（计算机应用技术专业论文）方面化中间件内核容器及动态服务组织管理研究.pdf

摘要 在按需定制计算问题背景下，本文首先介绍了3 种国内外主流的 方面化中间件平台的内核结构及a o p 实现方式，并从框架扩展性、依 赖关系可管理性和a o p 支持粒度的角度分析了其优缺点，总结出了它 们共同存在的不足。 然后，针对这些不足，提出了一种新的方面化中间件模型双 核方面化中间件模型( d c a m ) 。该模型采用分层结构，分为内核层、服 务层、应用层和方面层，将a o p 功能支持纳入内核，使得方面构件不 仅能贯穿应用层，也可以作用于服务层；引入了基于声明式的服务声 明周期管理机制用于降低服务与平台的耦合性，提高服务可扩展性及 兼容性，基于包装的容器结构为引入i o c 容器管理组件依赖关系提供 了扩展基础，这些机制使模型具有更好的可扩展性、依赖关系管理能 力和细粒度a o p 支持，同时还加入了组件移动功能支持，更好地满足 按需定制计算需求。 随后，本文阐述了模型中各层的设计与实现。各层的核心实体搭 建了原型系统的运行基础，而4 种核心服务则提供了平台协商、组件 移动和客户端调用辅助功能，实现d c a m 的设计思想。 最后，本文展示了原型系统的运行示例截图，并对该系统的优缺 点进行了分析说明，此外，还从系统启动时间及组件处理2 个角度进 行了实验，通过实验分析框架设计思想在带来各种特性的同时，所付 出的代价。 关键词按需定制计算，方面化中间件，双核结构，d c a m a b s t r a c t u n d e rt h eb a c k g r o u n do fo n d e m a n dc o m p u t i n gp r o b l e m ，t h i s p a p e rf i r s t l y i n t r o d u c e s t h e a r c h i t e c t u r ea n d a s p e c t - o r i e n t e d p r o g r a m m i n g ( a o p ) i m p l e m e n t a t i o n o ft h r e e t y p i c a l m i d d l e w a r e p l a t f o r m s ，a n a l y z e s t h e p r o s a n dc o n so ft h e mo na r c h i t e c t u r e e x t e n s i b i l i t y , d e p e n d e n c yr e l a t i o n s h i pm a n a g e m e n ta n da o ps u p p o r t i n g g r a n u l a r i t y , a n dc o n c l u d e st h e i rc o m m o nd i s a d v a n t a g e s t h e n ，f o ra b o v ed i s a d v a n t a g e s ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dan e wm o d e l o na s p e c t u a lm i d d l e w a r e - d u a lc o r ea s p e c t u a lm i d d l e w a r em o d e l ( d c a m ) ，w h i c hc o n s i s t so fc o r el a y e r , s e r v i c el a y e r ，a p p l i c a t i o nl a y e r a n da s p e c tl a y e r t h em o d e la p p l i e sa o pf u n c t i o n a ls u p p o r tt ot h ec o r e l a y e rt os u p p o r ta s p e c t u a lc o m p o n e n t sw o r k i n go ns e r v i c el a y e ra sw e l la s a p p l i c a t i o nl a y e r i ta l s o u s e st h ed e c l a r a t i o n b a s e ds e r v i c e l i f e c y c l e m a n a g e m e n tm e c h a n i s mt or e d u c et h ec o u p l e dd e g r e e sb e t w e e ns e r v i c e s a n dp l a t f o r ma n di m p r o v et h ee x t e n s i b i l i t ya n dc o m p a t i b i l i t yo fs e r v i c e s m o r e o v e r ，t h ew r a p p e r - b a s e dc o n t a i n e rs t r u c t u r ep r o v i d e st h ee x t e n s i b l e f o u n d a t i o no fd e p e n d e n c yr e l a t i o n s h i pm a n a g e m e n tf o rc o m p o n e n t s b a s e do ni o cc o n t a i n e r s a l la b o v em e c h a n i s m sm a k et h em o d e lm o r e e f f e c t i v eo ne x t e n s i b i l i t y , d e p e n d e n c y r e l a t i o n s h i pm a n a g e m e n ta n d f i n e - g r a n u l a ra o ps u p p o r t ，a sw e l la so no n d e m a n dc o m p u t i n gb e c a u s e o ft h ec o m p o n e n tm o b i l es u p p o r t n e x t ，t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h em o d e li ss t a t e d t h ec o r e e n t i t i e so fe a c hl a y e rh a v eb u i l tu pt h er u n n i n gb a s i so ft h ep r o t o t y p e s y s t e m ， a n df o u rs e r v i c e sa r e s u p p l e m e n t e d t o p r o v i d e p l a t f o r m n e g o t i a t i o n ，c o m p o n e n tm o b i l i t ya n dc l i e n t - s i d ei n v o c a t i o nt o f u l f i l lt h ed c a m d e s i g ni d e a s f i n a l l y , t h i sp a p e rd i s p l a y st h er u n n i n gs a m p l e ss c r e e n s h o t so ft h e p r o t o t y p es y s t e m ，a n di l l u s t r a t e s i t s p r o s a n dc o n s f u r t h e r m o r e ，i t a n a l y s e st h ep r i c ep a i df o rt h es e v e r a lf e a t u r e si nt h ef r a m e w o r kd e s i g n s t h r o u g he x p e r i m e n t s ，w h i c ha r ec a r r i e do u tf r o mt h ep e r s p e c t i v e so f s y s t e m b o o t s t r a pt i m ea n dc o m p o n e n t p r o c e s s i n gt i m e k e yw o r d so n - d e m a n dc o m p u t i n g ，a s p e c t u a lm i d d l e w a r e ，d u a l c o r es t r u c t u r e ，d c a m i i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名： 喀墨揸 日期：鱼鱼年月坐目 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：划导师签名皇燮 日期：三竺正年上月型日 硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 i n t e r n e t 正以前所未有的速度发展着，目前已经成为世界上覆盖面最广、 规模最大、信息资源最丰富的计算机信息网络。同时，计算机网络技术和通信技 术的发展，大大促进了i n t e r n e t 上的新服务、新应用的出现，如w e b 服务、 w a p ( w i r e l e s sa p p li c a t i o np r o t o c 0 1 ) 等技术。虽然i n t e r n e t 已经逐渐从传统 的信息发布与共享媒体演变成为一个大规模的分布式计算平台，但是，传统的 i n t e r n e t 应用，大都是包含多种功能的单一软件包，用户很难根据自己的需要 扩展或定制系统的功能。并且，考虑到用户所处网络环境、资源条件和需求的多 样性，很难用同一个解决方法来满足所有用户的需求。而w e b 服务也一般由固定 的计算模块提供，无法根据数据传输和处理的需要灵活选择。也就是说，在 i n t e r n e t 中缺乏一种自动根据用户需要搜索、加载、并运行计算程序的智能化 机制，因而无法满足应用层次和网络层次按需定制计算的需求n 1 。要解决上述 问题，需要改变i n t e r n e t 上服务和应用的实现与提供方式，细化所提供服务的 粒度，使用户能根据需要选择合适的服务功能，并引入关注点的动态搜索、传输， 编织和加载机制，支持新服务、新应用的按需创建。改变用户只能被动使用现有 服务的应用模式，使网络能够按照用户或数据传输的需要，动态组合、编织计算 模块，提高i n t e r n e t 服务的智能化程度。 目前，解决按需定制计算问题存在两大技术难点：第一个难点是主流的分布 式计算标准，如：j 2 e e ( j a v a2e n t e r p r i s ee d i t i o n ) ，c o r b a ( c o m m o no b j e c t r e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ) 等中间件不支持按需定制计算需求：首先，中间 件不能根据需要扩展其支持服务，或者快速、便捷地部署第三方提供的服务功能 h 1 ；其次，中间件中只能部署业务逻辑构件，而全局性约束功能构件不能部署到 中间件中去，限制了构件提供服务的能力，同时中间件对网络的要求比较高，在 不稳定网络环境中无法正常工作。第二个难点是基于面向对象软件开发的系统只 能较好地实现对业务逻辑的封装，而对于诸如；安全验证、日志、调试、授权和 异常处理等全局性约束的功能要横切系统的多个模块，造成了代码的分散和纠 缠。导致了软件系统很难具备重用性、扩展性以适应需求的变化巧刊。 针对上述技术难点，面向方面软件开发( a s p e c t o r i e n t e ds o f t w a r e d e v e l o p m e n t ，a o s d ) 提供了一种可行的方法嵋吲。面向方面软件开发通过分离横 切到构件中的方面来控制关注点的纠缠，有效地分离关注点，简化构件的编织。 同时基于构件的开发通过分离以不同方式连接和组装的可重用构件，支持软件的 硕十学位论文第章绪论 开发盯吨3 。将面向方面和基于构件开发两者的优点结合起来，创建方面化构件， 利用方面编织技术简化方面化构件的编织，这就为按需定制计算问题中软件功能 的动态编织和组合提供了技术支持。 1 2 国内外研究现状 文献 9 j 介绍了3 种用于c o r b a 中间件的面向方面支持方法和工具，分别使 用分块对象、通知和基于角色的协议层次等方式与a o p ( a s p e c t o r i e n t e d p r o g r a m m i n g ) 思想迎合。同样的基于已有中间件或组件模型，并尝试与a o p 进行 结合的研究还包括：文献 1 0 ，1 2 ，1 3 ，1 4 ，1 5 。文献 1 0 基于e j b ( e n t e r p r i s e j a v ab e a n ) 、c c m ( c o r b ac o m p o n e n tm o d e l ) 等组件模型的共性，提出了基于 a s p e c t j n 门的构件抽象层，用于实施模型无关组件编程模式。通过a s p e c t j 编写 通用的抽象方面层，作用到组件共同的事件中，并在最小改动下与其他同类平台 快速自适应；文献 1 2 利用a m t ( a s p e c tm i n i n gt o o l s ) 工具分析o r b a c u s 、 o p e n o r b 等中间件产品中的横切关注点，并使用a s p e c t j 重构原框架，通过实验 证实使用a o p 能更有效地降低中间件框架的复杂度；文献 1 3 基于o p e n c o m 编程 模型，从接口、拦截与架构3 个语言无关元模型出发，提出了一种构建语言与平 台无关的基于反射的动态a o p 方法；文献 1 4 设计了针对a f p a c 动态适应中间件 平台设计了细粒度编织器，基于拦截器技术为应用集成提供动态适应能力；文献 1 5 提出了一种作用于c o r b a 架构下s h l ( s o c k e t h a n d l i n gl a y e r ) 层上的旁路 某些中间层的方法，该方法基于b d l ( b y p a s s i n gi d l ) 方面描述语言，通过扩展 s h l 层，拦截和分析调用请求，并根据切入点配置信息直接调用相应功能，避免 逐层传递消息。这些研究为a o p 与中间件的结合进行了各种探索，其使用的方法 和工具为本课题研究提供了辅助思路，但是由于中间件平台或组件模型本身并非 对h o p 良好支持，因此，h o p 支持力度仍然很有限，此外，部分方法与特定语言 有很强的依赖性，降低了该方法的扩展性。 文献 1 6 从概念上比较了反射式中间件与自适应中间件，前者使用反射实现 细粒度的元模型支持中间件的核心服务，如服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，q o s ) 等，而基于a o p 的自适应中间件虽然一般都与具体语言有关，但是能把安全、命 名等分布式核心模块组合起来，高度抽象，降低耦合度。其所提及的反射式中间 件，使用反射支持元模型的自适应和扩展性，可以与a o p 思想进行结合，从其他 角度阐述关注点分离的研究还包括：文献 1 7 ，1 8 ，1 9 ，2 0 ，2 1 ，2 3 ，2 4 。文献 1 7 从软件工程设计角度，介绍了应用方面与组件的设计方案；文献 1 8 提出了 基于产品线和动态编织构建具体应用，实现高度可配置和自适应的中间件；文献 1 9 提出了一种形式化设计分析框架，用于从设计阶段开始执行非功能需求建 2 硕士学位论文第一章绪论 模；文献 2 0 提出了一种从软件架构层次支持方面分离的架构描述语言 a o - r a p i d e 。文献 2 1 基于一种新的分布式a o p 语言a w e d 雎2 j ，提出了一种针对分 布式应用的入侵模式，使用该模式可以为分布式应用提供常用模式的组合，解决 分布式应用中缺乏模式定义灵活度的问题；文献 2 3 对分布式规格说明语言 o c s i d 进行了面向方面扩展，添加了方面叠加和组合的形式化描述，以验证规格 说明的时态属性和系统行为，为分布式系统规格说明的方面扩展提供了形式化基 础；文献 2 4 使用方面实体封装基于各种交互协议的通信功能，并基于 m u l t i t e l 、m a l a c a 等平台基础设施支持，将交互协议与计算逻辑编织起来，解 决分布式应用的软件实体中计算逻辑与通信逻辑纠缠在一起的问题。这些文献从 软件架构、软件设计及软件运行的各个角度进行研究，力争将关注点分离的思想 贯穿到软件开发的各个阶段中，这些研究工作对本课题的进一步研究方向提供了 借鉴思路。 文献 2 5 针对传统的软件重用设计模式，阐述了面向方面软件重用模式设计 方法，并给出了具体的设计步骤和方面的结构层次，展示了采用面向方面软件重 用模式能够带来巨大的开发效率提高。文献 2 6 结合a o p 技术与组件技术，提出 了一个插件式方面组件的反射中间件模型。文献 2 7 提出了一种基于s p r i n g 框 架结合j m x ( j a v am a n a g e m e n te x t e n s i o n ) 盟8 3 管理总线的j 2 e ew e b 中间件，并且 使用s p r i n g 的a o p 框架和容器管理组件，提高平台组件的可扩展性和低依赖性。 文献 2 9 基于c a r ( c o m p o n e n ta s s e m b l yr u n ti m e ) 构件系统提供的上下文环境， 引入面向方面上下文构件和方面构件，在请求构件实例化阶段添加方面构件接 口，支持动态增加上下文功能；文献 3 0 进一步使用容器动态生成技术，在运行 时将x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 配置中声明的方面构件与业务构件进行 关联，将构件的调用转换为容器的调用，而不对原始组件进行修改。文献 2 9 ， 3 0 支持非侵入性的编织概念，即组件和方面的耦合并没有在编译阶段或加载阶 段通过修改组件代码实现，这种方法与基于生成代理的方法类似，不仅保持了组 件本身的一致性，同时也融入了a o p 支持，为组件和方面的融合机制研究提供了 其他思路。但是该方法只能针对基于组件实例请求的应用组件有效，不能作用到 服务层次。 文献 3 1 介绍了j a s c o 平台，通过引入方面b e a n 和连接器的概念，通过新 的j a s c o 语言实现a o p 功能，将c b s d ( c o m p o n e n t b a s e ds o f t w a r ed e v e l o p m e n t ， 基于组件软件开发) 与a o s d 组合起来。文献 3 2 提出了一种无侵入性的集成c b s d 与a o s d 技术的组件模型c a m ( c o m p o n e n t a s p e c tm o d e l ) ，将组件和方面定义为 第一位的实体，通过d a o p ( d y n a m i ca s p e c t o r i e n t e dp l a t f o r m ) 口羽平台支持， 在运行时执行方面与组件的结合。文献 3 1 及文献 3 2 所阐述的平台从其底层设 硕士学位论文 第一章绪论 计就与a o p 思想迎合，其可扩展性与自适应性都大大提高了，但是平台需要开发 人员熟悉j a s c o 或d a o p 语言，延缓了开发人员的学习曲线，并且与平台语言的 高度耦合也降低了平台间的可重用性。 文献 3 4 介绍了面向方面语言c a e s a r j 。文献 3 5 从概念模型与具体模型介 绍了j b o s s 应用服务器的结构，并对j b o s s 架构进行了评估。以文献 3 4 与 3 5 为代表的各种语言和平台的研究是目前成果较多的一个领域。因此，对这些成果 进行总结和对比为促进进一步的研究提供了基础，这种总结性的研究工作包括文 献 3 6 ，4 1 。文献 3 6 分析了基于耦合度、效率等6 个比较准则，对 a s p e c t w e r k z 口7 删、j b o s s 、p r o s e 口9 3 和n a n n i n g h 们等4 种面向方面系统进行了比较 和评价；文献 4 1 提出了针对可重用性、模块性、评估性和可靠性等因素的一系 列评估方面化组件模型的标准，并将这些标准应用到a s p e c t j 、c a e s a r j 、j a s c o 和c a m d a o p 。 1 3 论文研究内容和组织 论文主要研究的内容有： 1 ) 方面化中间件平台核心层框架建立。核心框架的搭建是为了得到方面化 中间件平台的逻辑架构，架构是整个平台的核心结构，因而这是所有工作的一个 重点，同时也是一个难点。 2 ) 中间件平台内核服务组织和管理机制。由于中间件平台是面向服务架构 的，因此内核服务的组织和管理机制是整个中间件平台的基础。重点在于研究若 干系统服务统一组织形式，及服务管理机制，在此基础上才能使中间件平台更好 地发挥s o a ( 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 ) 的优势。 3 ) 动态发布服务模型研究。在统一服务管理基础上，本课题的另一个重点 是研究服务可动态扩展技术实现，服务可以在运行时加入平台，实现平台功能扩 充。基于服务管理机制，制定一套适合本中间件平台的服务扩展模型。 4 ) 中间件平台组件管理模型和原型实现及性能比较。中间件平台的主要元 素就是业务逻辑组件，组件之间又存在各种依赖关系。本课题中考虑到组件之间 的依赖关系以及组件横切功能的实现，需要制定一套综合的管理模型，降低组件 之间的耦合度。在平台支持下实现组件的移动功能，以便于进行进一步地研究工 作。实现原型系统，并与j b o s s 、p k u a s 等主流平台的对应模块进行性能对比研 究。 本论文共分6 章，每章的主要内容如下： 第一章绪论。首先回顾了研究的背景，指出传统的i n t e r n e t 应用无法满足 应用层次和网络层次按需定制计算需求，而方面化中间件能有效解决按需定制计 4 硕十学位论文第一章绪论 算的主要难点，指明了这一课题的研究意义。并介绍了国内外最近几年这一课题 的研究现状，最后介绍了本文的论文研究内容和组织结构。 第二章方面化中间件平台。介绍了国内外主流的方面化中间件平台，从a o p 实现机制，平台内核结构及优缺点三个方面进行了阐述，这几个平台的架构和实 现为我们的研究开展提供了基础。 第三章双核方面化中间件模型d c a m ( d u a lc o r ea s p e c t u a lm i d d l e w a r e ) 。 本章阐述了一种新的方面化中间件模型，把a o p 核心层与服务核心层都置于内核 中，使得服务与一般应用组件都能适应a o p 编程范型，把横切关注点抽象出来， 在运行时编织在一起，从而提高组件复用性，降低耦合性。 第四章框架设计与实现。本章在第三章的框架模型基础上，采用j a v a 编程 语言实现了框架原型系统，并对关键模块的实现列出了实现函数、接口和数据结 构。 第五章原型系统分析。介绍了原型系统的优缺点，并与j b o s s 等平台在同 等条件下进行了启动时间比较，此外，还分析了本系统启动时间与加载的组件数 目的关系。 第六章结束语。对本文进行了总结。并对今后的工作，方面化中间件的发 展方向做了展望。 硕+ 学位论文第二章方面化中间件平台 第二章方面化中间件平台 传统的遵循j 2 e e 标准的应用服务器，如w e b l o g i c 和w e b s p h e r e 等不能很好 支持按需定制计算要求，由于其架构设计不能解决诸如扩展中间件的支持服务、 部署全局性功能构件等问题。目前国内外主流的遵循j 2 e e 标准的应用服务器在 一定程度上缓解了上述难题，下面分别对j b o s s h2 j 、s p r i n g h 3 3 和p k u a s n 钔的架构 进行介绍。 2 1j b o s s j b o s s 是一个免费的丌放源码的j 2 e e 实现，它的架构是基于高标准模块化 和插入式设计，并在4 0 1 版本之后融合了a o p 功能支持。j b o s s 是第一个融合 了a o p 功能支持的j 2 e e 应用服务器，也是发展最为迅速的应用服务器。 图2 1j b o s s 层次框架 如图2 1 所示，j b o s s 的架构是分层的，其核心层基于并扩展了t 丁m x 微内核， 微内核之上的服务层采用可管理b e a n ，即m b e a n 对象模型实现，j b o s s 功能模块 都被实现为m b e a n s ，由j m x 底层进行管理。j m x 微内核中的核心组件m b e a ns e r v e r 是平台启动时第一个被创建的对象，其他服务m b e a n s 通过配置文件中的信息进 行加载，m b e a n 组件只有在m b e a ns e r v e r 中注册后才能被视为插入了j b o s s 平 台中h 5 刮。j b o s s 自定义了基于m b e a ns e r v e r 的连接器和适配器组件，扩展了 j m x 标准中分布式服务层的结构，使m b e a ns e r v e r 对外提供的接口服务与具体 通信协议无关，丰富了系统管理途径。 使用j b o s sa o p 功能可以实现在服务层与应用层之间生成方面层，部署全局 约束功能。j b o s s 自定义了类加载器及a o p 概念模型的实现方式，基于j a v a s s i s t 元编程技术，提供静态和动态编织策略。部署m b e a n 中的a o p d e p l o y e r 服务是支 持方面与应用组件关联的基础，通过x m l 文档配置或代码中标注的方式声明方面 与应用组件的关系，a o p d e p l o y e r 服务依据该关系，在应用组件实例外围形成一 6 硕士学位论文第二章方面化中间件平台 个方面层，解决全局约束部署问题h 7 。4 9 3 。 2 2 s p rin g s p r i n g 是轻量级的低侵入的j 2 e e 应用程序框架，它致力于解决传统j 2 e e 应用的开发效率低，应用服务器厂商对各种技术的支持不完全统一，应用开发与 具体服务器紧密耦合的问题。s p r i n g 作为开源的中间件，并不是想取代已有的 应用框架，而是以高度的可扩展性与它们无缝整合。 s p r i n ga o p a o p c o r e a o pa l l i e n c e a s p e c o s o u r c e 1 e v e l m e t a d a t a 图2 - 2s p r i n g 框架 如图2 2 所示，s p r i n g 框架是基于模块的，由7 个定义良好的模块组成， 模块之间是松散耦合的，各个模块可以自由组合形成子框架咖1 。s p r i n g 是一个 轻量级的i o c ( i n v e r s i o no fc o n t r o l ，控制反转) 和a o p 容器框架，其核心是实 现了i o c 模式的容器，核心容器提供了框架的基础功能，采用工厂模式实现i o c 的b e a n f a c t o r y 类将系统的配置和依赖关系从代码中独立出来。应用代码不再需 要显式实例化其依赖的对象，只需要把依赖关系写入配置文件中，在代码中以构 造函数或设置属性的方式提供注入点，s p r i n g 框架就可以透明的注入依赖的组 件，返回满足依赖关系的实例。基于核心容器的上下文模块a p p l i c a t i o nc o n t e x t 扩展了b e a n f a c t o r y ，添加了对国际化、系统生命周期事件以及验证的支持，此 外该模块还提供j n d i ( j a v an a m i n ga n dd i r e c t o r yi n t e r f a c e ) 访问、e j b 集成、 远程调用等企业级服务，并且支持与模板框架的集成。 s p r i n g 的a o p 模块引入了s p r i n g 的m e t a d a t a 编程技术，且模块基于a o p a l l l a n c e 的a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) 开发，确保与其它a o p 框架之间的互通，例如与a s p e c t j 互通。s p r i n ga o p 功能基于动态代理技术实 现，实现策略包括基于j 2 s e ( j a v a2s t a n d a r de d i t i o n ) 的动态代理和c g l i b ( c o d e g e n e r a t i o nl i b r a r y ) 畸类库继承2 种2 粕3 。全局约束功能使用a o p 模块实现后， 通过对专用于生成相应动态代理的b e a n 注入应用实例的方式，为应用程序包装 不同的运行环境，从而实现a o p 功能。以事务管理为例，首先声明用于事务管理 7 硕士学位论文第二章方面化中间件平台 的具体管理器b e a n ，然后配置s p r i n g 框架已有的生成事务动态代理的组件 t r a n s a c t i o n p r o x y f a c t o r y b e a n 的相关属性，就可以为应用代码提供事务支持， 而事务支持本身对应用程序是透明的，事务管理使用的具体管理器是基于配置 的，便于进行修改。 2 3p k u a s p k u a s 是北京大学独立开发的j 2 e e 应用服务器，已经成功通过了j 2 e e 认证 测试，是一款面向领域的中间件平台。 p k u a s 也是架构于3 m x 微内核之上，主要模块包括服务、容器系统和管理工 具插件。p k u a s 所基于的丁m x 微内核，仅负责系统构件的装载、配置、卸载及启 动、停止、挂起等状态管理，系统的非功能性约束，如通信、安全、事务等都由 服务模块实现。容器系统提供了应用系统的运行环境，平台的管理采用管理工具 插件的方式，通过基于j m x 部署新的插件来增加平台的管理功能。p k u a s 的连接 子结构借鉴了a o p 思想实现，连接子由2 个部分组成：源端和宿端，分别对应于 a o p 概念中的连接点( j o i n tp o i n t ) 和方面( a s p e c t ) ，源端和宿端连接子之间存 在一个抽象的横切层，用于实现具体的通知( a d v i c e ) 操作陆4 | 。当构件进行业务调 用时，利用拦截器技术，源端和宿端连接子截取构件请求，调用横切关注层上的 通知实现全局约束，动态地将通知与构件业务方法集成在一起。 2 。4 分析对比 j b o s s 、s p r i n g 和p k u a s 这3 个框架在抽象模型和具体应用上都不尽相同， 每个框架都有其优缺点，本文不去讨论每一个框架的优缺点，由于框架扩展性、 组件管理性以及a o p 功能实现方式对于研究按需计算平台具有重要意义，因此将 从这几个侧面入手，分析和比较这3 种主流平台。 1 ) 框架扩展性 j b o s s 的框架扩展性包括以下3 方面：应用层扩展、方面层扩展和服务层扩 展。应用层扩展是指j b o s s 可以作为不同领域都适用的应用服务器，领域内的应 用组件都可以在服务器上得到很好的支持；方面层扩展是指j b o s s 可以对应用层 的全局约束问题灵活处理，通过对方面类的修改，或者修改x m l 配置文件，扩展 作用到应用层上的方面功能，新的全局约束只需要配套地新增方面类和配置文件 就可以透明地作用到应用组件中；服务层扩展则是指j b o s s 通过m b e a ns e r v e r 部署新的m b e a n 或修改、删除已有m b e a n 的方式对平台提供的服务进行扩展。 s p r i n g 的框架扩展性则指功能模块的扩展以及a o p 模块的扩展。s p r i n g 基 于i o c 容器，模块之问松散耦合，这就使得该框架具备了很好的可扩展性和裁剪 8 硕士学位论文第二章方面化中间件平台 性。结合s p r i n g 已有的7 个模块，可以方便地组合出各种子框架，此外，还可 以基于s p r i n g 已有模块开发出新的面向领域的模块，形成新的框架。此外， s p r i n g 的a o p 模块可以扩展新的全局约束，例如基于声明式的安全服务，全局 约束又可以基于i o c 容器方便地与其它模块集成。 p k u a s 框架扩展性主要包括管理插件扩展、服务扩展和通信协议扩展。基于 m b e a n 实现的管理插件可以方便地通过j m x 进行扩展，便于丰富用户管理方式； 服务扩展则可以添加新的全局约束服务，为容器系统中的应用提供支持；通信协 议扩展是指p k u a s 在通信层与其适用的具体协议之间进行了抽象，新的通信协议 可以在不修改代码的情况下无缝插入，应用层并不知道具体的通信实现细节。 2 ) 组件管理性 j b o s s 服务m b e a n 都采用基于j m x 标准的管理方式，由m b e a ns e r v e r 统一 管理，服务需要实现m b e a n 接口，与j b o s s 平台紧密耦合，此外，应用组件依赖 于e j b 容器提供生命周期和全局约束功能，组件与服务之间紧密耦合。 s p r i n g 由于实现了i o c 模式，在组件依赖关系上有很大的优势。依赖关系 从代码转移到了配置文件中，组件的实例化过程不直接使用n e w 操作，而转由 i o c 容器利用反射注入依赖并实例化对象。 p k u a s 利用管理插件管理容器系统以及服务，提高了组件的可视化管理能 力，组件之间的依赖关系以及组件对服务的依赖都在代码中紧密耦合。 3 ) a o p 功能实现方式 j b o s sa o p 提供静态和动态编织两种方式，使用自定义类加载器通过静态或 动态修改字节代码，插入方面钩子，实现全局约束。j b o s sa o p 功能比较全面， 提供方法和成员变量切入点的编织，以及m i x i n 等特性，此外还支持加载时编织 和热部署特性。j b o s sa o p 作用于应用层上，对于系统服务本身不能提供任何支 持。 s p r i n ga o p 只提供动态编织，且只能针对方法级别上的粗粒度编织。尽管 s p r i n g 的a o p 支持可以被用于从系统核心逻辑中分离横切关注，但是其主要任 务是作为s p r i n g 对声明式事务支持的基础，其他框架可以使用s p r i n ga o p 模块 基础提供诸如声明式安全服务等企业级服务支持。 p k u a s 的a o p 实现则是通过抽象出源端和宿端连接子实现，方面并不是编织 在应用代码中，而是通过容器拦截方法调用触发通知，方面与业务逻辑的关联通 过连接子配置，由于连接子分为源端和宿端，因此通知代码也分作用到源端与宿 端2 种。 9 硕士学位论文 第二章方面化中间件平台 表2 - 1 ：3 种平台按需定制功能支持优缺点比较 综合以上几点，从表2 1 可以直观地看出，j b o s s 在a o p 功能支持粒度上具 有较大优势，而主要的不足在于服务模型与平台紧密耦合，方面不能对系统服务 提供支持，缺乏组件依赖关系管理。s p r i n g 具有良好的依赖关系管理能力，但 a o p 功能支持粒度较粗，对服务全局约束支持有限。p k u a s 支持容器和互操作协 议的定制和扩展，另一方面，连接子模型也不能对系统服务提供支持，同时，也 缺乏组件依赖关系管理。从满足按需定制需求出发，3 种平台存在的共同问题包 括： 1 ) a o p 功能主要用于应用层，而为系统服务分离全局约束能力不足。 2 ) 在资源受限条件下，缺乏组件移动支持机制。 3 ) 服务应具有更高的复用性，与平台松散耦合，服务和应用组件都应有依 赖管理机制。 2 5 本章小结 本章介绍了目前国内外主流的方面化中间件平台j b o s s 、s p r i n g 和p k u a s ， 从平台架构、a o p 实现机制等角度进行了阐述，并结合按需定制计算的需求，对 这几个平台的优缺点进行了比较，总结了亟需解决的3 个问题。 1 0 硕士学位论文第三章双核方面化中间件模型d c a m 第三章双核方面化中间件模型d c a m 细粒度的a o p 功能支持、组件在资源受限情况下的移动以及依赖关系管理3 个方面是按需定制计算平台必有的特性。通过对前面主流方面化中间件平台的分 析可知，目前的平台还不完全满足按需定制计算平台特性。因此，本文提出一种 新的方面化中间件模型双核方面化中间件模型( d c a m ) 。 3 1 整体模型 图3 1 双核中间件模型 如图3 - 1 所示，双核中间件模型也是一个层次模型，由内核、服务层、方面 层和应用层组成，具体描述如下： 1 ) 服务层 该层用于部署平台核心的功能模块，为平台实现各种功能提供基础设施，并 为上层应用组件提供功能支持。由于服务层中功能模块管理十分重要，通常服务 必须实现特定的接口，这些接口封装了框架管理功能入口等基础特性，这种做法 虽然为服务扩展减少了大量重复编码工作，但是也导致了服务与平台紧密耦合， 降低了服务可重用性等结果。因此，为了提高平台可扩展性，降低服务与平台的 耦合度，更好地适应按需定制计算需求，在双核中间件模型中，服务不需要实现 特定的功能接口也可以快速部署到服务层中来，而诸如移动服务、协商服务等系 统内置服务也最小限度与平台耦合，且其实现能灵活替换。 2 ) 应用层 该层用于部署业务计算组件，计算组件封装业务逻辑实现，从而为客户端提 供计算功能调用。组件运行在容器环境中，组件本身不用与容器产生耦合，容器 只是外部平台管理组件的一个窗口。通常应用层中的一个关键问题就是复杂应用 环境下，组件之间会产生大量的依赖，而这种依赖使得组件替换等功能实现变得 硕十学位论文 第三章双核方面化中间什模犁d c a m 十分复杂，不符合面向对象的设计初衷。i o c 模式的提出为解决这个问题提供了 良好的模板，通过容器注入组件依赖可以大大降低管理组件依赖关系的成本，且 组件本身的结构也更清晰，可读性更高。双核中间件模型在应用层中也引入了 i o c 容器，从而降低组件间的耦合度，提高可重用性。 3 ) 方面层 无论是服务层，还是应用层，模块都包括系统关注点和横切关注点功能，a o p 的提出就是为了弥补o o p ( 0 b j e c t o r i e n t e dp r o g r a m m i n g ) 在解耦系统关注与横 切关注问题上的能力不足。方面层中的方面构件封装了横切关注点，贯穿服务与 应用，分别为服务层和应用层提供了横切视角，以组件的形式封装全局约束代码。 引入方面层，既可以有效降低服务与应用组件中业务逻辑与全局约束的紧密耦 合，又可以分别提高业务组件和方面组件的可重用性。 4 ) 内核 包括方面核心和服务核心，内核提供了连接平台各部分的逻辑总线，也是服 务层、方面层与应用层之间的纽带。服务核心支持服务层与应用层的运行，方面 核心则在初始化时把业务逻辑与全局约束关联起来，组成一个完整的平台功能实 体。 该模型把a o p 功能支持纳入内核层中，与服务核心协同工作，形成双核结构。 服务与应用组件开发可以更关注于业务逻辑，而把纠缠和散乱的全局约束代码封 装为可复用的方面构件，这种业务逻辑与全局约束分离的编程范型在提高了构件 可重用性的同时，也为平台管理和扩展全局约束提供了方便。与其他中间件模型 相比，该模型的特点在于良好的管理和扩展能力，其关键机制主要包括方面编织 模型、内核结构、依赖关系管理、服务模型及生命周期管理、组件移动管理。 3 2a o p 内核 方面层与服务层和应用层协同工作需要方面编织模型作为支撑，在双核模型 中采用的是基于b c e l ( b y t ec o d ee n g i n e e r i n gl i b r a r y ) 啼别类库的动态方面编织 模型畸引，支持静态和动态编织。 如图3 2 所示，x m l 格式的方面配置文件定义业务逻辑与全局约束的耦合关 系，基于b c e l 的方面编织内核依据配置对业务逻辑代码进行操作，静态或动态 修改类文件，把全局约束代码与业务逻辑代码绑定到一起。由于全局约束代码使 用方面容器间接调用，方面构件与业务逻辑组件之间仍然是松散耦合的。通过动 态修改方面构件或与业务逻辑的耦合关系，可以实现在运行时动