基于AOP的Web服務容錯技術研究

董翔宇

（中國人民解放軍海軍工程大學，武漢 430033）

基于AOP的Web服務容錯技術研究

董翔宇

（中國人民解放軍海軍工程大學，武漢 430033）

為了提供更優(yōu)質的Web服務，本文提出了基于AOP的Web服務容錯模型，使用AOP作為實現(xiàn)服務過程與切面融合的手段，將容錯關注點從功能性關注點中分離并織入到Web服務流程中，利用AOP技術將橫切關注點與核心關注點統(tǒng)一架構的方法，保證核心模塊的高度封裝性。本文設計了一個演示系統(tǒng)，綜合了地圖、天氣和查詢訂票服務，并根據(jù)服務的特性構建了主從容錯、緩存容錯、重試容錯、日志容錯四種不同容錯方式。

關鍵詞：Web服務；AOP；容錯；備份；緩存；重試；日志

1 引言

實現(xiàn)即時查詢同時整合多種服務，并且通過容錯方式提高服務的可靠性，是互聯(lián)時代的新特點。容錯機制主要分為冗余、故障檢測與恢復、替代與補償[1]，設計容錯系統(tǒng)要對系統(tǒng)需求、設計實現(xiàn)和應用開發(fā)加以構建。近年來，國內外學者基于三種機制提出了許多容錯規(guī)范和方法。Ko[2]提出了自適應的面向位置敏感的環(huán)境下的容錯算法；卡耐基梅隆大學的文件存取服務Coda[3]通過復制服務器技術進行故障恢復。AOP是一種基于橫切關注點分離的技術，將橫切關注點單獨建模并織入到系統(tǒng)中，通過構建切面，確定連接點和切入點將對象織入系統(tǒng)中。本文以用戶經(jīng)常用到的地圖、天氣等查詢服務為背景，基于AOP實現(xiàn)Web服務的容錯編程，通過對服務器的可用性鑒別，進行監(jiān)測攔截并實現(xiàn)容錯功能，最終建立了基于AOP的容錯演示系統(tǒng)。

2 Web服務容錯方式

主從容錯在系統(tǒng)監(jiān)測上利catch/try方法，在系統(tǒng)運行進行類成員訪問時會被OnInvoke方法攔截并跳轉到容錯Aspect上，當系統(tǒng)運行良好，所有的信息直接由主結點處理，當出現(xiàn)異常時自動執(zhí)行catch語句，在該容錯中將從服務器替換主服務器。Retry(S,number,interval)：S代表當前服務，number代表重試次數(shù)，interval代表重試時間間隔，重試容錯在服務S異常時重復調用直到其成功或達到指定條件，進而對服務異常進行恢復[4]。Cache技術實現(xiàn)對信息的暫存，方便在服務發(fā)生故障時及時從Cache中調用，用戶可設定Cache緩存時間，在這段時間里緩存數(shù)據(jù)放在Cache中，當用戶查詢的內容在Cache中存在時，可直接進行調用從而減少訪問服務器這一過程。Logging作為一種存檔文件解決了系統(tǒng)錯誤備份恢復問題，本文利用日志容錯記錄系統(tǒng)運行初始、結束時間和運行狀態(tài)，并且一旦出錯會記錄出錯時間和異常信息。

3 基于AOP的Web服務模型建立

3.1 基于AOP的容錯設計

本文利用面向方面編程方法，對AOP架構進行拆分并模塊化，進而對每一模塊分析設計，最后進行重組。將每一個容錯類型做成一個Aspect，本文總共有主從容錯（BackupAttribute）、重試容錯（RetryAttribute）、緩存容錯（CatchAttribute）和日志容錯（LoggingAttribute）四個方面，同時利用try/catch語句進行捕捉錯誤，一旦發(fā)生異常利用OnInvoke方法攔截切入并織入容錯機制。

圖1 錯誤恢復主從容錯模型

橫切在連接點處，共有4個連接點，其作用時機略有不同，當被調用時，cache，backup，retry容錯會自動攔截核心關注點的類成員訪問，實現(xiàn)編譯期織入的過程，而logging容錯一旦被調用則不需要攔截機制，從方法開始到結束都會跟蹤記錄。下面利用錯誤恢復Aspect模型進行詳細介紹。

如圖1所示，類WeatherServes有若干屬性和方法，我們定義了名為BackupAttribute的Aspect進行錯誤恢復，在BackupAttribute中由于是靜態(tài)橫切所以連接點的調用時機是攔截查詢天氣方法（GetWeatherInfo），由于BackupAttribute繼承了MethodInterceptionAspect類，故與該容錯方式相對應的通知使用的是before的橫切規(guī)則，before在切入點前執(zhí)行橫切行為，eventArgs. Proceed方法的實質是連接點指向方法的別名，此處使用方法調用的目的是在將主從容錯方法放入try/catch語句塊中，以捕獲Exception異常，event Args.Proceed方法此處即是主從容錯方法的別名，當系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)遠程服務無響應并拋出Exception異常時，容錯機制執(zhí)行catch中語句，將從服務器替換主服務器，進而重新調用服務查詢。同時，4處虛線說明實現(xiàn)容錯Aspect有4個連接點，而本例中只對主從備份容錯進行介紹，除了BackupAttribute外CatchAttribute，RetryAttribute，Logging Attribute都構成切面。其中，CatchAttribute和RetryAttribute都是采用判斷的方式，構建出系統(tǒng)異常情況的處理辦法，RetryAttribute錯誤恢復仍采用try/catch語句，一旦發(fā)生異常等待一段時間后重試，這將在catch語句中實現(xiàn)；Catch Attribute判斷系統(tǒng)的cache中是否保留過用戶查詢的信息，如果存在則直接調用。Logging Attribute繼承了類MethodBoundaryAspect，采用around橫切規(guī)則，around是三種橫切規(guī)則中功能最強大的，它既可以在切入點前后執(zhí)行橫切行為，也可以替代切入點執(zhí)行橫切行為，同時它可以在后臺記錄下系統(tǒng)運行情況，提供給用戶進行分析記錄。

3.2 容錯策略

在容錯策略上對每個Aspect進行編碼，當調用主從容錯時，BackupAttribute在連接點進行橫切織入，對服務進行異常判斷，選擇是否將從容錯替換主容錯。當調用重試容錯時，RetryAttribute在連接點處進行橫切織入，我們在Aspect編程中使用了While語句，將用戶設定的重試次數(shù)和間隔傳送到循環(huán)語句中，并在捕捉異常情況時，進行循環(huán)重試。當調用緩存容錯時，根據(jù)最終查詢的服務類別會在系統(tǒng)的不同區(qū)域申請內存空間，之后建立一個cache參數(shù)key作為檢查內存中是否保存曾經(jīng)的查詢信息。當調用日志容錯時，在程序出現(xiàn)異常時跳轉到OnException方法上，輸出異常的時刻，異常信息等，當服務結束，在程序出口處會記錄執(zhí)行結束信息。

圖2 訂票服務

4 容錯的實現(xiàn)

在實現(xiàn)界面上，我們介紹采用日志容錯技術的查詢訂票服務，系統(tǒng)中容錯機制進行跟蹤狀態(tài)和記錄變量值，以便于在發(fā)生錯誤時準確的恢復到原來狀態(tài)。由圖2可以清晰看到，出現(xiàn)錯誤時，系統(tǒng)會自動恢復到上一狀態(tài)，即退還用戶金額?！?/p>

[1] 歐陽建權，王懷民，史殿習．普適計算的可信研究[J]．計算機應用研究，2008.15(12):111-132

[2] Koen. An adaptive fault tolerance for situation aware ubiquitous computing[C].Washington DC:IEEE Computer Society,2005:144-149.

[3] Bram P J. The Coda distributed file system[J].Linux Journa1,1998.50(6):10-20.

[4] 夏永霖．復合服務自恢復關鍵技術研究[D]．中國科學技術大學，2010:19-20

CCBN2016產品創(chuàng)新獎初評會在京舉行

作為2016年度C C BN展覽會重磅打造的行業(yè)創(chuàng)新活動——“CCBN2016產品創(chuàng)新獎”初評工作會議于2016年1月9日在北京召開。

CCBN2016產品創(chuàng)新獎評選活動于2015年11月正式啟動，共收到參評產品與技術方案近200余項，歷經(jīng)嚴格的資料遞送審核及評審工作，得到了來自行業(yè)技術企業(yè)及專家評委的肯定與支持。來自中央人民廣播電臺、中國國際廣播電臺、中央電視臺、中國網(wǎng)絡電視臺、中國廣播電視網(wǎng)絡有限公司、廣電總局監(jiān)管中心、廣電總局廣播電視衛(wèi)星直播管理中心、廣播科學研究院、廣播電視規(guī)劃院、電影技術質量檢測所、中廣電廣播電影電視設計院、中國傳媒大學等14位行業(yè)專家組成評審專家組參與了評選工作，國家新聞出版廣電總局科學技術委員會副主任杜百川先生主持會議。專家組通過產品展示、分組評分、討論復議等環(huán)節(jié)，本著公開、公平、公正的原則，最終評選出制作與播出、傳輸與覆蓋、業(yè)務平臺與終端、融合媒體四大類共55項產品入圍。

據(jù)悉，CCBN2016產品創(chuàng)新獎復評會將于1月23日在北京召開，復評會將最終評選出CCBN2016產品創(chuàng)新獎獲獎產品，獲獎結果將于2016年3月23日CCBN主題報告會期間在北京國際會議中心揭曉并舉行頒獎典禮。

2016年是“十三五”規(guī)劃第一年，十八屆五中全會重點研究制定了國家的“十三五”規(guī)劃，指出經(jīng)濟發(fā)展仍是第一要務，要推動創(chuàng)新，突出市場在資源配置中的決定性作用。2016年CCBN年度產品創(chuàng)新獎將深入貫徹落實黨的十八大五中全會精神，緊扣廣播影視技術“創(chuàng)新、融合、發(fā)展”的行業(yè)格局，挖掘和表彰優(yōu)秀創(chuàng)新產品和企業(yè)，促進廣播電視行業(yè)快速發(fā)展。

Web Services Fault-tolerant Technology Research Based AOP

Dong Xiangyu
(Naval University of Engineering, PLA, Wuhan, 430033)

We put forward the model of Web Services fault-tolerance based on the AOP so as to provide better Web Services. It was used for the entire service implementation procedure and the fusion of sections , detaching fault-tolerant concerns from functional attention and woven into a Web service in the process. The high-level encapsulation of core module is ensured by the AOP, which construct the transverse concerns and core concerns. We designed a demonstration system, composed of the service of maps, weather and booking query. According to the characteristics of service, four ways of fault-tolerance are set up, including master-slave model, cache, retry model and logging.

Web Service; AOP; Fault-tolerance; Backup; Cache; Retry; Logging

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.01.008

TP31

A

1672-7274（2016）01-0034-03