构及s o a p 协议绑定 s o a p 头和体在语法上非常相似，只是为了不同的作用而包含了 不同的内容。s o a p 头是用来存放消息的，相当于元数据和一些指令， 提供给接收消息的s o a p 处理器使用；s o a p 体用来存放实际数据或 者消息有效负载，提供给虽终的接收者处理。 b 数据编码和串行化规则 s o a p 编码的模型是以札的数据编码为基础的。当通过网络 传输数据时，其中的数据形式一定要遵从底层的传输协议，而且还要 采用让发送方与接收方都能够理解其含义的方式来格式化，也就是要 对传输数据进行串行化，并描述数据的组织，这需要对数据进行编码。 w e b 服务核心技术研究与分析 数据的编码包含对数据结构、数据传送类型和数据值的组织。数据编 码和串行化规则使s o a p 事务中的各方理解消息的内容和含义。 c 传输或协议绑定 s o a p 规范要求s o a p 实现支持使用h t t p 来传输s o a px m l 的 有效负载，但是并不限制使用其他的传输方式，s m t p 、f t p 、j m s ， j 甚至是专有的方案都是可以选择的。使用什么方式来传输s o a p 有效 负载都不重要，只要通信双方可以正确发送和接收。目前h t t p 最普 遍的s o a p 传输方式，h t t p 协议绑定如图2 _ 4 所示。 2 3 2w s d l w s d l 是一种将w e b 服务描述为一系列访问端点的x m l 文法， 这些端点具有以面向过程( 如r e c ) 或者面向文档( 如文档交换) 的方式 交换消息的能力。w s d l 的作用不仅仅是给出w e b 服务的相关信息， 它更像是一种接口和数据类型定义方法，它结构化的形式和表达语义 的能力使应用到应用的自动通信成为可能。 w s d l 需要解决的问题主要是如何灵活的描述w e b 服务，即具有 简洁的形式，使应用程序可以正确、快速解析内容甚至自动生成代码， 同时采用一个合理的描述结构，以保持良好的可扩展性，满足不断变 化的需求。 a 基本原理 在w s d l 的描述里，每个w e b 服务由端口提供，每个端口的功 能是由一系列的操作实现的，与每个操作的交互是通过传递输入消息 和接收输出消息完成的，每个消息包含一定数量的数据。各个组成部 分之间只是简单的组合，是松散的耦合关系。 北京交通大学硕士毕业论文 其中需要注意的是： ( 1 ) 操作需要绑定到具体协议才可以实现，即每个操作所涉及的 消息需要明确是利用什么协议传递的，但是w s d l 并不限定某个具体 协议，而是提供了多种可能的协议扩展； ( 2 ) 数据定义使用的是和s o a p 里定义数据类型相同的x m l 模式 集。 由上可见，w s d l 基本原理描述了w e b 服务的几个概念，即服务、 端口、操作、消息、数据和绑定。它们的含义和关系是显而易见的， 如图2 5 所示，消息是在用户和w e b 服务之间通信的基本单位，它由 些定义好的数据类型组成，相当于参数；每个操作的实现可能需要 几条消息的交互，如输入输出消息和错误消息等；端口和协议绑定描 述一组操作的集合，这些操作共同作为此端口或者协议绑定的功能， 从而端口和协议绑定本身可以被描述为一个服务来向外界提供。 b 具体实现 理解了w s d l 的基本原理，它的实现就相对简单了。主要地， w s d l 定义了一些x m l 元素来相应的表示上面的概念，同时定义了 一组规则使用这些元素来描述一个w e b 服务，可以对照图2 5 中w e b 服务的几个概念和w s d l 中使用的x m l 元素。 可以看出w s d l 只是对参数和运行时应该如何通信的约束的定 义，在w s d l 文件中定义的每样东西都是抽象的，它描述端点和它们 的消息，将消息作为交换中数据的抽象描述，而不管消息格式或者用 于交换消息的网络协议是什么，同时将端口类型作为w e b 服务操作的 抽象集合，于是端口类型可以映射到具体的协议和数据格式。 w e b 服务核心技术研究与分析 图2 5w s d l 逻辑结构和文档结构( + 表示可以有多个) 2 3 3u d d u d d i 的目标是建立一个与平台无关、开放的架构，用来描述和 组织w e b 服务的信息，从而提供一个发布与发现w e b 服务的标准方 法。它需要用一个合理的结构组织w e b 服务的信息以提供高效的合乎 逻辑的操作，同时又要保证良好的可扩展性。 u d d i 是一个概念上的注册中心，一个w e b 服务可以在u d d i 中 注册三种类型的信息： 白页信息，基本的提供者信息，包括唯一的标识符、名称、地址 以及联系信息，这些信息使得请求者能够通过标识符来发现w e b 服 北京交通大学硕士毕业论文 务； 黄页信息，使用不同的分类法来描述服务的信息，这些信息使得 请求者能够通过不同行业的标准分类法来发现w e b 服务： 绿页信息，提供者所提供的服务的技术信息，包括服务的行为、 支持的功能以及指向服务分类信息和存储地址的一些指针。 a 基本原理 u 】) d i 用分层次的方式组织信息，这些层次时间有定的包含关 系，上一层除了包含自身的相关信息外，还包含下一层的索引方式， 请求者并不直接访问到w e b 服务的使用细节，而是通过多次“发出请 求获得信息”的交互逐层深入地获得需要的信息。 简单看，u d d i 把w e b 服务信息大致组织成了三个依次包含的层 次：w e b 服务提供者，逻辑w e b 服务和w e b 服务细节。一个w e b 服 务提供者信息可以关联一个或多个逻辑w e b 服务信息，一个逻辑w e b 服务信息可以关联一个或多个w e b 服务细节信息，如图2 - 6 所示。 文档解析 信息抽取 文档解析 信息抽取 图2 - 6u d d i 工作原理示意 w e b 服务核心技术研究与分析 w e b 服务提供者，逻辑w e b 服务和w e b 服务细节都是u d d i 注 册中心的主要对象，它们各自包含了一组相互关联的信息，或者说是 关于w e b 服务描述不同角度、不同精确程度的信息，这些信息的关联 是通过一些全局或局部的标识来实现的；而且它们都可以接受一组消 息，同时可以返回一组消息，返回消息中即包含进行下一次请求需要 的关联标识。这样可以通过多次逐层深入的方式获得逐步详细的信 息。u d d i 之所以这样规划是为了对应现实中w e b 服务参与角色的复 杂信息和多样的分类标准。 b 具体实现 u d d i 是基于以l 的，它把w e b 服务的相关信息保存成一系列 x m l 元素，而且用来请求这些信息的消息和返回的响应消息，也采用 了定义好的订l 形式。u d d i 使用了三种基本元素来对应上述的三个 层次，同时为了描述消息的多种类型，又扩展了多个元素，但是并没 有增加层次的复杂度。对于每个层次，其实相当于一个u d d i 中的可 处理对象，它可以接受一系列的请求消息，并返回请求的内容。这些 消息和响应是成对出现的。 2 4 本章小节 本章从w e b 服务的原理说起，讲述了w e b 服务如何工作和它具 有的特点，然后分析了它为什么具有这样的特点和适用于什么样的领 域，并简要介绍了w e b 服务分布式计算理论，接着针对w e b 服务的 核心技术，分别