（计算机软件与理论专业论文）基于tuxedo的银行中间业务系统架构.pdf

摘要 随着现代信息技术尤其是网络技术的迅猛发展，信息的处理、传递速度突 破了时间和地域性的局限，网络化与全球化成为一种不可避免的世界趋势。以 网络为载体、以交易双方为主体，以银行电子支付和结算为手段、以客户数据 为依托的全新的金融业务模式中间业务，正以其无可比拟的优势和不可逆 转的趋势，改变着传统金融的运作模式。中间业务的发展越来越受到商业银行 的重视，从银行主机系统中将中间业务剥离出来，建立独立的中间业务平台是 当今大多数商业银行的做法，如何建立一套使用方便而且能够灵活扩展的中间 业务系统是商业银行迫切学要解决的问题。 软件复用是软件设计的设计原则和追求目标之一，中间件作为软件复用的 一种形式，屏蔽了底层操作系统、网络、数据库的复杂性，抽象了典型的应用 模式，为在异构环境中构造可伸缩的多层客户服务器应用提供了框架。 在分析传统中间业务过程和特点的基础上，利用p e t r i 网为描述手段，建立 了中间业务过程模型，并借助矩阵方程对模型进行了相关的分析和验证。同时 将中间件技术应用于中间业务系统，以建立的p e t r i 网模型为理论基础，结合中 间件的技术优势，构建了基于中间件t u x e d o 的中问业务系统框架，给出了中 间业务系统的详细设计。 此系统实现了银行中间业务的集成处理。代收事件的发生，以商家支付处 理完成为标志，代收过程主要由银行中间业务系统和账务主机及各服务程序完 成。该系统除了能对有效请求正确响应外，也能对常见的错误予以提示。它提 供了解决现有中间业务的代收处理问题的一种有效方法，对整个中间业务系统 的电子化管理提供了一些可借鉴的思路，同时对传统中间业务的管理改革也具 有积极意义。最后引入请求服务质量( q 0 s ) 的概念，详细介绍如何通过管理 响应时间来提高客户端请求的服务质量、来优化系统的性能。 关键词：中间业务中间件t u x e d o a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o d e mi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ye s p e c i a l l vt h e n e t w o r kt e c h n o l o g y , t h ei n f o r m a t i o np r o c e s s i n ga n dt r a n s m i s s i o ns p e e dh a sb r o k e n t h r o u g ht h e l i m i t a t i o no ft i m ea n ds p a c e ，a n dn e t w o r k i n ga n dg l o b a l i z a t i o nh a s b e c o m ea ni n e v i t a b l ew o r l dt r e n d an e wf i n a n c i a ls e r v i c ep a t t e r nh a sb e e ns e tu p ， w h i c hi sc a l l e di n t e r m e d i a r yb u s i n e s ss y s t e m t a k i n gn e t w o r ka st h ec a r r i e ra n db o t h s i d e sa st h em a i nb o d i e s ，u s i n gt h eb a n ke l e c t r i cp a y m e n ta n ds e t t l e m e n t a st h e m e t h o d ，d e p e n d i n go nc u s t o m e rd a t a ，t h en e wp a t t e r ni sc h a n g i n gt h et r a d i t i o n a l o p e r a t i o np a t t e r nw i t h i t s i n c o m p a r a b l es u p e r i o r i t ya n di r r e v e r s i b l e t e n d e n c y m e r c h a n tb a n k sh a sp u tm o r ea n dm o r ev a l u eo nt h ei n t e r m e d i a r yb u s i n e s ss y s t e m d e v e l o p m e n t t h ei n t e r m e d i a r yb u s i n e s ss y s t e mh a sb e e ns e p a r a t e df r o mt h eb a n k s m a i n f r a m ec o m p u t e r s y s t e ma n db e c o m ea ni n d e p e n d e n ti n t e r m e d i a t es e r v i c e p l a t f o r m ，w h i c hi sv e r yc o m m o ni nm o s tm e r c h a n tb a n k s t h e s eb a n k sa r eo o n f - r o n t e d w i t hu r g e n tp r o b l e m st h a ti sh o wt oe s t a b l i s hac o n v e n i e n ti n t e r m e d i a t es y s t e mw h i c h c a l lb ee a s i l ye x p a n d e d s o f t w a r er o u s ei sap r i n c i p l ea n dag o a lo fs o f t w a r ed e s i g n s ，w h i l em i d d l e w a r ei s af o r mo fi t t h em i d d l e w a r eh a ss h i e l d e dt h eu n d e m e a t ho p e r a t i n g s y s t e m t h e n e t w o r k ，a n dt h ed a t a b a s ec o m p l e x i t y i th a sa b s t r a c t e dt h et y p i c a la p p l i c a t i o np a t t e r n a n dp r o v i d e daf r a m ef o r t h em u l t i p l ec l i e n ts e r v e r a p p l i c a t i o ni nt h ei s o m e r i s m e n v i r o n m e n t b a s e do nt h e a n a l y s i so ft h ep r o c e s sa n dc h a r a c t e r i s t i c so ft h ei n t e r m e d i a r v b u s i n e s ss y s t e m ，w eu s et h ep e t r in e ta s ad e s c r i p t i o nm e t h o d ，a n de s t a b l i s h t h e i n t e r m e d i a r yb u s i n e s ss y s t e mp r o c e s sm o d e l ，a n dd r a ws u p p o r tf r o mt h em a t r i x e q u a t i o na n dt h er e l a t e da n a l y s i s m e a n w h i l eb ya p p l y i n gt h em i d d l e w a r et e c h n o l o g y t ot h ei n t e r m e d i a r yb u s i n e s ss y s t e mw ee s t a b l i s ht h ep e t r in e tm o d e lc o m b i n e dw i t h m i d d l e w a r et e c h n i c a ls u p e r i o r i t y , c o n s t r u c tt h ei n t e r m e d i a r yb u s i n e s ss y s t e mf r a m e b a s e do nt h em i d d l e w a r e t u x e d o ，a n dp r o v i d et h ed e t a i l e d d e s i g no ft h e i n t e r m e d i a t et r a d es y s t e m t h i ss y s t e mh a sr e a l i z e dt h e i n t e g r a t e dp r o c e s so ft h eb a n k si n t e r m e d i a r v i i b u s i n e s ss y s t e m t h et r a n s a c t i o no f s e t t l i n ga c c o u n t sw i t ha n o t h e ro n ei sc o m p l e t e dw h e n t h em e r c h a n th a sf i n i s h e dt h ep a y m e n ta f f a i r t h ep r o c e s si sm a i n l y c o m p l e t e d b yt h e i n t e r m e d i a r yb u s i n e s ss y s t e m ，t h ea c c o u n th o s tc o m p u t e ra n do t h e rs e r v i c er o u t i n e s t h i ss y s t e mc a nr e s p o n s et ot h ee f f e c t i v er e q u e s t sc o r r e c t l y , a n da l s oc a np r o m p tt o t h ec o m m o nm i s t a k e i tp r o v i d e sa ne f f e c t i v em e t h o dt os o l v et h ee x i s t i n gp r o b l e mo f s e t t l i n ga c c o u n t sw i t ha n o t h e ro n ei nt h ei n t e r m e d i a r yb u s i n e s ss y s t e m ，a n ds o m e r e f e r a b l et h o u g h t st ot h ee l e c t r i f i c a t i o nm a n a g e m e n ti nt h ee n t i r et h ei n t e r m e d i a r y b u s i n e s ss y s t e m ，s i m u l t a n e o u s l yi ta l s oh a st h ep o s i t i v es e n s et ot h er e f o r m a t i o n so f t h ei n t e r m e d i a r yb u s i n e s ss y s t e mm a n a g e m e n t f i n a l l yi ti n t r o d u c e st h ec o n c e p to f r e q u e s t i n gq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) ，a n dh o wt oi m p r o v et h eq u a l i t yo ft h er e q u e s t i n g s e r v i c ea n do p t i m i z et h ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e mt h r o u g ht h em a n a g e m e n to ft h e r e s p o n d i n gt i m e i nd e t a i l k e yw o r d s ：i n t e r m e d i a r yb u s i n e s ss y s t e m ，m i d d l e w a r e ，t u x e d o i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的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，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：童通圣窒日期：塑2 ：翌 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) ：k 皇z p 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 课题背景和意义 第一章绪论 中间业务与资产业务、负债业务一起，是现代商业银行的三大支柱，商业 银行中间业务是指商业银行以中间人身份而开展的业务。商业银行中间业务起 源于资产负债业务，由客户的存款贷款业务最早衍生出的是汇兑业务，“存、贷、 兑”被称为商业银行传统三大业务。由于商业银行在机构网络、人员信息、财 务管理、品牌信誉等方面存在明显优势，因此由商业银行代理客户办理一些金 融业务也就顺理成章。2 0 世纪8 0 年代以来，西方商业银行的中间业务得到了 迅猛发展，商业银行已成为名符其实的“金融百货公司”商业银行中间业务已 成为银行主导业务。近年来，随着我国国民经济的快速发展，人们收入水平的 提高，理财观念的变化及商业银行内部的技术、管理及营销水平的提高，我国 商业银行的中间业务也得到了大力发展。 近年来，随着社会经济活动客观需要的发展，作为以承办客户委托的有关 事项，为客户提供各种服务，并据以收取手续费的中间业务蓬勃发展，各种新 兴的业务，如转账、结算、信托、代理收付、代理融通等，成为商业银行同业 竞争的新热点。 中间业务范围的不断拓展和深化，使得原有的电子化处理系统越来越不能 满足业务发展的需要；另一方面，随着部分商业银行的业务大区化、集中化， 信息系统结构的调整使得各商业银行原有的中间业务系统也需要做适当的整 合。在这种背景下，如何设计、实现一种开放的、扩展能力强的中间业务综合 系统，如何依靠先进的计算机技术、网络技术加强对客户的服务，已成为各家 银行提高其竞争力所必须考虑的因素。传统上，超高端的事务处理应用似乎都 是大型主机的专利，高性能和高稳定性使大型主机在这一应用领域占有先天的 优势。然而，不菲的价格、封闭的系统、高昂的维护成本也令用户难以承受。 t u x e d o 的出现使这一局面得到改观。 本文作者参与开发湖北省农村信用社财税库行横向联网系统，该项目是一 个比较大型的银行中间业务系统。该业务由武汉市财政局，国税局，地税局， 武汉理工大学硕士学位论文 国家金库武汉市中心支库及辖内商业银行共同推行，利用各联网单位现有的业 务网络和信息技术，通过财税库行之间的网络联接，实现政府预算收支业务实 时数据的网络化处理。系统分为两个部分，一部分为代收地税、国税税款，另 一部分为国库集中支付，本文作者参与国库支付的开发。系统运行后，负责国 库集中支付的维护。由于中间业务系统就是银行作为第三方代替客户收支的系 统，当然也会涉及到与客户的系统通讯问题。客户是多个的，与银行通讯也是 多元化的，提供的服务也是不同的。本文作者成功解决了多种通讯方式与银行 间的报文交换，参与了中间业务前期的设计工作、完成了中间业务主机接口及 对账交易的开发，完成了中间业务通讯接口协议的开发。充分了解了利用中问 件是如何更快速、高效的开发银行中间业务系统的。 1 2 研究内容及目标 由于中间业务的特点决定了这类业务存在很大的差别，包括数据差别、流 程差别、系统调用界面凭证差别。目前银行在自助渠道建设上也有了长足的进 步，多种自助渠道已经可以进行核心业务交易，也有部分中间业务在部分渠道 上开通，但是往往都需要中间业务系统和渠道系统进行改造，这样对渠道业务 的开展非常不利。 本文将中间件技术应用到中间业务系统上来，结合金融管理制度，在分析 中间业务特点和传统中间业务流程的基础上，借助于p e t r i 网描述工具，建立中 间业务过程优化模型，从理论上研究中间业务流程；另一方面，深入研究中间 件t u x e d o 的运行和管理机制，结合作者使用t u x e d o 的经验，建立基于中 间件的中间业务理论模型，并给出了基于中间件t u ) 匝d o 中间业务系统的详细 设计，最后对该系统进行相关分析、优化，为商业银行制定开发中间业务系统 提供理论依据和技术参考。 1 3 国内外中间业务系统发展概况 从传统意义上讲，中间业务是商业银行不动用自身的资财，以中介人的身 份代客户办理货币的收付和其他委托事项，提供各类金融服务并收取手续费的 业务。其最基本的性质是商业银行在办理中间业务过程中，不直接作为信用活 2 武汉理工大学硕士学位论文 动的一方出现，即并不作为债权人或债务人的身份参与。这也是中间业务与资 产负债业务的最本质的区别。但随着金融创新的加剧，商业银行的中间业务的 内涵和外延发生了重大变化，其服务品种也更加多样化。 近十年来，世界发达国家商业银行非常重视开展中间业务，将其称为“黄 金业务”。目前，中问业务的高科技含量大大加深，越来越多的大银行利用网络 的便利，推行交叉销售，如银行保险、基金、增加咨询、顾问和理财业务。中 间业务在各银行收入中占有的比重也增加了。如美国商业银行的中间业务收入 占全部收入比重由年代的3 0 上升到今天的3 8 4 ，美国的摩根银行1 9 9 8 年达到8 3 ，花旗银行达到8 0 ，日本商业银行的中问业务的比重也由2 4 上 升到3 9 9 ，英国商业银行的中问业务收入占全部收入的比重由2 8 5 上升到 4 1 1 在西方国家非利息收入大大超过了利息收入i l 】o 西方国家商业银行中间业务为何能在短短的数十年间突飞猛进，一跃成三 大主营业务之一昵? 这与其发展的时代背景有着密切的关系。2 0 世纪9 0 年代 以来，西方各国利率不断走低。在这种情况下，银行为了生存，不得不适应市 场变化开拓各种非利差业务，以增加收入。法兰克福银行继续办理利差很小甚 至仅仅保本的信贷业务的重要目的致意，就是希望通过科学评估后的信贷业务 建立和维持客户关系，来吸引客户，从而达到推销其赢利性好且稳定的非利差 业务产品的目的。 市场竞争的日趋加剧和客户力量的不断加强，也促使银行加快拓展非利差业务。 多元化的传送渠道逐渐成了客户享用银行服务的习惯，其行为特征开始出现变 化。他们比以前更精明，对银行的服务的要求越来越多，讨价还价的能力越来 越强，客户很容易转换银行，银行挽留客户的难度越来越大，也迫使银行重新 思考如何巩固和发展与客户之间的联系。而各种中间业务作为丰富服务内容满 足客户需求的重要手段也就不断应运而生。为了更好地满足客户的要求，西方 商业银行普遍运用现代高科技技术开展服务实现了中间业务自动话使得现代化 和客户、市场、银行三位一体。尤其是2 0 世纪9 0 年代以来，网络技术达到了 前所未有的发展，各银行都有了自己的网络平台。 经过数十年的发展，西方发达国家的信用卡时常已十分发达，其直接消费 额在全球同业市场占据了绝大多数的比重，仅计算v i s a 和m a s t e r c a r d 两种品 牌信用卡的年费和客户结算手续费两项收入，法国银行每年就可赚取约3 3 3 8 亿美圆，若加上透支利息收入，其银行卡的业务收益相当可观。 3 武汉理工大学硕士学位论文 国外商业银行，尤其是欧美发达国家的商业银行首先在经营理念上做出重 大突破，将中间业务作为银行的三大支柱业务之一，在经营管理、市场开拓、 产品开发、技术创新、人才培养等方面大力支持中间业务，使其日趋成熟完善， 为各大银行积累了大量的资本。在目前这个知识经济时代，中间业务的发展方 向更为明显。信息化和网络化是知识经济最本质的特征，从长远利益来看，不 能与网络相结合的金融产品将不会有太强的生命力。 近几年，随着我国金融体制的转轨和市场竞争的加剧，商业银行的服务意 识明显加强，中间业务的发展和创新开始逐步受到商业银行的重视。但由于目 前我国的金融体制和商业银行的管理、人才、技术手段、产品开发等方面存在 的缺乏和不足，以及现阶段我国社会经济机制的局限，使得商业银行在中间业 务的发展中，步履艰难，成效不显著。中间业务在商业银行中仍处于旁属地位， 中间业务的发展在层次、范围、品种和效益等方面都没达到现代商业银行所要 求的程度和水平。对我国商业银行来说，银行的服务质量、技术条件、服务范 围等功能特征已经成为起竞争力的重要标志，但不可否认，追求规模的扩张、 以发展存贷业务为主的经营模式仍然不失为我国商业银行竞争的主要方式。 我国商业银行中问业务产品少、层次较底、发展空间受到较多限制。目前 我国商业银行经营的中间业务主要是汇兑结算、票据承兑、经济咨询、代理收 付、代客理财、代理发行和兑付证券以及信用卡、信用证、押汇等，虽然这些 业务有一定程度的发展，但总体上还处于较低的发育水平。一些代理性业务远 未成为商业银行的主营业务，即使是银行在资产负债业务运行中衍生出来的结 算汇兑等亦是如此。而更多的是即时的、附带的和非固定性的业务，比如代理 发行国债、代理政策性银行业务等吼而且，有些代理项目并非银行实力和服 务竞争的结果。而是国家行政指令和政策倾斜的产物。我国商业银行目前中间 业务发育水平较低的另一个特征是：咨询类、承诺类、管理类以及衍生金融工 具交易等与金融现代化相适应的新兴中间业务开展的很少，有的还受到限制而 无法进行，而这些恰恰是国外商业银行主要的非利息收入来源。我过商业银行 在中间业务发展中的这种状况在一定程度上说明我国商业银行还不能更好的按 照现代经济和金融发展的要求，来有效地转变和发挥自身的功能。我国商业银 行中间业务发展水平较低的主要原因之一是商业银行缺乏开拓新兴中间业务的 市场基础。市场有需求，银行有能力。效益有保障，这是中间业务发展的目标 原则。就我国目前经济发展的状况来看，还未形成对新兴金融产品的有效需求， 4 武汉理工大学硕士学位论文 比如信息咨询、现金管理、理财投资等。与西方国家企业不同，在长期的计划 经济影响下，我国的众多企业还不能完全按照市场经济的要求和规律进行生产 和经营，还没产生出对一些创新金融产品的需求，企业对银行更多的是资金的 需求，却很少有资金如何运用和管理等方面的指导。因此，有限的金融消费市 场难以形成对商业银行新兴产品的扩大和发展的驱动作用，另一方面，新兴中 间业务大都是综合性的金融业务，其不仅需要有现代化的电子化设备和通讯手 段，而且需要有多种知识和技能的专门人才以及较高的宏观分析能力和管理水 平，这些对于目前我国商业银行来说也是一个很大的缺陷。 虽然国内商业银行在中间业务上有了长足的进步，但与国外商业银行相比， 仍然存在着较大的差距。 在经营范围和品种上国外银行普遍采用混业经营，产品种类繁多、服务更 新迅速；而国内商业银行受限于相关的政策只能采用分业经营，集中于筹资功 能较强、日常操作简单的结算类、代理类业务。 在业务规模和收入水平上，国外银行非利差收入占总收入的5 0 - 8 0 之间： 而国内银行非利差收入占总收入的6 7 - 9 6 之间。 在服务手段上国外银行科技化程度高，支付网络非常发达；国内银行服务 手段落后，缺乏高效、快捷的支付系统，完善的支持系统。 为了适应中间业务不断发展的趋势，我过有多家软件公司对中间业务通用 处理软件的开发进行了尝试，本文作者有幸参与开发多个中间业务系统，深感 利用中问件建立一个的中间业务系统必要性，它不仅为客户节约成本，同时也 提高了软件开发效率。 1 4 论文组织 论文在第一章讨论了本课题的背景和意义，阐述了研究的内容和目标，详 细分析了当前中间业务系统的国内外发展现状。 第二章开始介绍了银行中问业务系统的基础理念与概念，在分析了基本的 业务流程的特征之后，提出来中间业务系统的面临的问题，并讲述了系统的设 计目标和设计原则。 第三章讲述中间业务系统开发的关键技术一中间件技术，对当前流行的中 间件进行分析。得出我们为何要选择t u x e d o ，接着介绍t u x e d o 中间件的 5 武汉理工大学硕士学位论文 相关技术、理论以及特点。 第四章描述的中间业务流程是我们在完成传统交易下的某个具体中间业务 应用系统的基础上并结合分析了中间业务的交易特点提出来的，然后介绍了 p e t d 网的基本理论，接着以p e t r i 网为描述手段，建立了中间业务过程模型，并 利用矩阵方程对其进行了相关的分析和验证。根据中间业务设计要求，结合p e t r i 网建立的业务过程模型设计并实现一个基于t u x e d o 的中间业务系统。 第五章基于t u x e d o 的系统优化。这章引入服务质量( q o s ) 的概念，服 务质量( q o s ) 控制主要包括：信息传输的实时性和信息丢失的管理与控制问 题。q o s 问题包含三个方面：应用程序性能管理；参与资源超时和阈值配置： 通过适度处理超时请求和无响应资源返回错误消息。通过对相关参数的设置进 行系统的优化。 第六章总结了本文的工作及对将来的展望。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第二章银行中间业务系统与关键技术 2 - 1 中间业务系统介绍 中间业务( i n t e r m e d i a r yb u s i n e s s ) ：也称代理业务，是银行不需要运用自己 的资金，代替客户承办支付和其他委托事项而收取手续费的业务。传统的中间 业务有：汇兑业务、信用证业务、代收业务、同行往来、代客户买卖业务、信 托和租赁业务等。委托方也称第三方【3 】。 中间业务系统( i n t e r m e d i a r yb u s i n e s ss y s t e m ，简称i b s ) ：是处理中间业 务的应用软件系统。 对第三方来说，开展中间业务能够加速资金周转，增加经济效益，提高服 务水平；对银行来说，开展中间业务能够吸收更多的存款，增加银行收益，吸 引潜在客户。同时，随着金融市场的不断开放，商业银行间的竞争将越来越激 烈，传统业务收益的增长越来越困难，开展中间业务将成为商业银行重要的竞 争优势，通过中间业务获得的增值将是银行的主要收益和竞争焦点之一。 中间业务是银行方与委托机构、客户签署委托协议来实现代收代扣业务， 一般分为定时和实时两种方式【4 】。 1 定时代收，代扣 在指定的时间内，实现批量代扣；其特点是委托机构( 委托银行进行中间 业务的单位) 将中间业务的数据以纸介质、磁介质或联网发出指令的方式提交 给银行，银行根据该数据一次性完成委托机构及其客户的账户操作。在传统业 务系统基础上，批量方式的实现是在网点子系统中加入批量录入功能，账务子 系统保持不变。批量方式比较简单、容易实现。 2 实时代收代扣 实时代收f 七扣主要是柜台缴费和自助缴费，银行记账成功后，向委托机构 发送记账请求，首先保证资金的安全，对日间银行交易可以通过日终对账或其 他方式核实调整。 7 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 中间件技术 2 0 世纪8 0 年代，解决软件工程危机提到议事日程。当时计算机硬件遵循 摩尔定律正大幅度提高着性价比，加上因特网技术和视窗技术的产生和普及， 使计算机应用得以空前普及。计算机应用模式也由单机到局域网、广域网、因 特网，由主机终端方式到客户端服务器、浏览器朋艮务器以及n 层结构方式； 应用系统由集中到分布，再到大集中方式。但是应用软件的开发仍然是瓶颈， 软件工程危机依然未能彻底解决。计算机技术应用的目的是实现信息处理自动 化，但是应用软件的开发和集成一直处于手工作坊式阶段，离工厂化、流程作 业化、模块装配化、自动化甚远。对于用户和软件工程师来说，如何屏蔽不同 厂商产品的差异；如何减少应用软件系统集成的工作复杂度? 则成为软件工程和 系统集成的重大技术课题。尽管“开放性”原则已成为共识，但是，由一个厂 商去统一多种产品之间的差异是不现实的，这个问题由用户通过应用软件去弥 补也不可能，于是中间件应运而生。中间件是一种屏蔽异构和分布所导致集成 和共享的各种复杂技术细节而使技术问题简单化的软件工程技术和系统集成技 术。有专家定义为“中间件二平台十通信”从而把中间件与系统软件( 包括操 作系统、支撑软件) 和应用软件区分开来。中间件软件是在计算机硬件和操作 系统之上，支持应用软件开发运行的系统支持软件，是分布式应用的一个标准 平台。综合目前文献，大家公认的比较全面合理的定义为：中间件是一类独立 的系统软件和服务程序，实现分布式应用在不同技术之间的资源共享【5 1 。中间 件是一类而不是一种软件，是基于分布式处理和应用的软件，最突出的特点是 实现应用之间的互操作和资源共享。中间件是构件化软件的表现形式，中间件 抽象了典型应用。应用软件工程师可以基于标准的中间件进行再开发、定制和 部署，而不是原有意义上的编程或设计，是软件构件化、装配化的具体实现。 可以说，没有中间件，就构造不成分布式应用系统；没有中间件，将构造不成 三层、四层或n 层机构系统，没有中间件，将构造不成真正具有生命力的大型 应用系统。中间件技术将成为软件领域的又一核心技术，中间件产业将是今后 若干年内最有希望的软件产业之一。 1 软件复用的思想 软件复用是在软件开发中避免重复劳动的解决方案。通过软件复用，可以 提高软件开发的效率和质量。近十几年来，面向对象技术出现并逐步成为主流 武汉理工大学硕士学位论文 技术，为软件复用提供了基本的技术支持。软件复用研究重新成为热点，被视 为解决“软件危机”提高软件的生产效率和质量的现实可行的途径。软件复用 技术的广泛应用将促进软件产业的变革，使其重组分工，软件构件生产必将成 为独立的行业而存在。 在计算机硬件领域，硬件的复用概念是清晰的，并且这样的复用是规范的。 例如有标准的c p u 芯片、标准的r a m 和r o m 芯片，这些芯片和其他集成电 路在广泛的应用中被使用了很长时间，以前电子工程师便发现最重要的可复用 性公理之一是通用性。那么，如何将硬件领域的复用技术类比并应用到软件复 用技术中? 软件复用技术的出发点是应用系统的开发不再采用一切“从零开始” 的模式，而是以己有的工作为基础，充分利用过去应用系统开发中积累的知识 和经验，如：需求分析结果、设计方案、源代码、测试计划及测试案例等，从 而将开发的重点集中于应用的特有构成成分。通过软件复用，在应用系统开发 中可以充分地利用已有的开发成果，消除了包括分析、设计、编码、测试等在 内的许多重复劳动，从而提高了软件开发的效率，同时，通过复用高质量的已 有开发成果，避免了重新开发可能引入的错误，从而提高了软件的质量【6 】。总 结起来，复用的优势可归结为：提高生产率、减少维护代价、提高互操作性、 支持快速原型、减少培训开销。 2 中间件产生的技术原因 中间件系统是因为应用软件系统的不断扩大而产生的，现在已经是大型系 统不可缺少的组成部分。中间件具有多种模式，多种体系结构，基于中间件的 应用系统的开发模式也不一样。 1 ) 、从单一程序结构到模块化处理 最初编程时，程序都是一题一解，称之为单一程序结构。后来为了节约内 存，具有类似处理功能的程序段被相对集中起来，组成所谓“模块”，可以允许 其他程序段调用。 “模块”的概念是和规模化联系在一起的，而规模化是现代化工业给我们 的启示之一是生产一次，重复使用；最小投入，最大产出；降低成本，提高效 率。 中间件作为基础软件的一种，它的基础程序在整个应用系统中的作用就相当于 模块，并且是经常被调用的模块。 2 ) 、面向对象的处理 9 武汉理工大学硕士学位论文 面向对象( o b j e c t - o r i e n t e d ) 的处理方式给出了软件系统的体系结构，引入 了软件复用的思维方法。所谓面向对象的处理方式，就是将系统看成由多个对 象组成，通过对象之间的通信形成系统，为客观世界过渡到软件系统提供途径 和编程的思维方法。其主要特征是：类的概念和封装性、继承性、多态性。实 际上，面向对象的处理方式实现了对象的封装，使用户不必关心对象的行为是 如何实现这样一些细节。通过对对象的封装，实现了模块化和信息的隐藏，这 就有利于程序的可移植性和安全性，同时也有利于对复杂对象的处理。从方法 学的角度进行讨论，面向对象技术具有接近人认识问题时的那种归纳、演绎的 功能；从工程实现上，面向对象技术中的“对象”具有类似“预构件”的品质； 从发展前景上，面向对象技术具有适应网络计算、分布处理、资源共享、并发 工程、先期技术验证等需求的潜能。面向对象的中间件是对象技术和分布式计 算发展的产物，业界普遍认为面向对象是今后中间件发展的主流方向，它提供 一种通讯机制，透明地在异构的分布计算环境中传递对象请求，而这些对象可 以位于本地或者远程机器。 3 ) 、从集中处理到分布式处理 2 0 世纪7 0 年代中期，流行的思想是利用大型设备采用集中信息服务的方 式来争取公司信息服务的全面性和综合性，我们将其称为集中处理的方式。分 布式计算( d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g ) 的出现以及广泛采用是计算机发展历史上的 一次革命，它不仅是一种技术上的概念，也是一种结构上的概念。分布式计算 网络会按照地理位置成功来考虑设计( 即物理上的分布和逻辑上的分布) 啊。 而大多数网络是这两方面的结合。在分布式计算系统中，计算机组成网络，每 台计算机可以与一台或多台其他计算机和联结。而分布式计算系统的中心则通 过集中的信息服务部门( 由业务领域所分派的) 或决策组织( 其中用户和信息 服务分担管理资任) 来控制。分布式计算很好地解决了集中，分散的问题，因为 它的概念本身就是建立在集中和分散这两种信息服务都能实现的原则基础上 的。集中，分散的问题归结起来就是建立综合的信息系统( 集中) 和对用户服务 ( 分散) 这两者结合的问题，规模的大小己不再是争论点。理论上说，分布式 计算能将这两个领域最后地结合在一起。计算机系统不仅能连接到所有的业务 领域，而且能致力于个人业务领域的应用。由于所有的分布式系统都有用一个 网络联在一起，所以信息系统的综合也就很容易实现了。分布式系统还具有较 高的运行效率，很好克服了以前利用大型设备采用集中信息服务方式的缺陷。 武汉理工大学硕士学位论文 应该说，分布式计算是网络发展的必然趋势。而中间件在分布式计算的实现中 则起着相当重要的作用。这是因为伴随着分布式应用的发展，不同硬件平台、 不同网络环境以及异构数据库之间的差距也随之出现，如何屏蔽他们之间的这 种差距呢? 中间件可以很好地解决这个问题。它对各种硬件平台、操作系统、 网络数据库产品以及客户端实现了兼容和开放。同时，它还能整合多种企业应 用模式，提高系统效率，保障传输可靠，安全加密，缩短开发周期等等。 4 ) 、从c s 模式到三层体系 传统的客户，服务器结构是指服务器和客户层两层，包括远程数据访问和存 储过程调用。在两层结构系统中，客户端提供用户界面、运行逻辑处理应用， 而典型服务器端接收客户端s q l 语句并对数据库进行查询，然后返回查询结 果。在两层结构系统带来灵活性的同时，也逐渐暴露出其客户端和服务端负担 过重的现象。一方面，所有的业务全放在客户端处理，网络的交通很容易堵塞， 而且业务逻辑也不容易扩充；另一方面，所有的处理过程都放在数据库层进行， 只是将最终结果返回到客户端。这种结构的业务逻辑需采用专用语言开发，很 难再移植到其他的数据库上去。也缺少相应的调试工具，具有明显的局限性。 此外，随着企业应用的不断扩充和新应用的不断增加，不同硬件平台、不同网 络环境、不同数据库之间的互操作，多种应用模式并存，系统效率过低，传输 不可靠，数据加密、开发周期过长等等问题也令人头痛。随着i n t e r n e t i n t r a n c t 的兴起，二层客户机用及服务器结构的局限性越来越大，成为现代软件应用的 一道不可逾越的障碍，三层结构是解决上述问题的关键。三层结构模式是当今 先进的协同应用程序开发模型，这种方案将客户机服务器系统中各种部件划分 为三层服务( 即客户端服务、中间层服务和数据库服务) 嗍。它其实是o l t p 在线事务处理的一种应用。它的特点是联机的用户数比较多，每次交易的时间 都比较短，交易量比较大，而且每次都是采用通用的大型数据库。三层结构到 底有什么好处呢? 首先，当客户数大量增加时，我们采用一个中间层，把客户和 数据库隔开客户只需要连接到中间层上，业务逻辑与客户的业务界面也是分离 的，软件的开发和维护相对来说都比较独立，就像餐厅里设了训练有素的服务 员一样，极大的减轻了网络的压力。其次，中间层的业务逻辑采用标准的语言 开发( 如c 语言) ，跟平台无关，程序可以很容易地从n t 或u n i x 或l i n u x 移 植到别的大型机器上。同时，我们使用的是标准的数据访问接口，跟数据库也 无关。当业务逻辑和要处理的数据不断增加时，以前的做法可能是通过硬件升 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 级，加一些c p u 或内存。若采用三层结构，业务逻辑是在多个服务器上实现的， 两台不够用，可以再加，可以使很少的机器达到很好的性能，甚至一个大型机 的性能，采用三层结构可以极大地减少硬件投资。最后，三层结构的中间件还 提供全程交易保护功能，即要么全部提交，要么全部放弃，数据具有高度的完 整性 9 1 。因为采用了三层结构，使得访问可以隔离在不同的层次之间，安全性 的维护与管理都比较容易实现。另外三层结构是一个基于组件的开发模式，中 间件一般采用一些组件或对象，每一个业务逻辑都对应一些组件，就像车体和 构成车体的若干部件一样，不仅使开发团队化，而且使功能重组非常容易，大 大地提高了生产斛1 0 】。 5 ) 、联机事务处理系统 联机事务处理( o l t p ) 是指利用计算机网络，将分布于不同地理位置的业 务处理计算机设备或网络与业务管理中心网络连接，以便于在任何一个网络节 点上都可以进行统一、实时的业务处理活动或客户服务【1 l l 。 通常在数据库系统中，事务是工作的离散单位。例如，一个数据库事务可 以是修改一个用户的账户平衡或库存项的写操作。联机事务处理系统( o u 甲) 实时地采集处理与事务相连的数据以及共享数据库和其它文件的地位的变化。 在联机事务处理中，事务是被立即执行的，这与批处理相反，一批事务被存储 一段时间，然后再被执行【1 2 1 。大多数批处理( 例如账目交换) 是在夜间进行的。 o l t p 的结果可以在这个数据库中立即获得，这里假设这些事务可以完成。联 机事务处理以实时的方式发生。民航定票系统和银行a t m 机是联机事务处理系 统的例子。 在单一用户、单一数据库环境下执行事务是简单的，这是因为没有冲突问 题或对数据库问同步的需求。在分布式环境下，维护多个数据库的完整性是另 外一种问题。传统上，大多数联机事务处理系统在大型计算机系统上实现，这 是由于它的操作复杂性，以及需要快速输入输出、禁止和管理的原因。如果一 个事务必须在多个场地进行修改，那么就需要管理机制来防止重写数据并提供 同步。其它的需求包括具有卷回失效事务的能力、提供安全性特征，以及如果 需要，提供数据恢复的能力。这是通过一个事务处理监督器来处理的。这个监 督器保证了事务是完全完成的或是进行卷回的，因而就可以保证数据库状态的 正确性i “1 4 1 。 在一个分布式环境下，写操作经常并行地在多个数据库服务器上发生。这 武汉理工大学硕士学位论文 样的并发事务处理需要一个“卷回”机制，以保证在一次写操作中系统失效的 情况下，仍保证数据库的完整性。事务要么一起确认，要么放弃。如果一个或 多个与事务有关的系统响应不一致，这意味着系统或通信可能出现了故障，因 而就会放弃一个事务。 可以看出，当多个用户试图同时改变数据的同一块时，就出现了冲突问题。 另外，对多个数据库的写入操作必须进行同步处理，并且必须保证这个写入已 经确实被所有的数据库处理完毕了，需要一个监督程序来保证数据的完整性。 对在分布式环境下的事务处理有四种需求，联合起来称为“a c i d ”瞰t 6 1 。 原子性( a t o m i e i t y ) ：定义工作的独立单元。如果一个事务是分布的，所有 影响分离地点数据的子事务都必须像一个事务那样被一起执行。为了保持在多 个地点数据的一致性，需要使用下面就将介绍的双阶段认可过程。 一致性( c o n s i s t e n c y ) ：一致性基本上是一种数据库从一个状态变到同等的 另一个状态的需求。事务监督器必须检验所有被影响的数据都是一致的。 孤立性( i s o l a t i o n ) ：事务必须被孤立地执行直到完成，执行期间不受到其 它事务的影响。 持续性( d u r a b i l i t y ) ：这个性质是与事务的最终确认一起进行的。一旦一个 事务被检验为对所有受影响的系统都是正确的，它就被认可并且不再需要卷回。 联机事务处理在金融、证券、期货以及信息服务等系统得到广泛的应用。 例如金融系统的银行业务网，通过拨号线、专线、分组交换网和卫星通信 网覆盖整个国家甚至于全球，可以实现大范