中間件技術(shù)研究

摘要：中間件技術(shù)屏蔽了底層分布式環(huán)境的復(fù)雜性和異構(gòu)性，簡化了分布式應(yīng)用程序的開發(fā)，使分布式應(yīng)用程序的健壯性、可擴(kuò)展性、可用性更好。本文介紹了中間件的定義、分類、主流中間件技術(shù)平臺，分析了中間件技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)，提出了中間件技術(shù)研究的幾個發(fā)展趨勢，即網(wǎng)格技術(shù)、面向移動計算、面向服務(wù)質(zhì)量等。

計算機(jī)系統(tǒng)最初階段多是單機(jī)系統(tǒng)，多個用戶是通過聯(lián)機(jī)終端來訪問。隨著網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，產(chǎn)生了客戶／服務(wù)器的計算服務(wù)模式，多個客戶端可以共享數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和打印服務(wù)器等。隨著計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，許多軟件需要在不同廠家的硬件平臺、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議異構(gòu)環(huán)境下運(yùn)行，應(yīng)用的規(guī)模從局域網(wǎng)發(fā)展到廣域網(wǎng)，應(yīng)用范圍面向三層和多層體系結(jié)構(gòu)的分布式環(huán)境，在分布式環(huán)境中，無論是硬件平臺還是軟件平臺都不可能做到統(tǒng)一，而大規(guī)模的應(yīng)用軟件通常要求在軟硬件各不相同的分布式網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行。中間件產(chǎn)生以前，應(yīng)用軟件直接使用操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)庫等開發(fā)，開發(fā)者不得不直接面對許多復(fù)雜棘手的問題，如操作系統(tǒng)的多樣性、繁雜的網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計和管理、復(fù)雜多變的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、數(shù)據(jù)分散處理帶來的不一致性問題等等，這些與用戶的業(yè)務(wù)沒有直接關(guān)系，但又必須解決，耗費(fèi)了大量的時間和精力，因此開發(fā)者迫切需要一種基于標(biāo)準(zhǔn)的、獨(dú)立于計算機(jī)硬件以及操作系統(tǒng)的開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境，于是，中間件技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

1 中間件的概念

在眾多關(guān)于中間件的定義中，比較普遍接受的是IDC表述：中間件是一種獨(dú)立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，分布式應(yīng)用軟件借助這種軟件在不同的技術(shù)之間共享資源；中間件位于客戶機(jī)/服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上，管理計算資源和網(wǎng)絡(luò)通信。IDC對中間件的定義表明，中間件是一類軟件，而非一種軟件；中間件是介于操作系統(tǒng)(包括底層通信協(xié)議)和各種分布式應(yīng)用程序之間的一個軟件層�？偟淖饔檬墙�立分布式軟件模塊之間互操作的機(jī)制，屏蔽底層分布式環(huán)境的復(fù)雜性和異構(gòu)性，為處于自己上層的應(yīng)用軟件提供運(yùn)行與開發(fā)環(huán)境，幫助用戶靈活、高效地開發(fā)和集成復(fù)雜的應(yīng)用軟件。在具體實(shí)現(xiàn)上，中間件是一個用應(yīng)用程序接口定義的分布式軟件管理框架，具有強(qiáng)大的通信能力和良好的可擴(kuò)展性。中間件在分布式系統(tǒng)中的位置如圖1所示。

2 中間件的分類

隨著計算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，中間件技術(shù)也已日漸成熟，并且出現(xiàn)了不同層次、不同類型的中間件產(chǎn)品。按照IDC分類方法，中間件可分為以下6類：

2．1 終端仿真／屏幕轉(zhuǎn)換

用以實(shí)現(xiàn)客戶機(jī)圖形用戶接口與已有的字符接口方式的服務(wù)器應(yīng)用程序之間的互操作。

2．2 數(shù)據(jù)訪問中間件

適用于應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)源之間的互操作模型，客戶端使用面向數(shù)據(jù)庫的API，以提請直接訪問和更新基于服務(wù)器的數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)源可以是關(guān)系型、非關(guān)系型和對象型。這類中間件大都基于SQL語句，采用同步通訊方式。此類中間件使應(yīng)用開發(fā)簡單化，但如果透過廣域網(wǎng)使用，則會帶來嚴(yán)重的效率問題，因?yàn)樵诘退倬W(wǎng)上來回交互SQL語句會使通訊流量過大，同時對數(shù)據(jù)壓縮、加密帶來不便。

2．3 遠(yuǎn)程過程調(diào)用中間件

RPC機(jī)制是早期開發(fā)分布式應(yīng)用時經(jīng)常采用的一種同步式的請求應(yīng)答協(xié)議。通過這種協(xié)議，程序員編寫客戶方的應(yīng)用，需要時可以調(diào)用位于遠(yuǎn)端服務(wù)器上的過程。RPC擴(kuò)展了過程語言中的“功能調(diào)用／結(jié)果返回”的機(jī)制，使得它可以適用于一個遠(yuǎn)程環(huán)境。由于RPC機(jī)制是同步方式，因而在工作的時候，要求客戶方和服務(wù)方均能正確工作才能很好地運(yùn)行，有一方不能工作將導(dǎo)致RPC失敗。在網(wǎng)絡(luò)故障、機(jī)器故障存在的情況下，這一要求是很難保證的。另外，由于大多數(shù)RPC機(jī)制很難建立點(diǎn)到點(diǎn)的關(guān)系，因而也很難用在面向?qū)ο蟮木幊坍?dāng)中。

2．4 消息中間件

越來越多的分布式應(yīng)用采用消息中間件來構(gòu)建，通過消息中間件把應(yīng)用擴(kuò)展到不同的操作系統(tǒng)和不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境�；�于消息的機(jī)制更多地適用于事件驅(qū)動的應(yīng)用，當(dāng)一個事件發(fā)生時，消息中間件通知服務(wù)方應(yīng)該進(jìn)行何種操作。其核心安裝在需要進(jìn)行消息傳遞的系統(tǒng)上，在它們之間建立邏輯通道，由消息中間件實(shí)現(xiàn)消息發(fā)送。消息中間件可以支持同步方式和異步方式，實(shí)際上是一種點(diǎn)到點(diǎn)的機(jī)制，因而可以很好的適用于面向?qū)ο蟮木幊谭绞健Ｖ虚g件領(lǐng)域目前最熱門的技術(shù)是異步的消息中間件，異步中間件技術(shù)比同步中間件技術(shù)具有更強(qiáng)的容錯性，在系統(tǒng)故障時可以保證消息的正常傳輸。

2．5 交易中間件

是專門針對聯(lián)機(jī)交易處理系統(tǒng)而設(shè)計的，如銀行業(yè)務(wù)系統(tǒng)、定票系統(tǒng)等。聯(lián)機(jī)交易處理系統(tǒng)需要處理大量并發(fā)進(jìn)程，處理并發(fā)涉及到操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、編程語言、數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、系統(tǒng)管理、應(yīng)用軟件，交易中間件就是一組程序模塊，用以減少開發(fā)一個聯(lián)機(jī)交易處理系統(tǒng)所需的編程量。

2．6 對象中間件

傳統(tǒng)的面向?qū)ο蠹夹g(shù)通過封裝、繼承及多態(tài)提供了良好的代碼重用功能，但是這些對象只存在一個程序中，外面的世界并不知道它們的存在，也無法訪問它們。面向?qū)ο蟮闹虚g件就是要解決這些問題，面向?qū)ο蟮闹虚g件提供一個標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件框架，能使不同廠家的軟件通過不同的地址空間、網(wǎng)絡(luò)和操作系統(tǒng)交互訪問。該構(gòu)件的具體實(shí)現(xiàn)、位置及所依附的操作系統(tǒng)對客戶來說都是透明的。

3 主流中間件技術(shù)平臺

考察當(dāng)前主流的分布計算技術(shù)平臺，主要有OMG的CORBA，Sun的J2EE和Microsoft DNA 20000，它們都是支持服務(wù)器端中間件技術(shù)開發(fā)的平臺，但都有其各自特點(diǎn)，將分別闡述如下：

3．1 OMG的CORBA

公共對象請求代理體系結(jié)構(gòu)(CORBA，Common Ob—ject Request Broker Architecture)是對象管理組織(OMG)基于眾多開放系統(tǒng)平臺廠商提交的分布對象互操作內(nèi)容基礎(chǔ)上制定的分布式應(yīng)用程序框架的規(guī)范。

CORBA是由絕大多數(shù)分布計算平臺廠商所支持和遵循的系統(tǒng)規(guī)范，具有模型完整、先進(jìn)，獨(dú)立于系統(tǒng)平臺和開發(fā)語言，被支持程度廣泛的特點(diǎn)，已逐漸成為分布計算技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。COBRA標(biāo)準(zhǔn)主要分為3個層次：對象請求代理、公共對象服務(wù)和公共設(shè)施。最底層是對象請求代理(ORB，Object Request Broker)，規(guī)定了分布對象的定義(接口)和語言映射，實(shí)現(xiàn)對象間的通訊和互操作，是分布對象系統(tǒng)中的“軟總線”；在ORB之上定義了很多公共服務(wù)，可以提供諸如并發(fā)服

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