第0章-中间件概述

第0章中间件概述

中间件概述一、开展历史二、定义三、中间件技术集合四、中间件产品一、开展历史操作系统数据库管理系统中间件人们必须不断地

提取软件的共性成份 屏蔽系统低层的复杂度从而 在高层保持复杂度的相对稳定开展动因不断提取共性！沉淀成为一层软件保持应用软件的复杂性相对稳定应用软件应用软件操作系统DBMS操作系统应用软件中间件操作系统应用软件DBMS初始状态：硬件如何提高算法适应性？别离出了程序(汇编=>)程序硬件硬件软件程序操作系统初始状态：硬件+程序程序的共性〔稳定〕成分：计算资源管理操作系统应用程序产生了：别离出了：软件硬件操作系统数据库管理系统初始状态：硬件+操作系统+应用程序程序的共性〔稳定〕成分：数据管理产生了：数据库管理系统别离出了：应用软件操作系统

操作系统

数据存储文件

数据库管理系统

应用程序

程序的共性〔稳定〕成分：网络资源管理产生了：中间件〔应用效劳器〕别离出了：业务逻辑〔构件〕初始状态：硬件+操作系统+数据库管理系统

+应用软件中间件中间件的开展与互联网〔Internet〕的开展有着非常密切的关系可以说:是软件运行环境从个人机向互联网的转变催生了中间件网络环境带来的好处网络资源容易共享用户操作容易并发系统可伸缩性强容错措施实施方便……硬件环境、用户环境等与软件进行交互的各种实体网络环境带来的挑战软件之间的通信问题不同资源的异构问题资源在网络上的定位问题系统总体的可靠性问题平安问题维护问题……硬件环境：用户环境：用户环境与人们运行软件的目的直接相关软件最初以科学计算为主要目标 与用户的交互比较少随着软件应用范围的扩展多数用户不是用软件来进行某种计算而是将其作为一些日常工作与生活的工具尤其是网络出现以后：软件正在逐步成为人们协作的工具用户与软件交互量大不同的交互之间互相有影响应用目的与应用方式的变化 必然带来软件技术的新开展哑终端(DumbTerminal)从远程大型主机(mainframe)或强大的UNIX效劳器上运行的整体进程显示结果哑终端链接大型主机负载大应用程序，数据库客户/效劳器计算80年代末，PC的开展两层〔twotier〕客户机/效劳器结构客户服务器TCP/IP应用程序通信软件数据库通信软件充分利用资源降低主机负载发布、维护复杂；编写通信的代码复杂；自己开发安全软件应用效劳器中间件程序的共性〔稳定〕成分：网络资源管理产生了：应用效劳器中间件别离出了：业务逻辑〔构件〕初始状态：硬件+操作系统+数据库管理系统+应用软件中间件之于底层网络编程，如同数据库之于文件系统瘦客户业务处理服务器数据服务器中间层/易于扩展三层(three-tier)/多层(multi-tier)结构RPCRPC二、中间件定义中间件是一种独立的系统软件或效劳程序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源，中间件位于客户机效劳器的操作系统之上，管理计算资源和网络通信。应用应用中间件（分布式系统服务）……硬件操作系统……硬件操作系统中间件定义中间件是网络环境中运行于操作系统与应用软件之间可以简化应用软件的复杂性克服网络环境多种挑战的一类系统软件中间件定义中间件是一类软件，而非一种软件

中间件不仅仅实现互连，还要实现应用之间的互操作

中间件是基于分布式处理的软件，最突出的特点是其网络通信功能

中间件=平台＋通信

中间件与操作系统、应用系统之间的纵向关系

硬件

应用系统

操作系统

操作系统

操作系统

硬件

硬件

中间件

中间件

中间件

应用

应用

应用

系统

软件

中间件与应用系统之间的横向关系另外一种“中间〞视角：中间件技术开展到今天其产品形态还没有到达 操作系统、数据库管理系统那样的成熟程度内涵与外延目前都还不是很清晰JVM是不是中间件？浏览器是不是中间件？WebServer是不是开发平台是不是？操作系统、数据库管理系统、中间件的类比

操作系统数据库管理系统中间件产生动因硬件过于复杂数据操作过于复杂网络环境过于复杂主要作用管理各种资源组织各类数据支持不同的交互模式主要理论基础各种调度算法各种数据模型各种协议、接口定义方式产品形态不同的操作系统功能类似不同的数据库管理系统功能类似，但类型比操作系统多存在大量不同种类中间件产品，它们的功能差别较大中间件的工作机制中间件是一个用API定义的分布式软件管理框架，具有强大的通信能力和良好的可扩展性。客户端上的应用程序需要从网络中的某个地方获取一定的数据或效劳，这些数据或效劳可能处于一个运行着和客户端不同的操作系统效劳器中。客户/效劳器应用程序中负责寻找数据的局部只需通过调用中间件API访问一个中间件系统，由中间件完成到网络中找到数据源或效劳，进而传输客户请求、重组答复信息，最后将结果送回应用程序的任务。主要作用用来屏蔽网络硬件平台的差异性和操作系统与网络协议的异构性，使应用软件能够比较平滑地运行于不同平台上。同时在负载平衡、连接管理和调度方面起了很大的作用，使企业级应用的性能得到大幅提升，满足了关键业务的需求。中间件的作用操作系统的重要性一般人都能感觉到:所有的计算机都需要安装操作系统后才能运行所有的应用软件都运行在操作系统之上熟悉数据库管理系统的人那么要少得多:面向个人用户的应用软件一般不涉及大量的数据不需要数据库管理系统的支持对于中间件:一般情况下许多用户根本感觉不到中间件的存在原因：1〕用户一般只关心应用软件，因为它直接为用户提供支持；2〕在网络环境中，中间件通常在效劳器端发挥作用。

银行账户系统

营业员电脑

浏览器

民航票务系统

网上支付系统

自动取款机

中间件

中间件在具体系统中的作用：银行系统的例子中间件主要是用来支持网络环境中软件实体之间的有效交互“软件实体〞是具有不同特征的软件模块 它们通常是具有不同粒度的软件构造模块“有效〞是指所支持的实体之间的交互 必须具有可靠、平安、快速等特点交互模式+交互质量1、支持软件实体的交互模式不同特征的模块：过程、对象、构件与效劳等等 它们不仅是构造软件系统的不同粒度的模块 也通常在运行阶段表现出不同的性质网络环境中它们之间的交互也分别需要不同类型的中间件的支持

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效劳器端计算机

客户端计算机

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效劳器进程

客户进程

客户进程

网络

客户-效劳器模式过程〔Procedure〕最根本的软件模块是大型程序从混沌向结构化走出的第一步每个过程都有具体的调用格式在C/C++中，该格式用头文件来说明对象〔Object〕方法与数据的封装体是类〔Class〕的实例其中的方法与过程有直接的对应关系在一些基于对象的系统中，对象仅仅在编程阶段存在，编译器将对象映射为传统的过程，这样，在运行阶段不再保持对象实体了构件〔Component〕更大粒度的构造模块通常在运行阶段保持构件形态通常构件是由一个或多个类组成的实体也可以直接由一个或多个过程组成效劳〔Service〕更松散的软件实体效劳强调的是软件实体的外在表现其内在实现那么也是由某个构件、某个对象、甚至某个过程完成过程、对象、构件与效劳之间的关系

过程

方法〔过程〕

属性

过程

对象

效劳

构件

对象

过程

方法〔过程〕

不同构造模块出现的时间不同后者直接开展了前者 后者的实现中包含了前者的模块 只是强调的重点有所改变但后者不是替代了前者： 尽管后续技术适合新的热点 以前的技术仍然有其适合的应用场景这种现象 构成了软件系统构造方式的多样性 也造成了中间件产品的多样性不同构造模块在网络环境中的交互模式是不同的： 接口的定义方式、交互的协议等等都不同这就形成了分别 支持远程过程调用 支持对象互操作 支持构件技术 支持效劳概念等不同种类的中间件2、支持软件实体的交互质量网络环境中软件实体仅仅能够交互是不够的因为网络环境是一个有风险的环境 必须要保障实体之间的交互质量当软件在交互过程中出现一些潜在问题时 交互的效果仍然能满足人们的期望可靠性尽管硬件技术在不断进步，通信设施不断升级 期望出现一个理想的可靠网络环境的想法是不现实的大量基于网络的并发操作很容易产生出冲突 在资源的拥有者需要修改某组数据时 可能恰好有许多人此时正在访问这组数据人们必须在高层寻找解决方法 我们不能保证不出现故障、不能保证不出现冲突但如果发生了故障与冲突的话， 别让它产生危害总可以吧？ 我们应该可以取消相应的操作吧？ 在环境好的时候重新提交操作总能实现吧？平安性网络环境为分布在不同物理节点上的软件系统 提供了方便的交互根底 也为有恶意的人员提供了更多的攻击时机能否保证网络环境中软件之间进行好的交互的同时 防止恶意的攻击关系到网络环境能否有更广泛、更深入的应用如果没有平安保障 人们宁愿回到没有网络的环境中工作、生活 尽管效率低但不会损失什么高效性高效是操作系统管理单机资源的重要目的也是中间件管理网络资源的重要目的高效地管理资源可以防止一局部节点超负荷运行 而另一局部节点处于饥饿的状况这不仅可以提高对用户的响应速度 还可以提供一局部的容错功能通过不同节点间资源的共享 不仅可以提高对客户请求的平均响应速度 还可以提高系统总体的容错能力负载共享！3、更多的作用交互模式！交互质量！将核心业务逻辑代码之外的与网络环境相关的代码剥离出来凝练为共性的代码库 就构成某种领域的中间件中间件的优越性缩短应用的开发周期节约应用的开发本钱减少系统初期的建设本钱降低应用开发的失败率简化应用集成减少维护费用提高应用的开发质量保证技术进步的连续性增强应用的生命力中间件种类〔1〕终端仿真/屏幕转换中间件 用以实现客户机图形用户接口与已有的字符接口方式的效劳器应用程序的互操作〔2〕远程过程调用中间件 程序员方便地编写客户端应用程序 调用位于远端效劳器上的过程〔3〕数据访问中间件 为了建立数据应用资源互操作的模式 对异构环境下的数据库实现联接或文件系统实现联接的中间件Gartner的观点〔4〕事务〔交易〕中间件 在分布、异构环境下 提供保证交易完整性和数据完整性的一种环境平台〔5〕面向消息中间件 用来 屏蔽各种平台及协议之间的特性 进行相互通信 实现应用程序之间的协同〔6〕对象中间件 在分布、异构的网络计算环境中 将各种分布对象有机地结合在一起 完成系统的快速集成 实现对象重用三、中间件技术集合远程过程调用〔RPC〕远程数据库访问分布式事务处理消息队列对象中间件远程过程调用程序和程序之间通信：客户端应用程序调用位于远端效劳器上的过程根本思想：保持客户端〔调用者〕和效劳器〔被调用的〕程序的语法一样，好似它们是在同一台机器上实现：SUNRPC〔Solaris上实现〕DCE(DistributedComputingEnvironment)RPC〔UNIX，Windows〕

Deposit(1000)

继续运行

启动效劳器上的存款过程

intDeposit(number){

returntotal+number;

}

客户端程序

效劳器端程序

以对某银行帐户的一个存款过程为例：例如NetworkLocalCallClientStubRPCInterfaceRPCInterfaceServerSkeletonRemoteProceduresendreceivesendreceive客户端程序效劳器端程序调用过程marshalling/unmarshallingStub的主要工作包括：1〕建立客户与效劳器之间的连接2〕将客户的高层调用语句打包为一条底层的请求消息，这一过程在RPC中被称为marshalling3〕等待效劳器返回应答消息4〕将来自效劳器底层的应答消息解析为可以返回的数据，这一过程在RPC中被称为unmarshalling5〕将返回值传送给客户程序需要特别处理：编码、字节序等问题请求分派Skeleton的主要工作包括：除了需要进marshalling/unmarshalling外，还需要区分客户所请求的过程名，然后将客户的请求分派〔dispatch〕给正确的过程过程描述〔1〕1〕客户按本地调用的方式，直接调用本地的客户占位程序/指代/代理〔Stub〕，Stub具有与效劳器相同的过程接口2〕Stub将客户的调用请求进行加工、打包，向底层通信机制〔如套接字〕发出请求消息；Stub不进行任何逻辑处理，只是一个中介3〕客户端通过底层的通信机制，将消息传送给效劳器端的底层通信机制4〕效劳器需要局部地解析消息，找出客户希望调用的效劳器程序5〕效劳器构架〔Skeleton〕对消息进行解析，从中获得调用者的参数，然后调用效劳器程序6〕效劳器程序执行相应的过程7〕效劳器程序将结果返回给Skeleton8〕Skeleton将结果打包，向底层通信机制发出应答消息9〕效劳器端通信机制将消息传送给客户端通信机制过程描述〔2〕过程描述〔3〕10〕客户端节点上也可能有多个调出点，通信机制需要局部地解析返回的消息，找出消息应该返回给哪个客户程序，并将消息发送给对应的Stub11〕Stub从消息中解析结果，返回给客户程序1、定义并编译接口2、编写实现具体效劳功能的代码3、编译、连接，产生可执行的效劳器程序4、编写客户端代码5、编译、连接，产生客户程序6、运行效劳器端程序7、运行客户端程序基于RPC的开发过程远程数据库访问程序与数据库之间通信；从客户端读取或者写入一个数据库的能力，该数据库在物理上位于一台不同的机器上远程数据库访问技术：ODBC/OLEDB/ADO分布式事务处理在一个事务中更新不止一个数据库，而且数据库位于不同的机器上如：某个人从机器X上从账户A转移资金到机器Y上的账户B它需要一个协议：如两阶段提交协议。两阶段提交协议步骤：1、客户程序首先告诉中间件，一个事务正在开始；2、客户程序然后请求效劳器A；3、效劳器A更新其数据库；4、客户程序请求效劳器B；5、效劳器B更新其数据库；6、客户程序告诉中间件，事务现在结束。两阶段提交协议如果第二个数据库更新失败，那么取消对第一个数据库的更新；为保持事务处理的隔离性，数据库软件捕获到的所有锁定都不能被释放，直到事务结束；数据库的数量是任意的；子事务也可以以并行的而不是串行的方式处理。消息队列程序与队列之间的通信RPC——；消息队列——短消息〔同步/异步〕

等待

同步调用

异步调用

进程a

进程b

进程a

进程b

异步调用调用的发出方在发出调用消息后不等待处理结果，继续往下执行消息的接受方处理完消息后，将处理结果返回给发出方也可能不返回处理结果同步调用调用发出方在发出调用消息后 进入等待状态调用消息的接收方处理完消息将处理结果返回给发出方发出方继续往下执行消息队列对象中间件调用位于另一个系统上的对象；客户和对象之间的关系；通过引用调用远程对象，在网络上发送消息——通过中间件向程序员隐藏对象中间件帐户取款的例子：RPC调用〔调用远程过程〕：CallDebit(012345678,100);//帐号，取款数额对象中间件〔获取远程对象到本地〕：CallAcountSet.GetAcount(012345678)returnAcountRef;CallAcountRef.Debit(100);对象中间件与RPC不同对象中间件适合面向对象语言；主要技术：CORBA，COM/DCOM，RMI小结〔1〕分布式系统提供的效劳：远程方法调用、事务、负载平衡、故障恢复、平安……操作系统的多样性，繁杂的网络程序设计、管理，复杂多变的网络环境，数据分散处理带来的不一致性问题、性能和效率、平安将应用软件所要面临的共性问题进行提炼、抽象，在操作系统之上再形成一个可复用的局部，供成千上万的应用软件重复使用。这一技术思想最终构成了中间件〔middleware〕这类的软件。小结〔2〕在操作系统与应用系统之间的一层软件，为分布式应用的开发、部署、运行与管理提供支持中间件的建立，有四个原因：性能、控制、数据完整性和易用性。小结〔3〕中间件应提供如下特性：易用性——相对于网络底层编程而言；位置透明性——应用不必知道对方网络和应用的地址。不经重新编译，就可把一个应用从一台机器转移到另一台具有不同网络地址的机器上；消息传输的完整性——消息不应丧失或重复；消息格式的完整性——消息格式不应被破坏；语言透明性——使用中间件的程序应能够与另一个用不同语言编写的程序通信。如果用一种不同的语言重写一个程序，其他程序应不受影响。小结〔4〕中间件处于操作系统软件与用户的应用软件的中间。中间件在操作系统、网络和数据库之上，应用软件的下层，总的作用是为处于自己上层的应用软件提供运行与开发的环境，帮助用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件。五、中间件产品任何标准都必须有对应产品的支持才会有影响力目前的中间件产品种类繁多，且对标准的实现也有很大的差距：有的产品仅实现某个特定的标准，象早期的事务中间件、消息中间件产品有的产品主要实现某个架构中系列标准的局部内容，这是多数中间件产品的现状，因为全部实现系列标准的代价较大，也不必要有些产品实现多个架构系列标准的局部内容。例如许多实现JavaEE标准的应用效劳器也同时支持SOA中的一些访问方式早期的中间件市场中事务中间件与消息中间件占的份额最大近年来随着Web应用的逐渐普及支持Web效劳和应用的各种应用效劳器慢慢蚕食事务中间件和消息中间件的局部市场目前应用效劳器中间件的占有量已经居于各类中间件的首位消息中间件和事务中间件分别居第二，三名在银行，电信、证券等许多对对效率、可靠性等方面要求严格的关键任务系统中消息中间件及事务中间件，仍然将占有重要的地位根据开发组织的背景，可以将现有的应用效劳器产品进行如下划分：中间件厂商开发的产品 例如：BEA公司开发的WebLogic〔被Oracle收购〕 IONA公司开发的iPortalApplicationServer等数据库厂商开发的产品 例如：Oracle公司开发的Oracle9iApplicationServer等操作系统厂商开发的产品 例如：IBM公司开发的Websphere SUN开发的SUNONEApplicationServer开发工具厂商开发的产品 例如：Inprise公司开发的BorlandApplicationServer等〔此节信息较老〕1、应用效劳器其它大量由独立开发组织完成的产品 例如：JBOSS组织开发的Jboss OpenEJB组织开发的OpenEjb IronflareAB开发的Orion Macromedia开发的JRUN等等国内在应用效劳器的研究与开发上也取得了显著的进展 国家863方案支持了假设干与应用效劳器密切相关的工程 北京大学自行开发的PKUAS 在支持在线演化、支持多互操作协议等方面具有明显特色 金蝶公司发布了Apusic 东方通公司发布了TongWeb等等在应用效劳器的市场占有量来看，IBM，BEA，Oracle长期处于前3位据Gartner报告，2006年IBM占有31.8%的份额，BEA名列第二，占有10.5%的份额;

Oracle占8.6%，名列第三紧随其后的是开源的应用效劳器JBoss，Jonas国产中间件产品中，金蝶、东方通、普元等厂商的产品用户认知度有明显的提升IBM的WebSphere应用效劳器一个完善的、开放的Web应用效劳器IBMe-business应用架构的核心WebSphere应用效劳器提供三个等级的版本标准版(StandardEdition)，高级版(AdvancedEdition)，开始支持EJB的编程模型企业版(EnterpriseEdition)。提供一个高可靠的解决方案，使其能够移植到关键性的企业环境WebSphere是IBM整个一套开发，应用效劳器的套件把EJB和IBM其它的优秀的产品〔TXSerise和ComponentBroker〕结合在了一起在具体的应用中，基于平安的考虑，性能考虑和系统管理考虑，还可以增加Firewall，WebShperePerformancePack和TivoliBEA的WeblogicBEA通过为BEAWebLogicServer5.1提供一个附加的软件包，实现了对EJB2.0的支持凭借BEAWebLogicServer对EJB2.0的支持，BEA可帮助开发人员更快地推出电子商务应用系统，从而让开发人员极大地受益于这一业内最新标准作为效劳器端商务逻辑的行业标准和Java2平台的基石，EnterprirseJavaBeans是BEAWebLogic应用效劳器的主要技术EnterpriseJavaBeans使得开发人员能够专心地开发其应用系统和电子商务设想的商务逻辑，而不必为根底结构的构筑而分心凭借对EJB2.0的支持，BEAWebLogic应用效劳器系列可提供事实上的标准根底构架，帮助用户快速开发和部署下一代电子商务和企业应用系统。电子商务中最著名的Amozon所采用的就是BEA的WebLogicOracle公司的应用效劳器最初的产品是OracleApplicationServer2023年初，Oracle收购了BEA，合并后推出OracleWebLogicServer10gR3支持JavaSE6，具有新的平安标准，包括SAML2.0,WS-Security1.1及WS-SecurityPolicy1.2在WebservicesJAX-WS2.1、WS-ReliableMessaging1.1及WS-Policy1.5中支持JavaEE5为Spring的拓展提供支持，Spring开发者将体验OracleWebLogic更强大、更稳定、易管理的性能新的HTTP发布/订阅通信特性提供了更具客户化的性能，支持动态更新的Web2.0风格的用户界面JBOSS组织的JBoss应用效劳器JBossAS是一个运行EJB的J2EE应用效劳器，是JBoss组织的核心产品JBOSSAS是一个开源工程，遵循最新的J2EE标准从JBoss工程开始至今，它已经从一个EJB容器发展成为一个基于的J2EE的一个web操作系统〔operatingsystemforweb〕表达了J2EE标准中最新的技术，在JavaWorldEditors‘Choice2002评选中获得“最正确Java应用效劳器〞奖无论是学习还是应用，JBoss为我们提供了一个非常优秀的平台2006年4月redhat收购了JBoss2、消息中间件典型的消息中间件产品有IBM的MQSeriesSUN的JMS〔JavaMessageService〕微软的MSMQ(MicrosoftMessageQueueServer)IBMWebSphereMQ集成跨平台：跨平台，跨企业，跨应用，确保应用间的信息顺畅沟通异步性：在同步通信不能实现情况下，WebSphereMQ支持异步传输信息有保障的传递：防止数据丧失，确保数据万无一失可扩展性：随着企业信息系统对信息传输要求的不断改变，WebSphereMQ具有良好的扩展与FTP相比，FTP需要人工手动操作，WebSphereMQ实现了全自动传输;WebSphereMQ支持断点续传;WebSphereMQ比FTP平安性更高据统计，WebSphereMQ目前在全球已经占据了85%的市场份额，是事实的业界标准SunJavaMessageService采用一种宽松结合方式整合企业系统的方法，其主要的目的就是创立能够使用跨平台数据信息的、可移植的企业级应用程序，而把开发人力解放出来Java消息效劳支持两种消息模型：Point-to-Point消息(P2P)和发布订阅消息〔PublishSubscribemessaging，简称Pub/Sub〕P2P消息模型是在点对点之间传递消息时使用。如果应用程序开发者希望每一条消息都能够被处理，那么应该使用P2P消息模型。与Pub/Sub消息模型不同，P2P消息总是能够被传送到指定的位置Pub/Sub模型在一到多的消息播送时使用。如果一定程度的消息传递的不可靠性可以被接受的话，那么应用程序开发者也可以使用Pub/Sub消息模型微软的MSMQ为Windows平台上的应用软件提供了比较全面的消息队列功能例如可靠、弹性消息传送,基于本钱(cost)的消息路由,等等，并与事务效劳可以很好地协作MSMQ还通过MSMQ-MQSeriesBridge提供了与IBMMQSeries等其它消息中间件产品的无缝集成3、事务中间件典型的事务中间件产品有：IBM的CICS〔CustomerInformationControlSystem〕BEA的Tuxedo〔TransactionforUNIXhasbeenExtendedforDistributedOperation〕微软的MTS〔MicrosoftTransactionServer〕IBM的CICS一系列为IBM和非IBM平台上的应用提供联机事务处理和事务管理的产品，功能是为商业应用提供一个事务处理环境CICS建立在操作系统、ISO的DCE和Encina效劳上，它帮助客户建立三层次结构的联机事务处理应用CICS为应用程序开发、通信、恢复、显示、数据管理、平安性和内部通信等提供很多项效劳CICS可以与DCE紧密结合，以满足分布式环境对于平安性，名字效劳等的特殊需求CICS的结构设计也是面向事务处理的，CICS构建的是一个三层次结构的应用系统，CICS有效地区分应用系统中的表述逻辑层、业务逻辑层和数据逻辑层，从而使应用