面向服務(wù)架構(gòu)的演化和應(yīng)用

戴建國，梁 斌，趙慶展，郭 理，趙 欣

(石河子大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆石河子832000)

0 前言

面向服務(wù)的體系架構(gòu)是一種異構(gòu)系統(tǒng)間共享信息的軟件設(shè)計(jì)方式［1］，其目的是為了解決異構(gòu)平臺(tái)軟件系統(tǒng)之間的集成問題。在國外很多大的軟件廠商如IBM、BEA等提供SOA的解決方案和中間件產(chǎn)品。國內(nèi)的SOA應(yīng)用還處在概念宣傳和試用階段［2］，但很多應(yīng)用SOA的需求都已出現(xiàn)。

SOA的首要目標(biāo)是業(yè)務(wù)敏捷性，通過建設(shè)靈活的IT幫助業(yè)務(wù)快速應(yīng)變［3］。其實(shí)施從軟件到企業(yè)的管理方式都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。所以SOA實(shí)質(zhì)是一種業(yè)務(wù)架構(gòu)，是企業(yè)為了適應(yīng)市場的快速變化而采用的戰(zhàn)略性業(yè)務(wù)架構(gòu)［4］，而不是能夠買來的技術(shù)，而且沒有現(xiàn)成的工具能夠立即生成SOA的解決方案［5］。

由于SOA的本質(zhì)是抽象于具體架構(gòu)之上的一種思想，而不是一種具體的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，所以只有圍繞著松散耦合、粗粒度、服務(wù)位置和傳輸協(xié)議透明這些SOA的核心思想去思考和構(gòu)建軟件系統(tǒng)，并能夠真正實(shí)現(xiàn)，才是實(shí)現(xiàn)了SOA［6］。同時(shí)，SOA一般也不是從頭構(gòu)建的系統(tǒng)，而是通過對現(xiàn)有系統(tǒng)資源不斷整合得到。本文從一個(gè)簡單的Web系統(tǒng)開始，隨著需求的變化不斷重構(gòu)系統(tǒng)的架構(gòu)，并給出各個(gè)階段系統(tǒng)的架構(gòu)方案，從而最終自然演化成為面向服務(wù)架構(gòu)，并使用開源的ESB總線實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)方案。

1 三層架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 普通三層架構(gòu)

兵團(tuán)社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息系統(tǒng)最初需求是開發(fā)一個(gè)簡單的B/S結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，可以方便用戶查詢，十幾個(gè)表，需求較為簡單，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，普通用戶客戶端和系統(tǒng)管理客戶端通過瀏覽器進(jìn)行。系統(tǒng)采用了簡單的三層架構(gòu)，采用jsp作為顯示層，應(yīng)用層采用servlet，訪問數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)層采用jdbc連接，數(shù)據(jù)操作使用sql語句，由于sql語句與具體數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品相關(guān)，所以系統(tǒng)與具體的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品是緊耦合的，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示。當(dāng)前系統(tǒng)是一個(gè)非常普通的Web應(yīng)用。

1.2 基于Spring+Struts+Hibernate的三層架構(gòu)

隨著開發(fā)的進(jìn)行，各個(gè)子課題對于社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫的要求發(fā)生了變化，增加了很多數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)還有可能持續(xù)發(fā)生變化，數(shù)據(jù)訪問層頻繁發(fā)生修改，很容易出錯(cuò)，需要降低各層之間緊耦合狀態(tài)，分離出服務(wù)層。系統(tǒng)改為采用常見的SSH(Struts+Spring+Hibernate)搭配，系統(tǒng)訪問模式和整體架構(gòu)不發(fā)生變化，各層采用相應(yīng)的開發(fā)框架，界面層采用Struts2框架，數(shù)據(jù)訪問層采用Hibernate框架，Spring作為應(yīng)用框架，主要提供對象工廠和事務(wù)管理功能，以最大程度的使各層解耦，并簡化事務(wù)管理。此時(shí)系統(tǒng)的架構(gòu)沒有變化，只是三層架構(gòu)采用了相應(yīng)的開發(fā)框架，增加了系統(tǒng)的靈活性和健壯性，具體如圖3所示。

圖3 SSH開發(fā)框架圖

2 混合架構(gòu)

2.1 普通混合架構(gòu)模式

在開發(fā)過程中，數(shù)據(jù)的管理方式被考慮進(jìn)來，調(diào)查發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)來源比較復(fù)雜，需要從其他地方獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行人工核實(shí)和篩選，數(shù)據(jù)量比較大，單靠通過管理員以后臺(tái)方式管理數(shù)據(jù)很麻煩，建立數(shù)據(jù)管理客戶端軟件非常有必要，這樣系統(tǒng)就采用了兩種管理模式:一種是C/S客戶端管理;一種是使用瀏覽器進(jìn)行后臺(tái)管理，系統(tǒng)演變成了B/S和C/S的混合架構(gòu)模式。如圖4所示是混合模式的架構(gòu)圖，其中新增了C/S結(jié)構(gòu)。兩種管理模式對數(shù)據(jù)庫的訪問方式如圖5所示。

2.2 采用遠(yuǎn)程方法調(diào)用的混合架構(gòu)模式

當(dāng)前系統(tǒng)已經(jīng)可以滿足訪問和維護(hù)的要求，但是存在一個(gè)問題:服務(wù)器端和客戶端軟件除了界面層和應(yīng)用層不一樣，實(shí)體層(實(shí)體類、Hibernate配置文件、Hibernate映射文件)必須保持一模一樣，數(shù)據(jù)訪問層代碼也基本相同，這樣不但出現(xiàn)大量的代碼冗余，系統(tǒng)升級和維護(hù)時(shí)必須同時(shí)維護(hù)兩處相同的代碼，很不方便而且容易出錯(cuò)。系統(tǒng)改變?yōu)閷?shù)據(jù)訪問邏輯置于服務(wù)器端，客戶端以遠(yuǎn)程方法調(diào)用的方式進(jìn)行訪問，這樣客戶端和服務(wù)器端只需要保持相同的數(shù)據(jù)訪問接口。由于客戶端和服務(wù)端都使用java開發(fā)，所以可以采用rmi技術(shù)實(shí)現(xiàn)［7］。系統(tǒng)演化成如圖6的方式。

服務(wù)器端生成服務(wù)代理，客戶端通過遠(yuǎn)程方法調(diào)用(Rmi)服務(wù)器端的方法，這樣數(shù)據(jù)訪問邏輯只需要在服務(wù)器端生成一次，客戶端不需要相應(yīng)的實(shí)體類和Hibernate配置文件，系統(tǒng)維護(hù)和升級都很方便。

3 點(diǎn)對點(diǎn)Web服務(wù)集成

3.1 服務(wù)發(fā)布與調(diào)用模式

兵團(tuán)社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息系統(tǒng)需要為其余各個(gè)子課題提供數(shù)據(jù)服務(wù)，如農(nóng)情系統(tǒng)，水資源監(jiān)測等，而各子課題是平臺(tái)異構(gòu)的，有的使用.net，有的使用vb。為了讓各子系統(tǒng)使用社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步發(fā)生變化，將數(shù)據(jù)的獲取以Web服務(wù)的方式發(fā)布，其余子課題獲取服務(wù)。系統(tǒng)演化成為如圖7所示結(jié)構(gòu)。

圖6 改進(jìn)后的混合架構(gòu)開發(fā)架構(gòu)圖

3.2 點(diǎn)對點(diǎn)Web服務(wù)集成

由于各個(gè)子系統(tǒng)之間有相關(guān)性，比如農(nóng)情信息系統(tǒng)會(huì)需要水資源與水災(zāi)害的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。這樣發(fā)生了子系統(tǒng)之間的相互調(diào)用，由于平臺(tái)異構(gòu)，各子系統(tǒng)如果要調(diào)用對方的操作，只能以服務(wù)的方式進(jìn)行，所以最終各個(gè)子課題都會(huì)發(fā)布與調(diào)用服務(wù)，既是服務(wù)的消費(fèi)者也是服務(wù)的提供者。這就是點(diǎn)對點(diǎn)的Web服務(wù)集成，具體如圖8所示。

點(diǎn)對點(diǎn)的Web服務(wù)集成相當(dāng)于一種“私下交易”，這種“私下交易”的缺點(diǎn)是服務(wù)的消費(fèi)者必須知道服務(wù)提供者的位置，這樣就使得消費(fèi)者與提供者之間緊耦合，服務(wù)提供者發(fā)布一項(xiàng)服務(wù)就需要通知所有的消費(fèi)者，如果服務(wù)提供者的地點(diǎn)或者服務(wù)接口發(fā)生了更改，所有消費(fèi)者必須改動(dòng)并且重新編譯。并且，如果服務(wù)發(fā)生故障不能使用，也沒有失效備援機(jī)制和安全管理機(jī)制，整個(gè)系統(tǒng)缺乏對服務(wù)的統(tǒng)一管理。

圖7 提供Web服務(wù)的開發(fā)架構(gòu)圖

圖8 點(diǎn)對點(diǎn)web服務(wù)集成

為了改變服務(wù)提供者和服務(wù)消費(fèi)者的緊耦合現(xiàn)象，方便各子系統(tǒng)發(fā)布、發(fā)現(xiàn)和調(diào)用服務(wù)，需要一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施的支持，即企業(yè)服務(wù)總線(ESB)。ESB相當(dāng)于服務(wù)中介，其職責(zé)是使消費(fèi)者能夠調(diào)用供應(yīng)者提供的服務(wù)［8］，能夠?qū)Ψ?wù)進(jìn)行管理，使得服務(wù)提供者對于服務(wù)消費(fèi)者透明，消費(fèi)者無需知道是誰為它提供服務(wù)，當(dāng)然也可以明確選擇某幾個(gè)提供者，服務(wù)提供者發(fā)生了更改無需通知消費(fèi)者，消費(fèi)者可以處于“幸福的無知狀態(tài)”，這樣使得服務(wù)提供者和消費(fèi)者之間完全解耦。這就是面向服務(wù)架構(gòu)，采用ESB后的系統(tǒng)架構(gòu)如圖9所示。

采用ESB的好處不僅僅是提供了松耦合的架構(gòu)，而且還可以提供如下功能［9］:

(1)負(fù)載均衡，如果有多個(gè)服務(wù)提供者可以對同一個(gè)服務(wù)請求提供服務(wù)，則可以根據(jù)負(fù)載均衡的原則選擇服務(wù)提供者。

(2)安全管理，提供統(tǒng)一的安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則。

(3)服務(wù)聚合，可以對小的服務(wù)進(jìn)行聚合而成大的服務(wù)，也就是服務(wù)的編排?？梢赃x擇聚合方式和粒度，靈活的根據(jù)適應(yīng)外界的規(guī)則變化對信息系統(tǒng)提出的新要求。

(4)監(jiān)控功能，主動(dòng)觀察總線的服務(wù)性能、分析某項(xiàng)服務(wù)調(diào)用的高峰期、服務(wù)調(diào)用是否完整等。

圖9 面向服務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu)圖

4 面向服務(wù)架構(gòu)

4.1 基于Webservice的服務(wù)設(shè)計(jì)

SOA思想本身并沒有規(guī)定在以面向服務(wù)思想為指導(dǎo)的應(yīng)用程序的構(gòu)造過程中必須使用的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。而在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，使用最多的用于實(shí)現(xiàn)SOA的技術(shù)，莫過于Web服務(wù)。Web服務(wù)是一套開放標(biāo)準(zhǔn)，它可以指導(dǎo)建立分布式應(yīng)用平臺(tái)，使得運(yùn)行在不同操作系統(tǒng)和不同程序語言實(shí)現(xiàn)的功能模塊，能夠通過它提供的中立的接口描述，有效地進(jìn)行分工協(xié)作［10］。Web服務(wù)技術(shù)和以前的分布式計(jì)算技術(shù)比較，具有更好的可靠性、可擴(kuò)展性、易用性和協(xié)議開放性［11］。

系統(tǒng)服務(wù)的發(fā)布采用了Spring+XFire的框架創(chuàng)建和描述服務(wù)，以登錄操作為例，下面是描述服務(wù)的service-servlet.xml文件部分內(nèi)容。

4.2 基于Synapse的企業(yè)服務(wù)總線

服務(wù)總線很多，開源和商業(yè)的都有很多應(yīng)用，在實(shí)際項(xiàng)目中采用了開源的總線系統(tǒng)，Apache的Synapse作為項(xiàng)目的服務(wù)總線，Synapse采用輕量級的XML和Web服務(wù)為中心的消息模型。它本身并不創(chuàng)建服務(wù)，只是提供服務(wù)的注冊和路由等管理。下面是登錄服務(wù)發(fā)布的部分內(nèi)容。

4.3 服務(wù)調(diào)用

服務(wù)發(fā)布完畢后，在客戶端就可以編寫程序進(jìn)行服務(wù)的調(diào)用?？蛻舳耸紫葎?chuàng)建RPCServiceClient類型的對象，并初始化其擁有的Option對象類型的屬性，最后調(diào)用RPCServiceClient的invokeBlocking方法，該方法會(huì)調(diào)用服務(wù)提供者的相應(yīng)方法，最終將調(diào)用結(jié)果返回。

4.4 效果

為了不斷適應(yīng)需求的變化，為異構(gòu)的軟件系統(tǒng)提供互操作，兵團(tuán)社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息系統(tǒng)的軟件架構(gòu)最終演化為面向服務(wù)的架構(gòu)。企業(yè)服務(wù)總線的建立，使得該架構(gòu)為集成更多的軟件系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)設(shè)施上的支持。各異構(gòu)的子系統(tǒng)都可以在總線上發(fā)布或查找服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的目標(biāo)。

5 結(jié)束語

采用基于SOA企業(yè)應(yīng)用集成方式能有效解決系統(tǒng)集成的問題，克服傳統(tǒng)集成方式耦合度高、安全性和靈活性差、集成成本過高等缺點(diǎn)［12］，甚至完成傳統(tǒng)集成方式無法完成的集成問題。但SOA并不能一蹴而就，是為了集成異構(gòu)系統(tǒng)而不斷演化的結(jié)果。通過兵團(tuán)社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息系統(tǒng)的不斷演化從而最終實(shí)現(xiàn)面向服務(wù)架構(gòu)，展現(xiàn)了SOA的實(shí)現(xiàn)過程，并在該過程中表現(xiàn)了SOA如何通過不斷降低系統(tǒng)之間的耦合和依賴，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)的快速集成，從而達(dá)到業(yè)務(wù)的敏捷性。

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