（通信与信息系统专业论文）综合网管系统中基于web+services的消息服务体系研究.pdf

摘要 摘要 企业内的应用集成( e a i ) 与企业间的应用集成( b 2 b ) 正成为企 业计算的重要领域，信息交换日益频繁。而这种信息交换往往是在异 构的，自治的，动态的分布式环境中进行的。现有的分布式计算技术， 如c o r b a 等不能完全适应这种信息交换的需要。 作为解决方案之一的消息中间件技术应运而生。消息服务器是消 息中间件的一种类型，它为信息的交换双方提供一种异步的、存储转 发的信息交换模式，适合于跨越多种平台、编程语言与网络协议。消 息服务体系是以消息服务器为核心的，面向服务的应用体系。本文详 细探讨了消息服务体系的基本框架和它所支持的消息的可靠传递机 制。 由于目前消息中间件产品还存在着限定编程语言、不适合在 i n t e m e t 环境下使用等缺陷，我们将w c bs e i c e s ( w 曲服务) 概念引 入消息服务体系中。w 曲s e r v j c e s 是由一系列开放的，平台无关的协 议所组成的基于网络的组件规范。论文提出一种基于w 曲s e “i c e s 的 消息服务体系，以w 曲s e n r j c e s 方式提供消息服务，用s q a p 来封装 应用程序消息。本文还探讨了讧l 消息的自动格式转换问题和s o a p 扩展消息编码的问题。 最后本文还给出了一个用j a v a 开发的原型系统及应用实例的设计 与实现。 关键词：消息服务器，w e bs e r v i c 酷，面向服务 北京交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t i n f b m a t o ne x c h a n g e sb e 柳e e nd i s t r i b u t e ds y s t e m sa r eg e l 矗n gm o r e a n dm o r ef f e q u e n tw h i l ee a l ( e n t e 叩r j s ca p p l i c a t i o i n t e 粤a d o n ) a n d b 2 b ( b u s i n e s st ob u s i n e s s ) i n f o 咖a t i o ne x c h 锄g e si so f t e na r ei np m g r e s s t h i sk i n do fs i t u a t i o no c c u r r c di nah e t e r o g 如e o u s ，a u t o n o m o u s ，d y n a m j c d j s t r i b u t e de n v i r o n m e n t c u 玎e n ta p p r o a c h e si nd i s i m u t e dc 咖p u t i n g ， c o r b af o fi n s t a n c e ，a r cn o ts u f 6 c i 锄tt oc o m p l e t e l ym e e t t h e r c q u i f c l n c n t si ns u c he n v i r o n m e n t m o m ( m e s s a g c o r i e n t e dm i d d l e w a r e ) a p p e a r e da so n e o fs o l u t i o n s t ot h j sd i m c u l tp r o b l 咖m e s s a g es e e ri sal 【i n do fm o m ，w h i c h p r o v i d e sh e t e r o g e n e o u sm o d e o fm e s s a g ee x c h a n 舀n gf o re x c h 柚g e r s nj s m o s tc o m p a t i b i ef o rm u l t i p l ep l a t f o n l l s ，p r o 铲枷m i n g1 a f i g u a g e sa n d n e t w o r k p r o t o c o l s m e s 鞠g c s e r v i c ea r c h i t e c t u r ei sa m e s s a g e s e n r e 卜c e n t r c d ，s e n r i c e o r i e t e da r c h i t e c t u r c 1 1 l em e s s a g es e r v e fp r o i d e s b o t hs j d c so ft h ei n f o 硼a t i o n c x c h 卸g c a n a s y n c h r o n o u s ， s t o r e - a n d f 0 九a r dm e s s a 百n gp a t t e m ，w h i c hc 卸c m s sd j f 诧r e n tp l a t f 咖s ， l 卸g i l a g e s 卸dn e t w o r kp m t o c 0 1 s 1 1 l i st h e s i sd e s c r i b e st h ef r a m e w o r ko f m e s s a g es e r v i c e sa l c l i i t e c t u r c 柚di t s 蛐p p o no fr e l i a b i em e s s a g ed e l i v e r y h o w e v e lm o s t0 f t h em o mp f o d u c bh a v ep m g r a m m i n g1 a n g i l a g c 1 i m i ta n dc 柚n o tb ee a s 啦u s e do nt h ei n t e m e t t h e r c f o r ew eu s ew e b s e r v i c e w 曲s e i c e sa r eb a s e do nas e to fo p e n ，p l a t f o l f i l l j n d e p e n d 蛐t s t 卸d a r d st oc o n s t m dn e t w o r k a c c e s s c ds o f 研a r ec o m p o n e n ta p c h i t e c t u r e t h i st h e s i si n t f o d u c e st h ec o n c e p to fw c bs e r v i c e s - b a s e dm e s s a g es e r v i c e a r c h i t e c t u r e ，w h i c hp r 0 v i d e sm e s s a g cs e r v i c ei n aw 曲s e i c e sm a n n e f a n de n c a p s u l a t e st h e a p p l i c a t i o nm e s s a g e s i ns o a pr e q u e s t sa n d r c s 口o n s e s t h e卸t o m a t i ct r a n s f 咖a t i o no f x m lm e s s a g e sa n d s o a p - e x t e n d i n gm e s s a g ec o d i n ga f e a l s od i s c u s s e d 摘要 f i 姗l l y t h i st h e s i sd e s 耐b e st h ed e s i 9 1 la n di m p l e m e n t a t i o no f a p r o t o t y p es y s t e ma n d ac a s es t u d yo ft h em e s s a g es e r v i c ea r c h i t e c t u r e k e y w o r d s m 麟a g es e h e r ，w e bs e r v i c e s ，s e r v i c e - o r i e n t e d 引言 第一章引言 1 1 研究的背景和意义 企业内的应用集成( e a i ) 与企业问的应用集成( b 2 b ) 正成为企业计 算的重要领域。在这些集成活动中，往往有着频繁的信息交换( 如报价、 订单、报表等1 。这些信息交换活动更多的是在不同的软硬件平台和不 同的网络环境间进行的，信息交换各方的系统是独立的、属于不同的 组织的，而信息交换的内容与形式也随着商业过程的调整而动态变 化。 现有的分布式互操作技术在企业内部、局域网上己经有着广泛的 应用，但对于企业间的、广域网上的交互仍存在着许多不足，如难以 穿越防火墙，部署、配置与管理复杂，往往只能在同一厂商的产品之 间交互等等问题。 以消息中间件为代表的，基于异步的消息传递来实现分布式系统 问信息交换的技术正日益得到广泛应用。消息中间件把分布式系统问 所交换的信息视为消息，为消息在不同平台间的传递提供可靠的保 障。消息服务器( 或消息代理m c 鲻a g cb m k e r ) 是消息中间件的一种类 型，它在消息发送者与消息接收者之间提供存储转发的、可靠的消息 传递与格式转换服务。本文将探讨以消息服务器为核心的消息服务体 系及基于w e bs e r v i c c s 的消息服务体系。 随着企业信息化程度的提高，企业普遍采用数据库采集、存储和 检索企业生产、管理的数据。2 0 世纪9 0 年代中后期，计算机网络特 别是互联网技术得到了迅猛的发展，企业内部以及企业之间的数据交 北京交通大学硕士学位论文 换越来越频繁；同时，电子商务也要求企业将内部的各种信息系统整 合为一个统一的平台，以满足企业间的信息交换和其内在的需求。这 类需求的核心是要建立一个异构数据的集成平台。早期的数据来源主 要是各种关系数据库，因而集成主要针对关系数据库进行，像o d b c 方法和传统的模式集成方法都是典型的对关系数据库进行集成的方 法。随着信息技术的迅速发展，数据的存储超出了关系数据库的范畴， 相应地也就产生了跨平台对多种类型数据进行集成的要求。x m l 能够 描述不规则数据，能够从不同的来源集成数据，将多个应用程序所生 成的数据纳入同一个讧l 文件。目前，已有一些基于x m l 数据的集 成技术和应用面世。其中，有的只是将现有技术扩展x m l 支持，有 的只支持单一平台，如i n t e l l i g c n ts y s t e mr c s e a r c h 开发的 o d b q x m l 。因此，很有必要建立跨平台的支持关系数据库、格式 化文该平台能屏蔽网络、操作系统和多种数据的异构性，支持企业的 信息发布和电子商务应用，并具有可扩展性。 1 2 研究方向的现状 目前比较有影响的消息中间件规范和产品有s u n 的j m s ( j a v a m c s 髓g es e r v i c e ) 规范和i b m 的m q s e r i e s 以及甲骨文公司的o r a c l ea q 技术。 j m s 即j a v am e s s a g cs e r v i c e 的缩写，是s u n 公司基于j 2 e e 平台 的项核心技术。j m s 给j a 、，a 应用程序提供了一种通用的方式来创 建、发送、接收和阅读消息，实现应用程序间的信息传递。j m s 规范 定义了a p i ( 应用程序编程接口) ，由各开发商的消息中间件产品来实 现。j m s 规范在1 9 9 8 年首次发布。此后，许多软件供应商采纳j m s 规范并实现了j m s a p i ，推出了各自的消息中间件产品，如l b m 公司 2 引言 ( 国际商业机器公司) 的m 0 s e r i e s ，t i b c 0 公司的t i 功哏e n d c z v o u s 和 s u n 公司的i p l a n e t m e s s a g e q u e u e ( i m q ：s u n 公司的消息服务中间 件) 等。 i b mm q s e r i e s 是i b m 的消息中间件产品，它提供一个支持工业标 准的、安全的、可靠的消息传输系统。m q s e r i e s 的功能是控制和管理 一个集成的系统，使得组成这个系统的多个分支应用( 模块) 之间通过 传递消息完成整个工作流程。它的基本组成部分是一个消息传输系统 和一个应用程序接口，其资源是消息和队列。m q s e r i e s 支持大多数的 计算平台与通信模式，也拥有与主流产品( 如l o t u sn o t e s 和s a p r 3 ) 等的接口，在业界也得到广泛应用，是一个成熟可靠的产品。 a d v a n c e dq u e u i n g ( ”a q ”) 是0 r a c l e 数据库的消息队列功能。 通过a q 的消息队列功能，可使用队列在o r a c l e 数据库中的应用程 序用户间进行异步通信。a q 为应用程序提供了多种方式将消息放入 队列，称为入队；也为应用程序提供了多种方式将消息从队列中取出， 称为出队。此外，它还提供了将消息分发到相应队列中的方式，称为 传播。a q 与异常处理程序一起提供了可靠的消息传递，以防止消息 无法传递。它还提供了将消息区分优先次序的方式，并为消息提供了 时间属性，如过期和延迟。同时还提供了通知功能，便于立即提醒。 但是上述这些消息中间件产品共有的问题是：使用专有的接口与 规范，不够开放，而且不能很好地适应h i t e m e t 环境下的信息交换。 1 3 研究的目标与方法 消息服务器是一种在信息交换双方之间提供异步的，存储转发的， 问按的消息传递的信息交换方式。信息发送者将信息以消息形式发送 给消息服务器，消息服务器对消息进行存储，直到信息接收者从消息 3 北京交通大学硕士学位论文 服务器上接收消息。以消息服务器为核心的消息服务体系为信息交换 各方提供了松耦合的交互模式。 x m l 及w 曲s e n ，i c e s 协议族提供了一种与软硬件平台、网络环境、 编程语言无关的交互方式，企业可以w e bs e r v i c e s 方式封装企业的各 种应用，以x m l 文档方式描述数据及控制信息，系统间可以通过w 曲 s e n r i c e s 调用来请求各种服务功能，交换数据。w 曲s e r v i c e s 服务请求 与晌应都是被封装为h 1 r p 响应与请求的，因此可以方便地应用于 i n t e m e t 之上。 结合消息服务体系所支持的松耦合交互模式与w 曲s e i c e s 的平 台无关性和i i l t e m e t 易用性特征，我们提出一种基于w 曲s e r v i c e s 的 消息服务体系。 我们研究并实现的消息服务体系有以下特点： 1 引入以服务为中心的面向服务体系概念，将面向功能调用的计 算模式转变为面向服务的计算模式。 2 引入一个消息服务模型，它提供消息的存储转发服务，支持消 息生产者与消息消费者之间的异步的、松散耦合的消息传递。 3 提供对消息可靠传递的支持，以及对异步传递的支持，对点对 点及发布订阅两种消息模型的支持。 4 以w 曲s e r v i c c s 方式提供消息传递服务，而不是传统消息中间 件的a p i 方式。 5 实现消息适配功能。通过在消息生产者所发送的消息格式与消 息消费者所期望的消息格式之间进行自动转换，实现消息之间的自动 适配。 我们将通过基于北航自行研制的国产中间件a c tx l i n k e r 的w e b 服务平台以及o r a c l e 9 i 高级队列相结合的方式来实现上述目标。 4 引言 1 4 论文的组织结构 在第一章引言里，我们简要地介绍了研究的背景与意义、研究方 向的现状、研究的目标与方法和论文的组织结构。 在第二章里我们回顾了分布式计算领域内的信息交换模式的发展 现状，简要描述了异构、自治、动态的分布式计算环境下的信息交换 问题及它的一个典型应用场景，讨论了现有技术在解决这个问题上的 不足之处。论文的第三章在引入了面向服务的应用体系概念的基础 上，探讨了消息服务体系，并介绍了在消息服务体系中是如何实现消 息的可靠传递的。在第四章里，我们概要介绍了o r a c l e a q 技术。 论文的第五章首先介绍了x m l 与w 曲s e r v i c e s 协议族，接着提出 了基于w 曲s e r v j c c s 的消息服务体系的概念，简要描述了它的服务体 系框架。在第六章我们描述了w 曲s e r v i c c s 环境下消息体和元数据是 如何被封在s m 世请求中的，并提出了一种基于x s l l 的对消息进行 自动转换的适配方案。我们在第七章中给出了一个原型系统和一个基 于这个原型系统所实现的一个应用实例。最后在第八章中，我们对所 做的工作及贡献进行了总结，并对未来进一步的研究工作做了预测。 5 北京交通人学硕士学位论文 第二章分布式计算环境中信息交换技术的现状 分布式计算起源于2 0 世纪7 0 年代，是指一种应用程序设计方案。 在这种方案中程序、程序处理的数据以及实际计算任务都分布在网络 上，这样可以调节多台计算机的处理能力，也可以适合应用程序由不 同模块组成的特性。本章将讨论分布式计算环境中信息交换技术的现 状。分布式计算环境下信息的交换方式影响着系统问的互操作性。在 传统方式下，应用开发者需要花费大量的时间和精力来对原始的 s o c k e t 通讯进行编程，以实现交互双方的消息交换。c 0 r b a ，( d ) c o m ，r m i ，j 2 e e e j b 等面向对象( 组件) 的技术使得遵循这些规范的 应用程序之间可以透明地互联，但它们之间的耦合方式仍然是紧密 的。现有的消息中间件提供异步的消息交换方式，支持分布式系统间 松散耦合的信息交互。它解决了应用程序之间的异步通讯以及系统不 同应用问的集成这蹲大难题。本章还举出一个求职与招聘系统的例 子，描述了异构、自治的计算环境给现有的信息交换技术提出的挑战。 2 1 紧耦合的信息交换模式 紧耦合的信息交换模式意味着交互双方存在较强的功能依赖与 数据依赖，交互双方必须遵循严格的交互协议，一方对数据格式的更 改也要求另一方的应用程序做出相应的更改及重新编译、部署。信息 交换双方可能在空间、时间和数据流上有着紧密耦合的关系。 在这类信息交换模式下，服务客户端与系统提供的服务本身之问 必须进行紧密耦合，即要求一个同类基本结构。这样的系统往往十分 脆弱，如果一端的执行机制发生变化，那么另一端便会崩溃。例如， 6 分布式计算环境中信息交换技术的现状 如果服务器应用程序的接口发生更改，那么客户端便会崩溃。 要求提供紧密耦合的基本结构本无可厚非，许多应用程序均是基 于这种系统构建而成的。但是当各个公司需要相互合作、或信息技术 提供商扩大业务范围时，便很难实现单一而统一的基本结构。您根本 无法保证您希望与之进行远程通信的管道的另一端，具备所有您需要 的基本结构：对于它使用的操作系统、对象模型或编程语言，您可能 一无所知。这样就很难开发可以互操作的信息交换系统。 2 1 1 原始的s o c k e t 编程 s o c k e t 编程是一种原始的交互式应用程序开发方式，在这种方式 下，应用程序开发者得不到任何应用层或平台所提供的高阶的信息控 制服务，交互双方必须协商所有的数据格式与语义、控制信息的格式 与语义、交互行为、差错检测及处理机制，开发的工作量繁重，而且 不易维护。应用开发者现在一般只用原始的s o c k e t 编程来开发底层的 通讯支持，而不直接用其来实现应用层的数据交换。 z 1 2c o r b a c 0 r b a ( c 0 m m 彻0 q e dr c q u c s ib r o k e r 删i i t c c t i l f e ) 通用对象请 求代理体系，是o m g ( o b j e c tm 卸a g c m e n t0 m u p ) 对象管理集团制定 的，在不同平台、不同语言之间实现对象通信的模型。它为分布式应 用环境下对象资源共享、代码重用、可移植和对象间相互访问建立了 通用标准，同样也为在大量硬件、软件之间实现互操作提供了良好的 解决方案。c o r b a 是一个完全中间性的语言，可以使用接口定义语 言( i d l ) 定义开发时使用接口的c l i e n t 和实现接口的s e r v e r 所需要 的信息。为了保证在不同的c o r b a 产品基础之上构建的分布式对象 7 北京交通大学硕士学位论文 可以相互通信，a i e n t 和s e c r 通过o r b ( 对象请求代理) 进行通信。 一般的运行流程是c l i e n t 把请求发送给o r b ，0 r b 再把请求发送给 s e r v e r ，s e r v e r 把返回结果发送0 r b ，0 r b 再把返回结果发送给 a i e n t 。o r b 可以说c l i e n t 和s e r v e r 之间的翻译者。即使c l i e n t 和s e r v e r 使用不同的编程语言编写，只要是符合相同的i d l 定义，o r b 也可以 完成相互的通信。 总的来说，c 0 r b a 的特点是：支持异构终端；支持异构数据库 和多种语言开发；事务处理能力比较强；安全性较高以及可扩展性好。 同时它也存在庞大复杂，实现难度大以及技术更新慢的缺点。 2 1 3 ( d ) c o m c 0 m ( c o m m o no b j e c tm o d c l ) 通用对象模型是m i c r o s o f i 提出的基 于w i n d a w s 平台的组件对象技术。它使用一套独立于语言的接口来描 述对象的方法，使得用不同语言编写的应用程序可以透明地进行互操 作。w i n d o w s 平台下的大量应用软件使用了c o m 技术。而d c o m ( d i s t 曲u t e dc o m m o no b j e c tm o d e l ) 分布式通用对象模型是c o m 在分 布式计算环境下的扩展。 ( d ) c o m 技术的特点是：对异构终端的支持很差，只支持w i n d o w s 平台；支持对异构数据库的访问和多种语言开发；安全性及可扩展性 筹。 8 分布式计算环境中信息交换技术的现状 s m e r _ s i d ed c 0 d c 0 s 舯日r 稚臣篙誊占篙 审l 纠h 秭“叫 睫b 西l 由南 j 三幽 唑刊南 阿膏司一 l s t c k l li s t c k s l 图2 1d c o m 体系结构 2 1 4j a v a 的烈i 技术 远程方法调用( r m i ) 是j a 、，a 提供的分布式对象通讯模型，基于 r m i 的客户端可以远程的调用服务器对象上的方法。 r m i 技术的特点是：只支持j 瓜，a 语言；支持对异构终端和异构数 据库的访问；编程简单：安全性好；可扩展性好。 习 r 啊工 s k 1 0 r m o t r f r n c l a y e 。 硼工t r 蛆p o r tl y r 工n t e r n e tp r o t o c 0 1c e p ) 图2 - 2 砌小体系结构 9 北京交通大学硕士学位论文 2 1 5j 2 e e l e j b j 2 e e ( j a v a2 e n t e r p r i s e e d i t i o n ) ：j a v a 2 企业版是s u n 公司推出的基 于j a v a 的分布式计算平台规范，基于这个规范构建的分布式应用程序 可以方便地进行互操作。雨彤b ( e n t e i p r i s cj a v ab e a n ) 是j 2 e e 中的组 件标准，可以利用日b 组件来构造软件系统。日b 规范定义了开发和 部署基于事务性、分布式对象应用程序的服务器端软件组件的体系结 构。企业组织可以构建它们自己的组件，或从第三方供应商贿买组件。 这些服务器端组件称作e n t e r p r i s eb e a l l ，它们是( e j b ) 容器中驻留的 分布式对象，为分布在网络中的客户机提供远程服务。 e j b 技术的特点是：支持异构终端；支持异构数据库；安全性好； 可扩展性好，常用于大型的企业分布式计算。 2 2 消息中间件 2 2 1 中间件的定义与分类 在分布异构环境中，通常存在多种硬件系统平台( 如p c ，工作站， 小型机等) 。在这些硬件平台上又存在各种各样的系统软件( 如不同的 操作系统、数据库、语言编译器等1 以及多种风格各异的用户界面，这 些硬件系统平台还可能采用不同的网络协议和网络体系结构连接。如 何把这些系统集成起来并开发新的应用是个非常现实而困难的问 题。为解决分布异构问题，人们提出了中间件( i i l i d d l e w a r e ) 的概念。中 问件是一种位于系统软件与应用系统之间的软件平台，它通过对应用 系统提供统一的接口来屏蔽各种硬件、操作系统、网络协议、数据库 与开发工具之间的差异。中间件位于客户机服务器的操作系统之上， 管理计算资源和网络通讯。 1 0 分布式计算环境中信息交换技术的现状 我们一般可以将中间件分为事务监控中间件，( 面向) 消息的中间 件，数据库访问中间件，分布式对象中间件( c 0 r b a ，e j b 等也属于这 一类) ，以及安全中间件等等。 2 2 2 消息与消息中间件 在分布式应用中，不同的应用进程之间传递交换的信息可以被统 称为消息( m e s s a g e ) 。消息由消息的内容( 应用程序有效载荷) 及与消息 相关的元数据( 如消息的接收者，消息i d ，消息传递的策略等) 组成， 消息的内容及格式由该消息的生产者及消费者协商而定。 消息中间件m o m ( m e s s a g e o r i e n t e dm i d d l e w a r c ) 是目前中间件技 术的发展热点。它适用于任何需要进行网络通信的系统，负责建立网 络通信的通道，进行数据或文件发送。消息中间件可以跨平台操作， 为不同操作系统上的应用软件集成提供方便，从而满足企业内部对系 统伸缩性和可扩展性的要求。它的主要功能是在不同的网络协议、不 同的操作系统和不同的应用程序之间提供可靠的消息传送。消息中间 件将应用程序的有效载荷封装成自我描述型的数据包( 即消息) ，并将 其放到网络中，其中消息体就是应用程序载荷，而消息头( 消息描述符) 中承载着消息的源、目标、策略等元数据。 消息传递系统与分布式对象系统之间的本质区别在于：要求发送 方辨识接收方的基本结构的程度有所不同。在分布式系统中，发送方 需对接收方的情况作出种种猜测：应用程序是如何激活或拆包的，调 用的是什么样的界面等等。另一方面，消息传递系统中，发送方既不 需考虑消息被接收后的情况，也不需考虑接发双方之间的通信情况， 唯一需要考虑的是接收方是否能辩识发送的消息内容。 这种松散的耦合方式在分布式的自治环境中是有利的，例如，接 北京交通大学硕士学位论文 收方可在任何时刻进行更改，而不会干扰发送方的消息发送，只要它 仍可辩识原有消息的内容。另外，发送方无需任何特殊的软件即可与 接收方通信：只要它发出正确格式的消息，接收方就可以响应。 在构造分布式系统特别是松耦合的系统的时候，消息中间件是一 种很常见的构建模块。在采用消息中间件的时候，松耦合的组件通过 异步交换消息的方式进行通信，消息管理层可以从应用代码中分离出 来，消息中间件系统通常为独立的组件提供可靠的消息传递服务。将 消息中间件的消息传递系统和同步的远程过程调用系统比如c o r b a 相对照，它的异步特性使它适用于在高度自治的分布式环境中。 2 2 3 消息中间件提供的消息模型 消息中间件一般提供三种消息模型：点对点的，消息队列和发布 订阅模型。 消息传递中的点对点o o i n t t 0 _ p o i n t ) 模型是基于直接转发概念的。 消息由消息生产者发送给消息中间件，消息中间件立即将其转发给消 息消费者。消息生产者直接指定消息消费者作为消息的目标地址。 在消息队列模型中，消息的目的地是一个消息队列，消息生产者 将消息发送到属于某消息消费者的消息队列，消息消费者从其消息队 列中获取消息，这样就实现了消息传递。每个消息队列中可以有多条 消息。消息队列唯一地属于一个消息消费者，但一个消息消费者可以 拥有多个消息队列。 消息传递中的发布订阅模型是基于主题( t o p i c ) 概念的。在这个模型 中，消息的目的地是一个主题，消息的生产者发布消息到特定的主题， 消息的消费者订阅特定主题的消息，在消息到来时从主题空间中获得 消息。每个主题可以有多个发布者( 消息生产者) 和( 或) 多个订阅者( 消 1 2 分布式计算环境中信息交换技术的现状 息消费者1 ，每一消息都会被其所有订阅者接收，因此，与消息队列模 型不同的是，多个消息消费者将接收到同一条消息。 2 3 异构自治计算环境对信息交换技术的挑战 在异构的，自治的，动态的企业交互环境下，交互体系的建立往 往要考虑以下问题： 1 如何能保持平台、语言、软硬件环境的无关性，简化交互操作， 降低交互双方的耦合度? 2 如何在低速的、不可靠的网络上( 如互联网上) 实现信息的可靠传 递，特别是在交互双方都处在防火墙或代理服务器之后的情况下? 3 如何实现瘦客户机胖服务器或瘦客户机之间的有效的信息交 换? 瘦客户机意味着它具有较弱的系统能力，希望把大多数的信息交 换控制工作交给服务器或第三方。 4 自治系统之间对同样的信息可能有着不同的表达方式或者语义， 如何实现在所表达的实体一致而表达方式不一致情况下的消息匹 配? 原始的系统通讯模式( 基于s o c k e t 编程的) 使得交互双方需要大量的 开发与维护工作来对交互进行控制，双方的耦合度较高，不适合自治 环境下的互联。 紧耦合的面向对象( 组件) 的交互模式，如c o r b a ，( d ) c o m ， j 2 删b 等规范往往依赖于周密管理的和相当高技术的运行环境，不 适合在异构的环境下工作，而且它们很难跨越防火墙。现有的消息中 间件产品或规范，如i b mm 0s 盱i e s 或j m s ，能保证消息在系统间的 可靠、异步传递，也简化了应用开发，但其应用开发方式是基于消息 中间件所提供的a p i 的，使得交互双方必须都使用闻种消息中间件产 1 3 北京交通大学硕士学位论文 品或遵从j m s 规范，这样就限制了消息中间件的应用。而且它们一般 都是用于服务器端到服务器端的，对瘦客户机胖服务器或瘦客户机之 间的消息传递缺乏支持，尤其是客户机被散布在i n t e m e t 上的时候。 由于消息中间件使用专用的通讯端口，它往往也不能跨越代理服务器 或防火墙。 2 。4 异构自治计算环境下信息交换的典型场景 在实际的分布式计算环境下往往会遇到上述的交互问题。考虑下 面这个信息交换的典型场景( s c c n a r i o ) 。这是一个求职与招聘应用的例 子，在这个例子中，有下列特性与要求： 1 各方是独立的、异构的、自治的系统，拓扑环境也是动态的， 因此交互关系可能无法事先精确建立； 2 各方可能是系统能力有限的瘦客户机( 比如手持设备) ，往往只 能部署轻量级的软件： 3 各方可能处在防火墙或代理服务器之后，因而不能主动打开通 讯端口进行监听； 4 求职者与招聘者不能保证同时在线，文档的传递往往是异步的； 5 求职者要传递简历文档给招聘者，每个简历文档可能都是由求 职者自己定义的格式；招聘者也要发送招聘信息文档给求职者，每个招 聘信息文档也都可能是招聘者所自己定义的格式；需要有一种机制来 实现格式之间的转换与匹配： 6 文档的发送对象可能不只一个，而是一群接收者。接收者数目 也可能不是确定的，可能是基于某一匹配规则的( 如基于主题的或基于 内容的) ； 7 文档的可靠传递需要得到保证，而且需要有相应的机制来更为 1 4 分布式计算环境中信息交换技术的现状 精确地定义文档成功传递的概念，如一定的时限内，或者最少的接收 者数量。现有的各种技术与标准都不能完全满足上述的要求。 图2 3 典型场景：一个求职与招聘系统的例子 1 5 北京交通大学硕士学位论文 第三章消息服务体系 本章将讨论消息服务体系。本章首先介绍了服务及面向服务的应 用体系，接着概述了消息服务的框架体系，以及这个框架体系中的消 息传递视图、角色及交互模式。本章还讨论了消息服务体系中核心消 息服务及消息可靠传递机制。 3 1 服务与面向服务的应用体系 3 l1 服务 服务( s e r v i c e ) 在分布式计算环境的概念下，意味着由某机构提供的 某种形式的功能，与功能相对应的是其接口，可以在运行时被调用。 客户端通过调用相应的接口来申请相应的服务，也就是实现相应的功 能。所谓服务，并不是针对某一特定客户端的，相反，它是由多个客 户端所共享的。这就意味着，与大多数分布式计算模型不同的是，服 务并不维护与客户端相关的会话状态信息，它们是无会话状态的。( 当 然可以通过特定的应用层扩展来实现会话，但底层服务仍是无会话状 态的) 。 当一个服务被调用的时候，它是以一种上下文无关的方式来执行 的( 即在此之前或之后所执行的服务调用对其完全没有影响) ，这导致 了服务的以下特点： 1 服务所需知晓的信息，都必须在服务调用时显式地以参数形式 提供。 2 因为服务并不存储每次调用的相关信息，所以整个服务任务的 执行是在一次服务调用下完成的。 1 6 消息服务体系 使用服务来构造系统是高效与高度可扩展的，因为服务的无会话 状态特性，它们不是专属于某一客户端的，因此可以通过复用技术或 共享池，使少数几个服务的实例就能满足多个客户的服务请求。 3 1 2 面向服务的应用体系 面向服务的应用体系即在分布式计算环境下，为现存的或新建的 企业应用创建服务接口，并建立商业过程来将这些服务联系起来。所 有的系统间交互，都是用服务请求及其响应来实现的。 最常见的服务的例子包括无会话状态的b e a n s 与c o m 组件。但它 们是专属于某一种语言或平台的，不适合在异构自治的分布式计算环 境下构造面向服务的体系架构。 图3 1 面向服务的应用体系 3 1 3 基础服务与消息服务 基础服务：在面向服务的体系中，有些服务是通过对特定的企业 应用进行封装，使其以服务的形式出现的；而另一些服务，是独立于特 1 7 北京交通大学硕士学位论文 定的应用的，如消息服务，命名服务，资源定位服务等，这些服务， 是整个分布式计算环境中各系统所共同使用的，是实现其它服务舶基 础设施，类似于现实世界中的水、电、电信等基础服务设施，我们把 这类服务称为面向服务的体系中的基础服务。 消息服务：为分布式计算环境下的各系统提供可靠的，同步或异 步的消息传递服务，是面向服务的体系中的基础设施之一。 传统的基于消息中闻件的交互模式中，每一系统均安装有消息中 间件，作为该系统的消息发送与接收代理，系统之间的交互透过消息 中间件之间的交互实现。而在基于消息服务的交互模式中，有节点 提供专门的消息传递服务，即一台消息服务器，所有的消息传递，不 再是直接在消息发送者与接收者之间进行，而是透过消息服务器进行 转发。消息服务的客户端无需再安装消息中问件，而只需一个轻量级 的消息服务请求代理，减少了各客户端的资源开销。由于消息服务器 提供统一的消息服务接口，在传统方式下异种消息中间件难以交互的 问题不复存在，异构系统可以方便地进行互联。 臻于传统的消息巾闻体蔷于摘息施务器 图3 2 传统消息中闻件与消息服务模式 1 8 一 砸叵 消息服务体系 3 2 消息服务体系框架 3 2 1 消息服务视图 在我们的消息服务体系框架中，有三种视图，分别描述了消息交 换过程中的不同角色。 3 2 1 _ l 消息生产一消费视图 在这个视图中，有三种角色： m e s s a g ep m d u c e r ：消息生产者。是消息的源，消息的生产者负责 生产消息的有效载荷并指定消息的目的地。 m e s s a g cc o n s u m e f ：消息消费者。是消息的目的地，消息消费者负 责处理及执行消息的有效载荷中的数据及应用逻辑。 m e s s a g eb r o k e f ：消息中介者。负责根据消息头部的路由信息对消 息在消息生产者与消费者之间进行存储转发。 3 2 1 2 消息传递视图 图3 3 消息生产一消费视图 在这个视图中，有两种角色： m e s s a g cs e n d e r 消息的发送者。它是在消息传递流程中某一消息 传递链路中的消息直接发出者。 m e s s a g er e c e i v e r ：消息的接收者。它是在消息传递流程中某一消息 传递链路中的消息直接接收者。 在消息由消息生产者到消息中介者的链路中，消息生产者是消息 1 9 北京交通大学硕士学位论文 的发送者，消息中介者是消息的接收者；在消息由消息中介者到消息消 费者的链路中，消息中介者是消息的发送者，消息消费者是消息的接 收者。如果消息在消息生产者与消息消费者之间要经过多个消息中介 者，那每个消息中介者将同时是前一条链路的接收者与后一条链路的 发送者。 图3 4 消息传递视图 3 2 1 3 消息服务视图 在这个视图中，有两种角色： s e r v i c ep m v i d c r ：消息服务提供者。它即消息的中介者、消息服务 器，提供消息的存储转发服务。它接收来自消息生产者的发送消息请 求，并将消息进行存储；以等待来自消息消费者的接收消息请求，并将 消息发给消息消费者。 s e r v i c e f e q u e s t e r ：消息服务请求者。它可以是消息的生产者，或消 息的消费者，是消息服务的客户节点。消息生产者请求消息服务将消 息转发给消息消费者：消息消费者请求消息服务将以其为目的地的消 息发送给自己。 2 0 消息服务体系 图3 5 消息服务视图 3 2 2 消息服务交互模式 3 2 2 1 消息发送者与消息接收者之间的交互模式 消息发送者可以用推方式将消息推给消息接收者，也可以由消息 接收者以拉方式从消息发送者处获取消息。 p u s h ：推方式。是指消息的发送者( 消息的生产者或消息中介者) 将 消息直接传递给消息接收者( 消息中介者或消息的消费者) ，消息的接 收者是以一种被动的方式接收信息，消息是立即传递的。这要求消息 接收者有一个开放的端口( 逻辑的或物理的) 来监听并接收消息，消息 发送者直接将消息发送到这个端口。这种方式是同步的。 ”l l ：拉方式。是指消息的接收者( 消息的消费者或消息中介者) 向 消息的发送者( 消息中介者或消息生产者1 发出接收消息请求，消息发 送者收到请求后将消息作为对该请求的响应返回给消息接收者。在这 种情况下，消息的接收者无需被动打开端口，相反是消息的发送者开 放一个端口以监听消息接收请求并发送消息。这种方式要求消息的发 送者在消息被消息接收者接收之前进行存储r 可以是非持久化的设备 如内存，或是持久化的设备) 。这种交互方式是异步的。 3 2 2 2 消息服务请求者与消息服务提供者之间的交互模式 根据消息服务请求者能力( c a p a b i l i t y ) 的不同，消息的生产者或消费 者( 消息服务请求者) 与消息服务器( 消息服务提供者) 之间有两种交互 模式： p e e rt op c e r ：点对点模式。在这种模式下，消息服务请求者与消息 服务提供者具有相同的通讯能力，即消息生产者可以主动地发送消息 北京交通_ 犬学硕士学位论文 给消息服务器，消息服务器也可以主动地发送消息给消息消费者，某 一消息服务请求者可以同时是某条消息的生产者与另一消息的消费 者。消息服务器开放一系列端口及其服务功能，同样的，这要求消息 服务请求者也能开放相应的端口并告知消息服务器，消息会以推方式 由消息生产者发送给消息服务器，同样由消息服务器以推方式发送给 消息消费者。 c l i e n “s e r 、r e r ：客户机朋艮务器模式。在这种模式下，消息服务请求 者的通讯能力是弱于消息服务提供者的，即消息生产者可以主动地发 送消息给消息服务器，但消息服务器不能主动发送消息给消息消费 者，而必须是被动地等待消息消费者来请求接收消息，同样，某一消 息服务请求者也可以同时是消息的生产者与消息的消费者。消息以推 方式由消息生产者发送给消息服务器，以拉方式由消息消费者从消息 服务者上接收。这种方式下，消息服务器开放一系列端口及其服务功 能，而消息服务请求者无需开放任何端口。 鉴于w 曲s e r v i c c s 的消息服务体系，因为p c e r t o p c c f 模式很难穿 越代理服务器及防火墙，因此我们将主要研究消息服务请求者与消息 服务提供者之间的d i e n t ，s e r v e r 交互模式下的操作。o r a d e 高级队列应 用的正是p e e r _ p e e r 模式。 3 2 2 3 消息生产者与消息消费者之闻的交互模式 消息生产者可以是以0 n e w a y 的方式发送消息给消费者，消息消费 者并不对消息及其处理结果返回响应；消息生产者与消息消费者之间 也可以是r e q u e s t - f e s p o n s e 模式，消息生产者希望得到消息消费者对消 息进行处理后的显式响应消息。 o n e w a y ：单向模式。消息生产者发出的消息被认为是单向的数据 消息服务体系 报，消息消费者不对消息的处理返回响应给消息生产者。 r e q u e s t r e s p o n s c ：请求响应模式。消息生产者与消息消费者之间 的交互类似于一种远程功能调用( r p q ，消息生产者发出的消息带有 功能请求信息，