（计算机软件与理论专业论文）一种基于事务的web服务组装框架研究.pdf

论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果论文中 除了特别加以标注和致谢的地方外不包含其他入或其它机构已经发表或撰写 过的研究成果其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确 的声明并表示了谢意 作者签名 论文使用授权声明 日期：筮之二堑一形一 本人完全了解复旦大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权锞 留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阗：学校可以公布论文的全部或部 分内容可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文保密的论文在解密后 遵守此规定 作者签名艇剥谧名么垄绋 复旦大学硕士研究生毕业论文 一个基于事务的w e b 服务组装框架研究 摘要 事务处理作为w e b 服务的关键技术之一，决定着w e b 服务是否能被企业广 泛地采用。事务在w e b 服务组装中可能跨几个小时，跨多个企业，与传统事务 处理系统有很大的差别。m m 、微软等公司在近几年连续推出了有关w e b 服务 的事务规范如w s - c o o r d k n a t i o n i ，b t p 2 3 等，包括w e b 服务原子事务规范 ( a t o m i ct r a n s a c t i o n ) 、w e b 服务业务活动规范( b u s i n e s s a c i t i v i t y ) 等，但是这 些规范中制定的规则是泛化的，实现起来比较困难。而且这些协议一般是对于 w e b 服务本身而言的事务处理协议。但对于一个复杂的组装过程中的事务问题， 其解决能力就相对有限。 本文提出一个基于事务的w e b 服务组装框架，这个框架的创新性在于基于 分层的模型演化，在设计w e b 服务组装框架时，从三个层次对服务组装模型进 行组装分析：事务层、工作流层、物理组装层首先从事务的角度进行事务层研 究，鉴于对于不同的业务逻辑的组装，其事务的组合逻辑也是不同的，故没有办 法建模出一个适合所有业务逻辑的组装事务模型，所以本文在事务层将研究重点 放在事务之间的协商过程。通过对事务间协商过程算法的改善，保证组装逻辑 的事务性实现。将事务层进行演化，演化到工作流层，工作流层研究工作的重 点是对于事务组装的实际流程，使用p c c n - i 网【4 】数学工具对b p e l 流程迸行模型 验证，以检验其业务流程的正确性，比如不会发生死锁等情况。这样可以保证整 个w e b 服务组装框架的流程可以正确执行至于物理组装层是整个w e b 服务 组装物理实现层，不作为本文研究的重点对象。本文将这个模型驱动的事务框架 命名为l d w s c t ( l a y e r - d d v e nw e b s e r v i c ec o m p o s i t i o n t r a n s a c t i o n ) ，最后文中 对一个学者参加异地学术会议的旅行行程安排的例子，使用l d w s c t 框架进行 初步的应用分析。 关键词：w e b 服务事务：模型演化；p e t r i 网 中图分类号：t p 3 1 1 5 复旦大学硕士研究生毕业论文一个基于事务的w e b 服务组装框架研究 a b s t r a c t t r a n s a c t i o ni so n eo f t h ek e yp r o b l e m so f t h ew e b 翻玎v i t e c h n o l o g y , i th a sa g r e a ti n f l u e n c et ot h ew i l d l yu s eo fw e bs e r v i c eb ym o s to fe n t r e p r i s c s t h e t r a n s a c t i o no fw e bs e r v i c ec o u l dr a n g ef r o md i f f e r e n tc o m p a n y s0 1 l o o s e - c o u p l e d h e t e r o g e n e o u se n v i r o n m e n t s s e r v e r a ls e p e c i f i c a t i o n sh a v e b e e np r o m o t e db ym m , m i c r o s o f t e t c ，f o re x e m p l e ：w s c o o r d i n a t i o n , b t p h o w e v e r , t h e s es p e c i f i c a t i o n s a l ee x t e n s i v er u l e s ，a n do n l yu s e f u li ns i m p l ei n o v m i o no fw e bs e r v i c e ，b mw h e ni t c o m e st oc o m p l i c a t e dw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o n , t h e s es p e c i f i c a t i o n sa r cn o ts u i t a b l e a n y m o r e i nt h i sp a p e r , t h ea u t h o rp r o p o s eaw e bs c i c ec o m p o s i t i o nf i a m e w o r kb a s e d o nt h et r a n s a c t i o np r i n c i p a l 1 1 圮i n n o v a t i o no ft h i sp a p e ri sap r o p o s a lo f m u l t i l a y e r sw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o nf r a m e w o r k i nt h i sf r a l n f , a o r k , w h e nw e m o d e l i n gt h ef r a m e w o r k , w ed e v i d et h ef r a m e w o r ki n t ot h r e es u b - l a y e r ：t r a n s a c t i o n l a y e r 、w o r k f l o wl a y e r 、p h y s i c a ll a y e r w ee m p h a s i z et h en e g o t i a t i o na l g o r i t h m o fs u bt r a n s a c t i o n s ，i nt h ef i r s tl a y e r , r a t h e rt h a nh o wt om o d e l i n gt h et r 绷l s a g t i o l l f r o mag e n e r a lv i e w t h e nw ee n v o l v et h et r a n s a c t i o nl a y e ri n t oam o r es p e c i f i e d l a y e r n l ew h o l ew o r k f l o wo ft h ef r a m e w o r kc & nb em o d e l i n gb yb p e l w ea l s o u 辩p e 啊n e tt oc h e c ko u rs y s t e mw h e t h e ri ti sb e e nm o d e l e dp r o p e r l y a tl a s t , w e c a ne n v o l v et h ew o r k f l o wl a y e ri n t ot h ep h y s i c a ll a y e rw h i c hi sn o tt h em a i n r e s e a r c ha r e ao f t h i sp a p e r , a si ti sc o n c e r n e do n l yw i t hl o w e s td e t a i l s w er l 脚l l et h i s w e bs e r v i c ec o m p o s i t i o nf r a m e w o r k 勰l d w s c t i l a y e rd r i v e n - w 曲s e r v i c e c o m p o s i t i o nt r a n s a c t i o n ) ，a tl a s t , w et a k ea t r a v e la g e n ta sa ne x a m p l et oe x p l a i n h o wt h i sl d w s c tw o r k si nd e t a i l s k e y w o r d s ：w e bs e r v i c e s ；l d - w s c t ；p e t r i - n e t c a t e g o r y ：1 1 p 3 1 1 2 复旦大学硕士研究生毕业论文一个基于事务的w e b 服务组装框架研究 第一章引言 1 1 研究背景 w e b 服务【2 5 】正在成为基于i n t e r a c t 的新一代计算平台，它是一种以标准的工 业技术来描述( w s d l ) 【1 5 】、发布与发现( o d d r ) 1 3 】以及通讯( s o a p ) j 1 4 的自包 含、自描述、松散耦合的模块化软构件。由于w e b 服务平台的不可靠性，提供 事务处理能力是其能否投入商业应用的关键技术之一。 事务是容错系统故障，提高系统可靠性的有效手段。事务可以对应用编程人 员隐藏复杂的协调过程、异常处理和恢复细节，减轻应用编程人员的负担，使他 们不必关心复杂的底层活动 传统的分布式事务具有a c i d 性质： ( 1 ) 原子性( a t o m i c i t y ) ：事务的所有参加者要么都提交，要么都撤销； ( 2 ) 一致性( c o n s i s t e n c y ) ：事务不会破坏系统的恒定，事务执行的结果必须使 系统从一个一致性状态变化到另一个一致性状态； ( 3 ) 独立性( i s o l a t i o n ) ：并发执行的各个事务间不会相互干扰； ( 4 ) 持久性( d u r a b i l i t y ) ：事务一旦提交，它对系统的改变就是永久的。 为了实现严格的a c i d 性质，事务必须是短生命期的，系统必须是紧耦合的； 协调者必须对参加者拥有完全的控制权。因此，严格的a c i d 事务不适用于w e b 服务环境，因为w e b 服务系统具有以下特性： ( 1 ) 长事务：由于商务处理，网络延迟和用户的交互，一个w 曲服务事务处 理过程往往会持续较长的时间，使得锁定资源的策略不再适用。 ( 2 ) 自治性：w 曲服务提供者拥有对服务的控制权，其他的应用可能无法锁 定它需要的资源 ( 3 ) 松耦合：w e b 服务之间是松散耦合【1 8 】的。 ( 4 ) 更多潜在的故障：不仅进程和机器可能崩溃，广域网络也比传统分布式 系统的内部网更加不可靠。 ( 5 ) 一次事务过程可能跨越多个组织。关于分布式事务处理，已经出现了不 少标准和模型，广泛应用的有脚n 【2 2 】 2 3 】的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 np r o c e s s i n g ，d t p ) 、o m g 基于c o r b a 的对象事务服务 ( o b j e c tt r a n s a c t i o ns e r v i e e , o t s ) 等。d t p 定义了三种角色( 应用程序、事务管理 器和资源管理器) 和二种接d ( t x 和x a 接口) 事务管理器使用标准的2 p c 协议 协调各个资源管理器来完成全局事务。但是，它们都只能有效地应用在企业内部； 3 复旦大学硕士研究生毕业论文一个基于事务的w e b 服务组装框架研究 无法满足w e b 服务环境对长事务的要求。 w s c o o r d i n a t i o n 和w s - t r a m a c t i o n 是由m m 、m i c r o s o f f 、和b e a 公司提出 的w e b 服务事务处理模型，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，定义了协调者的组成元素：激活服务( a c t i v a t i o ns e r v i c e ， 主要用于创建事务上下文) 、注册服务( r e g i s t r a t i o ns e r v i c e ，参加者可以使用它注 册协调协议以参加到事务中) 和一组协调协议。 w s t r a n s a c t i o n 定义了原子事务和商务活动两类不同的事务，但对后者没有 给出具体的协调方案，至今也没有实现产品。o a s i s 组织的b u s i n e s st r a n s a c t i o n p r o t o c o l ( b t p ) 3 主要工作是定义了一组在协调者与参加者之间传递的消息。尽管 h p 己经发布了其b t p 产品w 曲吲m c e st r a n s a c t i o n s ( i - i p w s t ) 6 】，但其复杂的消 息结构和工作流管理限制了其广泛应用。此外，b t p 缺乏灵活的恢复机制，没有 提供补偿能力。 可见，虽然工业界己经有一些协议和模型，但是并不是针对w e b 服务组装事 务的特点提出。尤其是在遇到组装逻辑复杂的情况下，各个服务调用之间出现长 事务的情况，现有的协议和模型已经不能够有效的解决这些问题。本文在已有工 作的前提下提出了一个基于事务的w e b 服务组装的框架模型，在事务问题作为 模型组装首要考虑的因素，首先从事务协商的角度进行事务处理研究，然后进行 演化并使用p e t r i 网模型对工作流层的b p e l 流程进行验证，以保证整个框架的 正确性。 1 2 研究内容 本文提出了一种基于分层模型演化的w e b 服务组装的事务框架，本文中称 之为l d w s c t ( l a y e rd r i v e n - w e bs e r v i c ec o m p o s i t i o nt r a n s a c t i o n ) 。该框架是通 过系统分析，在设计w e b 服务组装框架时分三个层次对服务组装模型进行研究。 第一层：事务层。大多数情况下w e b 服务的组装是动态的，不同的业务逻 辑的组装，其事务的组合逻辑也是不同的，故没有办法建模出一个适合所有业务 逻辑的组装事务模型。所以本文在事务层将研究重点放在在w e b 服务环境下如 何协调各个子事务，改进子事务之间的协商过程，以提高服务组装的效率。本 文中将w e b 服务组装中遇到的事务分层两类：原子事务和复合事务。本文根据 t i p 协议的思想，引入h o l d 机制，改进了原子事务的协商机制。通过事务提交 之前的互相交流，减少了执行r o l l b a c k 操作的可能性。本文还结合本文结合t h p 的思想，设计了复合事务类型的协商算法，这个算法可以较好地解决“更新子事 务”问题和提交后结果“不一致”问题。 4 复旦大学硕士研究生毕业论文一个基于事务的w e b 服务组装框架研究 第二层：工作流层。在本组装框架中对事务层进行演化，演化到工作流层， 工作流层研究工作的重点是对于事务组装的实际流，使用p e t r i 网【4 】数学工具对 b p e l 流程进行模型验证，以检验其业务流程的正确性，比如不会发生死锁等情 况，以保证整个w e b 服务组装框架的流程是可以正确执行的。 第三层：物理组装层。物理组装层是整个w e b 服务组装物理实现层，不作 为本文研究的重点对象。 本文提出的基于事务的w e b 服务组装框架l d - w s c t 是对业务逻辑复杂的 服务组装实现是一个有益的探索，从一个新的角度对该问题寻求解决办法。 1 3 本文的组织 本文的主要章节安排如下： 1 第二章介绍一些相关的基本知识，主要是在w e bs e r v i c e s 事务研究现有 的模型和协议、事务、b p e l 建模语言、p c u - i 网模型。 2 第三章提出l d w s c t 模型的概念和思想。 3 第四章详细阐l d w s c t 模型的实现关键技术。 4 第五章是对l d w s c t 模型一个实践案例。 5 第六章对本研究课题的总结和展望。 复旦大学硕士研究生毕业论文一个基于事务的w e b 服务组装框架研究 第二章背景知识介绍 2 1b p e l 4 w s w e b 服务的业务流程执行语言b p e l 4 w s 1 1 1 ( b u s i n e s sp r o c e s se x e c u t i o n l a n g u a g ef o rw e bs e r v i c e s ) 是w s f l 1 9 和x l a n g 融合的产物，其定位是成为基 于工作流的集成方面的w e b 服务标准。可以用它创建能够完成如w e b 服务调用、 操纵数据、抛出故障或终止一个流程等工作的不同活动，然后将它们连接起来， 从而创建出复杂的流程。这些活动可以嵌套到结构化活动中。结构化活动定义了