第1章中間件技術(shù)導論

李桃迎管理科學與工程JavaWeb中間件技術(shù)

2第1章中間件技術(shù)導論1.1中間件的定義1.2中間件的分類1.3平臺與中間件1.4中間件特點及優(yōu)勢1.5軟件構(gòu)件技術(shù)的產(chǎn)生1.6軟件構(gòu)件的定義1.7基于構(gòu)件的軟件工程1.1中間件的定義中間件是一種獨立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，分布式應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。? 中間件? 運行在分布式環(huán)境下? 網(wǎng)絡(luò)通信功能? 屏蔽分布式系統(tǒng)的異構(gòu)性和復雜性中間件的定義OSOS中間件中間件應用應用網(wǎng)絡(luò)OSOS中間件中間件應用應用中間件=平臺＋通信中間件=平臺＋通信ForExampleJDBC、ODBC是數(shù)據(jù)庫中間件使應用程序獨立于特定的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品Oracle、Sybase、Informix、DB2、Ingres、SQLServer、Access、MySQL、CloudScape、……數(shù)據(jù)庫中間件是應用程序和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的連接器》ODBC——提供C語言的接口JDBC——提供Java語言的接口JDBC既支持兩層結(jié)構(gòu)，又支持三層結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)》Java語言和工具的設(shè)計目標：writeitonceandrunitanywhere!ForExample：JDBC? 建立數(shù)據(jù)庫連接發(fā)送SQL語句? 處理SQL語句執(zhí)行結(jié)果1.2中間件的分類? 按照IDC的分類方法，中間件分為六類：1. 終端仿真/屏幕轉(zhuǎn)換2. 數(shù)據(jù)訪問中間件（UDA）3. 遠程過程調(diào)用（RPC）中間件4. 消息中間件（MOM）5. 交易中間件（TPM）6. 對象中間件中間件的分類? 可以把中間件分為兩大類：? 底層中間件：用于支撐單個應用系統(tǒng)或解決單一類的問題? 交易中間件? 應用服務(wù)器（WAS）? 消息中間件? 數(shù)據(jù)訪問中間件? 高層中間件：更多的用于系統(tǒng)整合，通常會與多個應用系統(tǒng)打交道，在系統(tǒng)中的層次較高，并大多基于前一類的底層中間件運行? 企業(yè)應用集成中間件（EAISuites）工作流中間件（Workflow）門戶中間件（Portal）? 網(wǎng)格中間件終端仿真/屏幕轉(zhuǎn)換? 終端仿真/屏幕轉(zhuǎn)換中間件? 用以實現(xiàn)客戶機圖形用戶接口與已有的字符接口方式的服務(wù)器應用程序之間的互操作。? 應用? 它們應用于早期的大型機系統(tǒng)，主要功能是將終端機的字符界面轉(zhuǎn)換為圖形界面，目前此類中間件在國內(nèi)已沒有應用市場。數(shù)據(jù)訪問中間件? 數(shù)據(jù)訪問中間件? 為了建立數(shù)據(jù)應用資源互操作的模式，對異構(gòu)環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)聯(lián)接或文件系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)接的中間件如OGSA-DAI等? 應用? 適用于應用程序與數(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，以直接訪問/更新服務(wù)器端數(shù)據(jù)源? 基于SQL語句，是應用開發(fā)更加簡單遠程過程調(diào)用中間件? 遠程過程調(diào)用（RPC）中間件? 通過遠程過程調(diào)用（RPC）實現(xiàn)異構(gòu)分布式環(huán)境下不同應用之間進行通信訪問的中間件。? 應用? 從一臺機器或一個進程調(diào)用另一臺機器或另一進程的服務(wù)或方法，這種調(diào)用是通過網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的。? 一個應用程序使用RPC來“遠程”執(zhí)行一個位于不同地址空間里的過程，并且從效果上看和執(zhí)行本地調(diào)用相同。? RPC是一種廣泛使用的分布式應用程序處理方法。遠程過程調(diào)用中間件? 工作原理：一個RPC應用分為兩個部分：server和clientServer提供一個或多個遠程過程，client向server發(fā)出遠程調(diào)用? Stub提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和通信服務(wù)，屏蔽操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)差異。ClientServer交易中間件? 交易中間件? 交易中間件就是一組程序模塊，用以大大減少開發(fā)一個聯(lián)機交易處理系統(tǒng)所需的編程量? 為應用程序提供運行環(huán)境及各種服務(wù)，如程序加載、程序啟動、并發(fā)進程處理等? 交易中間件是專門針對聯(lián)機交易處理系統(tǒng)而設(shè)計的? 聯(lián)機交易處理系統(tǒng)? 聯(lián)機交易處理系統(tǒng)需要處理大量并發(fā)進程，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、應用軟件交易中間件? 分布式交易處理的標準及參考模型? X/OPEN組織專門定義了分布式交易處理的標準及參考模型? 把一個聯(lián)機交易系統(tǒng)劃分成資源管理（RM）、交易管理（TM）和應用（AP）三部分，定義了應用程序、交易管理器、多個資源管理器是如何協(xié)同工作的。? 交易管理器可歸入交易中間件? 應用? 只適用于聯(lián)機交易系統(tǒng)，如銀行業(yè)務(wù)系統(tǒng)、訂票系統(tǒng)等。? 盡管交易信息也是消息，基于消息傳輸，但應用范圍較小。消息中間件消息中間件（Message-OrientedMiddleware，MOM）? 利用高效可靠的消息傳遞機制進行平臺無關(guān)的數(shù)據(jù)交流，并基于數(shù)據(jù)通信來進行分布式系統(tǒng)的集成。? 通過提供消息傳遞和消息排隊模型，它可以在分布式環(huán)境下擴展進程間的通信，并支持多通訊協(xié)議、語言、應用程序、硬件和軟件平臺。? 目前流行的MOM中間件產(chǎn)品IBM的MQSeriesBEA的MessageQ? ……消息傳遞和排隊技術(shù)? 消息傳遞和排隊技術(shù)有以下三個主要特點：? 通訊程序可在不同的時間運行? 對應用程序的結(jié)構(gòu)沒有約束? 程序與網(wǎng)絡(luò)復雜性相隔離? 消息中間件可以既支持同步方式，又支持異步方式? 異步中間件技術(shù)可以分為兩類? 廣播方式：把消息分發(fā)給系統(tǒng)的所有用戶? 發(fā)行/訂閱方式：可以指定哪種類型用戶可以接收哪種類型的消息消息中間件? 消息中間件采用的兩種形式：消息傳遞（messagepassing）消息隊列（messagequeuing）對象中間件? 面向?qū)ο蟮闹虚g件? 提供一個標準的構(gòu)件框架，能使不同的廠家的軟件通過不同的地址空間、網(wǎng)絡(luò)和操作系統(tǒng)互相交互訪問。該構(gòu)件的具體實現(xiàn)、位置及所依附的操作系統(tǒng)對客戶來說都是透明的。? 例如：用戶通過簡單組裝或擴展已有構(gòu)件就可以建立一個客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的信息系統(tǒng)。? 面向?qū)ο蟮闹虚g件技術(shù)的目標? 為軟件用戶及開發(fā)者提供一種應用級的即插即用的互操作性，就像現(xiàn)在使用集成塊和擴展板一樣。對象中間件? 對象中間件的標準:OMG組織的CORBAMicrosoft的COMIBM公司的SOM應用對象ORB通用工具對象服務(wù)應用服務(wù)器? Web應用服務(wù)器? 主要是指基于Java和J2EE/EJB的應用服務(wù)器軟件? 國內(nèi)市場上應用的Web應用服務(wù)器主要有三類：國外、國內(nèi)廠家的商業(yè)化產(chǎn)品及一些OpenSource（開源）軟件例如：Tomcat、JBoss、IBMWebSphere、BEAWebLogic、SunAppServer、OracleiAS……應用服務(wù)器? 技術(shù)方面? 在技術(shù)方面的更新主要是對標準的支持、新的開發(fā)工具和對Web服務(wù)的支持等方面。? 解決的問題? 體系結(jié)構(gòu)：應用服務(wù)器應當具備至少三個層次的服務(wù)器端體系結(jié)構(gòu)：請求接收層、業(yè)務(wù)處理層、數(shù)據(jù)層。? 負載均衡：應用服務(wù)器系統(tǒng)，都具有負載均衡的能力，即將用戶發(fā)來的請求，恰當?shù)胤峙浣o各個應用服務(wù)器，使大家可以分別負擔系統(tǒng)的負載。? 高可靠性、數(shù)據(jù)庫連接池、分布會話管理、……企業(yè)應用集成中間件? 企業(yè)應用集成中間件EnterpriseApplicationIntegration(EAI)，通常指的是企業(yè)應用集成服務(wù)器。? EAI服務(wù)器通常是一個有著重量級“價格”的軟件系統(tǒng)。軟件通常運行在消息中間件之上，可以和Web應用服務(wù)器等中間件集成。應用系統(tǒng)1應用系統(tǒng)2EAI企業(yè)應用集成中間件? 應用? EAI服務(wù)器強調(diào)的是應用系統(tǒng)之間相互訪問與集成的需求與能力，訪問是雙向的。? 集成的中心是作為樞紐的EAI服務(wù)器，樞紐向外的輻射（通過消息中間件等技術(shù)）把各個應用系統(tǒng)連接集成在一起。? 樞紐執(zhí)行應用之間格式的轉(zhuǎn)換消息傳遞的路由選擇與控制及傳輸任務(wù)。企業(yè)應用集成中間件? 一個完整的EAI解決方案應當包含以下五個層面：? 用戶交互：用戶界面統(tǒng)一接入，利用門戶技術(shù)進行構(gòu)建。? 應用連接：通過HUB或總線架構(gòu)，實現(xiàn)應用之間連接，完成相關(guān)的數(shù)據(jù)路由與數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。? 業(yè)務(wù)流程整合：實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程管理，包括工作流管理和自動化流程兩個方面。? 構(gòu)建整合：該層面包含兩個部分：構(gòu)建與現(xiàn)有應用兼容的新應用；對現(xiàn)有資源重用以適應新環(huán)境的需要。? 信息集成：實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成，在異構(gòu)的數(shù)據(jù)源之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)層整合工作流中間件? 工作流中間件? 定位于支持商務(wù)流程的自動化，即能夠方便地進行處理集成。? 以文檔為中心，支持文檔流轉(zhuǎn)的工作流軟件。? 應用? 支持與Web應用服務(wù)器的集成，并提供使用瀏覽器獲得工作列表、執(zhí)行流程實例和監(jiān)控管理工作流的能力。? 工作流引擎運行在Web應用服務(wù)器上，以瀏覽器作為工作流程中參與人員的操作界面，具備可視化的流程定義工具等必要的功能模塊。? 開源工作流中間件包括jBPM、Shark等門戶中間件? 門戶中間件? 指的是門戶服務(wù)器（PortalServer）。門戶服務(wù)器是Web應用服務(wù)器上的“應用”。Portal門戶? portal是一種web應用，通常用來提供個性化、單次登錄、聚集各個信息源的內(nèi)容，并作為信息系統(tǒng)表現(xiàn)層的宿主。完整的Portal通常由Portal服務(wù)器、Portlet容器、Portlet構(gòu)成。? 應用開發(fā)上可以開發(fā)很多這樣的“門戶組件”同時集成別人開發(fā)的“門戶組件”來構(gòu)建企業(yè)門戶。安全中間件? 安全中間件? 以公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI）為核心、建立在一系列相關(guān)國際安全標準之上的一個開放式應用開發(fā)平臺? 對PKI基本功能如對稱加密與解密、非對稱加密與解密、信息摘要、單向散列、數(shù)字簽名、簽名驗證、證書認證，以及密鑰生成、存儲、銷毀等進一步擴充，進而形成系統(tǒng)安全服務(wù)接口、應用安全服務(wù)接口、儲存安全服務(wù)接口和通信安全服務(wù)接口。安全中間件? 應用優(yōu)勢? 可以跨平臺操作，為不同操作系統(tǒng)上的應用軟件集成提供方便，滿足用戶對系統(tǒng)伸縮性和可擴展性的要求。? 在頻繁變化的企業(yè)計算機環(huán)境中，能夠?qū)⒉煌膽贸绦驘o縫地融合在一起，使用戶業(yè)務(wù)不會因計算環(huán)境的改變遭受損失。? 屏蔽了安全技術(shù)的復雜性，使設(shè)計開發(fā)人員無須具備專業(yè)的安全知識背景就能夠構(gòu)造高安全性的應用。1.3平臺與中間件平臺=中間件 +業(yè)務(wù)組件?“平臺”中包含中間件，中間件是構(gòu)造平臺的基礎(chǔ)；?在中間件之上有一層和應用有關(guān)聯(lián)的“業(yè)務(wù)組件”，以進一步簡化應用系統(tǒng)的開發(fā)。1.4中間件的特點?滿足大量應用的需要?運行于多種硬件和操作系統(tǒng)（OS）平臺?支持分布式計算，提供跨網(wǎng)絡(luò)、硬件和操作系統(tǒng)（OS）平臺的透明性的應用或服務(wù)的交互功能?支持標準的協(xié)議?支持標準的接口中間件的十大優(yōu)越性? （1）應用開發(fā)? 業(yè)務(wù)邏輯和應用邏輯程序僅占總程序量的30%，而基礎(chǔ)程序占了70%，使用傳統(tǒng)意義上的中間件一項就可以節(jié)省25%~60%的應用開發(fā)費用。如是以新一代的中間件系列產(chǎn)品來組合應用，同時配合以可復用的商務(wù)對象構(gòu)件，則應用開發(fā)費用可節(jié)省至80%。? （2）系統(tǒng)運行? 沒有使用中間件的應用系統(tǒng)，其初期的資金及運行費用的投入要比同規(guī)模的使用中間件的應用系統(tǒng)多一倍。? （3）開發(fā)周期? 基礎(chǔ)軟件的開發(fā)是一件耗時的工作，若使用標準商業(yè)中間件則可縮短開發(fā)周期50%~75%。中間件的十大優(yōu)越性? （4）減少項目開發(fā)風險? 研究表明，沒有使用標準商業(yè)中間件的關(guān)鍵應用系統(tǒng)開發(fā)項目的失敗率高于90%。企業(yè)自己開發(fā)內(nèi)置的基礎(chǔ)（中間件）軟件是得不償失的，項目總的開支至少要翻一倍，甚至會十幾倍。? （5）合理運用資金? 借助標準的商業(yè)中間件，企業(yè)可以很容易地在現(xiàn)有或遺留系統(tǒng)之上或之外增加新的功能模塊，并將它們與原有系統(tǒng)無縫集合。? （6）應用集合? 依靠標準的中間件可以將現(xiàn)有的應用、新的應用和購買的商務(wù)構(gòu)件融合在一起進行應用集合。中間件的十大優(yōu)越性? （7）系統(tǒng)維護? 基礎(chǔ)（中間件）軟件的自我開發(fā)是要付出很高代價的，此外，還要每年維護自我開發(fā)的基礎(chǔ)（中間件）軟件和應用軟件。? 而在一般情況下，購買標準商業(yè)中間件每年只需付出產(chǎn)品價格的15%~20%的維護費。? （8）質(zhì)量? 標準的中間件在接口方面都是清晰和規(guī)范的。標準中間件的規(guī)范化模塊可以有效地保證應用系統(tǒng)質(zhì)量及減少新舊系統(tǒng)維護開支。? （9）技術(shù)革新? 標準的商業(yè)中間件，則對技術(shù)的發(fā)展與變化可以放心，中間件廠商會責無旁貸地把握技術(shù)方向和進行技術(shù)革新。中間件的十大優(yōu)越性? （10）增加產(chǎn)品吸引力? 不同的商業(yè)中間件提供不同的功能模型，合理使用，可以讓你的應用更容易增添新的表現(xiàn)形式與新的服務(wù)項目。從另一個角度看，可靠的商業(yè)中間件也使得企業(yè)的應用系統(tǒng)更完善，更出眾。1.5軟件構(gòu)件技術(shù)的產(chǎn)生? 為什么要研究軟件構(gòu)件技術(shù)？軟件復用：以構(gòu)件技術(shù)為核心軟件體系結(jié)構(gòu)：構(gòu)件+構(gòu)件之間的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：軟件分布在不同結(jié)點上軟件構(gòu)件技術(shù)的產(chǎn)生? 1968年NATO軟件工程會議上Mcllroy的論文提出了“大量生產(chǎn)的軟件構(gòu)件”? 第一次引入了軟件復用概念軟件復用思想的歷史背景? 子程序的概念即體現(xiàn)了復用的思想? 程序庫將一些通用子程序收集到程序庫中供其他程序員在編程時使用，例如：數(shù)學程序庫等。? 在其后的發(fā)展過程中有許多復用技術(shù)的研究成果和成功的復用實踐活動。但是技術(shù)上的不成熟，使得軟件復用未得到應有的進展。軟件復用思想的歷史背景? 近十幾年來，面向?qū)ο蠹夹g(shù)逐步成為主流技術(shù)，為軟件復用提供了基本的技術(shù)支持，軟件復用研究重新成為熱點。? 軟件復用被視為解決軟件危機提高軟件生產(chǎn)效率和質(zhì)量的現(xiàn)實可行途徑對比傳統(tǒng)工業(yè)? 這是軟件復用與軟件構(gòu)件技術(shù)受到高度重視的根本原因? 分析傳統(tǒng)工業(yè)，如機械、建筑等行業(yè)以及計算機硬件產(chǎn)業(yè)，其成功的基本模式是：? 符合標準的零部件（構(gòu)件）生產(chǎn)? 基于標準零部件的產(chǎn)品生產(chǎn)（組裝）? 其中：復用是必需的手段，構(gòu)件是核心和基礎(chǔ)? 這種模式是? 產(chǎn)業(yè)工程化、工業(yè)化的必由之路? 軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然途徑軟件復用的兩種方法? 產(chǎn)品復用是目前現(xiàn)實的、主流的途徑? 產(chǎn)品復用? 復用已有的軟件構(gòu)件，通過集成（組裝）構(gòu)件得到新系統(tǒng)? 過程復用? 復用已有的軟件開發(fā)過程，使用可復用的應用生成器來自動或半自動生成系統(tǒng)? 過程復用依賴于軟件自動化技術(shù)的發(fā)展，目前只適用于一些特殊應用領(lǐng)域產(chǎn)品復用的兩種方式? 黑盒復用：不需對構(gòu)件作任何修改即可直接復用? 這是理想的復用方式? 白盒復用：已有構(gòu)件并不能完全符合用戶需求? 需要根據(jù)用戶需求進行適應性修改產(chǎn)品復用的兩個過程? 可復用軟件構(gòu)件的開發(fā)? 如何開發(fā)出便于復用的軟件構(gòu)件? 基于可復用軟件構(gòu)件的應用系統(tǒng)構(gòu)造? 如何利用現(xiàn)有的軟件構(gòu)件開發(fā)出目標系統(tǒng)實現(xiàn)軟件復用的關(guān)鍵因素軟件構(gòu)件技術(shù)（SoftwareComponent）領(lǐng)域工程（DomainEngineering）軟件體系結(jié)構(gòu)（SoftwareArchitecture）軟件再工程（SoftwareReengineering）開放系統(tǒng)（OpenSystem）軟件過程（SoftwareProcess）CASE技術(shù)? 非技術(shù)因素CASE技術(shù)軟件過程軟件過程非技術(shù)因素非技術(shù)因素領(lǐng)域工程領(lǐng)域工程軟件再工程軟件構(gòu)架技術(shù)開放系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)件、構(gòu)架應應用用系系統(tǒng)統(tǒng)領(lǐng)領(lǐng)域域構(gòu)件標準構(gòu)件分類、構(gòu)件組裝遺遺產(chǎn)產(chǎn)軟軟件件系系統(tǒng)統(tǒng)軟件構(gòu)件技術(shù)是軟件復用的關(guān)鍵技術(shù)CASE技術(shù)1.6什么是軟件構(gòu)件? 從一般意義上講構(gòu)件是系統(tǒng)中可以明確辨識的構(gòu)成成分軟件構(gòu)件則是 軟件系統(tǒng)中 具有一定意義的相對獨立的構(gòu)成成分? 由于目前討論的軟件構(gòu)件主要著眼于其復用意義，因此軟件構(gòu)件主要是指可復用軟件構(gòu)件(Reusablesoftwarecomponent，RSC)軟件構(gòu)件的定義構(gòu)件是一個不透明的功能實現(xiàn)體能夠被第三方所組裝，且符合一個構(gòu)件模型定義1[Szyperski1996]

一個構(gòu)件是一個組裝單元它具有約定式規(guī)范的接口以及明確的依賴環(huán)境構(gòu)件可以被獨立地部署，由第三方組裝? 定義2[SEI2001]

構(gòu)件是一個不透明的功能實現(xiàn)體能夠被第三方所組裝，且符合一個構(gòu)件模型構(gòu)件是可以被復用的軟件實體，由構(gòu)件規(guī)約與構(gòu)件實現(xiàn)兩部分組成復用 可以發(fā)生在不同應用領(lǐng)域的軟件系統(tǒng)之間可以發(fā)生在相同領(lǐng)域內(nèi)的不同系統(tǒng)之間，可以發(fā)生在一個系統(tǒng)在演化過程中的不同階段之間? 定義3：構(gòu)件是可以被復用的軟件實體，由構(gòu)件規(guī)約與構(gòu)件實現(xiàn)兩部分組成復用 可以發(fā)生在不同應用領(lǐng)域的軟件系統(tǒng)之間可以發(fā)生在相同領(lǐng)域內(nèi)的不同系統(tǒng)之間，可以發(fā)生在一個系統(tǒng)在演化過程中的不同階段之間分為基礎(chǔ)構(gòu)件、領(lǐng)域構(gòu)件、專用構(gòu)件軟件構(gòu)件的定義構(gòu)件規(guī)約構(gòu)件信息（組裝合約）構(gòu)件的運行管理規(guī)約（運行合約）? 構(gòu)件規(guī)約? 用于描述如何對構(gòu)件進行使用與管理? 是對構(gòu)件外部特征的形式化描述? 是關(guān)于構(gòu)件的知識構(gòu)件接口（客戶合約）構(gòu)件的使用規(guī)約構(gòu)件規(guī)約（specification）構(gòu)件實現(xiàn)(Implementation)? 構(gòu)件實現(xiàn)是構(gòu)件內(nèi)部的代碼實現(xiàn)體? 對于一個面向過程的系統(tǒng)? 一個構(gòu)件由系統(tǒng)的一個或多個緊耦合的模塊組成? 對于一個面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)? 一個構(gòu)件由系統(tǒng)的一個或多個緊耦合的對象組成(a)(b)(c)構(gòu)件實現(xiàn)構(gòu)件規(guī)約構(gòu)件規(guī)約1構(gòu)件規(guī)約2構(gòu)件實現(xiàn)1構(gòu)件規(guī)約構(gòu)件實現(xiàn)2構(gòu)件的規(guī)約與實現(xiàn)構(gòu)件構(gòu)件規(guī)約構(gòu)件實現(xiàn)構(gòu)件的規(guī)約與實現(xiàn)?例如：假設(shè)有一組有用行為被定義為管理一組人員的姓名和地址。其中可以包括：設(shè)定某個人的住址，查詢這個人在這個地