（計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)論文）異步可靠web服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

國(guó) 防 科 學(xué) 技 術(shù) 人 學(xué) 研 究 生 院 學(xué) 位 論 文 摘要 w e b 服務(wù) ( we b s e r v ic e s ) 作為一種新興的中間件技術(shù)，己 經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種電子 商務(wù)中。就目 前而合 一 ，它僅僅局限于基于同步信息獲取的簡(jiǎn)單應(yīng)用，而對(duì)于以異步傳輸和 高可靠性為特征的復(fù)雜應(yīng)用的 支持尚不足， 這就大大降低了w e b 服務(wù)在諸如信貸業(yè)務(wù)等一 些大型關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。 隨著w e b 服務(wù) 應(yīng)用范圍的擴(kuò)展和研究的不斷深入， 靈活的 消息傳輸機(jī)制和可靠的服務(wù)質(zhì)量成為許多研究者關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題. 但對(duì)于w e b 服務(wù)中消息 傳輸機(jī)制和可靠性的定義目 前尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。 本文以 基于i n t e r n e t 的應(yīng)用集成為 背景， 以 現(xiàn)有的we b 服務(wù)體系結(jié)構(gòu)和規(guī)范集合為基 礎(chǔ)， 基于消息中間件技術(shù)， 研究了we b 服務(wù)中的異步消息傳遞機(jī)制和可靠性， 并以此為基 礎(chǔ)開(kāi)發(fā)了一個(gè)能夠提供異步可靠we b 服務(wù)的中間件系統(tǒng)。 本文的主要工作包括: 1 .本文基于w e b 服務(wù)體系結(jié)構(gòu)研究了w e b 服務(wù)的消息機(jī)制， 分析了同 步傳輸與異步 傳輸兩種不同的底層消息傳輸機(jī)制，以 及同步操作與異步操作兩種不同的消息模式， 并在 此基礎(chǔ)上詳細(xì)討論了基于同步傳輸實(shí)現(xiàn)異步we b 服務(wù)操作的四種消息模式; 2 .研究了 可靠w e b 服務(wù)的參考模型與 特點(diǎn)， 在此基礎(chǔ)上分析了 現(xiàn)有w e b 服務(wù)規(guī)范集 合 對(duì)于 可 靠性的 支持， 提出了 基于成熟的m o m ( m e s s a g e o r i e n t e d m i d d l e w a r e ) 技術(shù) 保證 服務(wù)器端消息的可靠投遞與應(yīng)用的可靠執(zhí)行。 3 .基于我們研制的w e b 服務(wù)部署與管理環(huán)境s t a r we b a d a p t o r 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了支持異步 可靠w e b 服務(wù)的s o a p 2 j ms 中n j 件系統(tǒng)。該系統(tǒng)山s e t ( s o a p - j m s i n t e r - t r a n s f o r m e r ) 和a m ( a s y n c h r o n o u s m e s s a g in g ) 組 成， s e t 完 成了s o a p 消 息和j m s 消 息 之間 的 互 譯， 并對(duì)整個(gè)s o a p - j m s 系統(tǒng)進(jìn)行管理和配置; a m則提供了w e b 服務(wù)請(qǐng)求者和提供者之間的 消息傳遞機(jī)制。 本文對(duì)we b 服務(wù)中異步性和可靠性的探索將對(duì)提高we b 服務(wù)的效率和服務(wù)質(zhì)量、擴(kuò) 展w e b 服務(wù)的應(yīng)用領(lǐng)域有著重要的實(shí)際意義。 關(guān) 鍵詞: w e b 服務(wù)， 異 步消 息， 可 靠 性， 面向 消 息的 中 間 件 石 一-一一一、 一 一一一一- 一一一一一一- i 國(guó) 防 科 學(xué) 技 術(shù) 大 學(xué) 研 究 生 院 學(xué) 位 論 文 abs t ract b e i n g a n e m e r g i n g m i d d l e w a r e , we b s e rv i c e s ( ws ) h a v e b e e n w id e l y a p p l i e d i n a l l k i n d s o f e - c o m m e r c e . p r e s e n t l y t h o s e a p p l i c a t i o n s a r e a l l c o n f i n e d i n t h e s i m p l e b u s i n e s s c o m i n g f r o m t h e s y n c h r o n o u s m e s s a g e a c q u i r e m e n t . h o w e v e r i t i s n o t g o o d f o r t h o s e s o p h i s t i c a t e d b u s i n e s s w h i c h n e e d t h e a s y n c h r o n o u s m e s s a g e t r a n s m i s s i o n a n d h i g h r e l i a b i l i t y . s o it e m b a r r a s s e s ws c o m p e t i t i o n o n t h e l a r g e - s c a l e a n d k e y a p p l i c a t i o n s d o m a i n . wi t h we b s e rv i c e s a p p l i c a t i o n s c o p e e x p a n d i n g a n d f u rt h e r r e s e a r c h i n g , t h e fl e x ib l e m e s s a g e t r a n s m i s s i o n a n d r e l i a b l e q u a l i t y o f s e rv i c e h a v e c o l l e c t e d m a n y a t t e n t i o n s f r o m l o t s o f i n v e s t i g a t o r s . h o w e v e r t h e r e a r e n o t e x i s t i n g u n i f o r m s t a n d a r d s a n d s p e c i f i c a t i o n s d e f i n i n g w h a t m e s s a g e t r a n s m i s s i o n a n d r e l i a b i l it y a r e u n d e r t h e s p e c i f ic we b s e rv i c e s c o n t e x t . t h i s t h e s i s b a s e s o n t h e c u r r e n t we b s e rv i c e s a r c h i t e c t u r e , s p e c i f i c a t i o n s a n d m e s s a g e o r i e n t e d mid d l e w a r e , t a k e s t h e c r e d i t d o m a i n a s t y p ic a l a p p l i c a t i o n s c e n e t o i n v e s t i g a t e t h e a s y n c h r o n o u s m e s s a g e t r a n s m i s s i o n a n d r e l i a b i l i t y . t h e n , o n t h e b a s i s o f o u r s t u d y , w e d e v e l o p a m i d d l e - w a r e s y s t e m f o r s u p p l y i n g as y n c h r o n o u s a n d r e l i a b l e we b s e rv i c e s . t h e p r i m a r y c o n t r ib u t i o n s o f t h i s t h e s i s in c l u d e t h e f o l l o w i n g t h r e e p a rt s . f i r s t l y , b a s e d o n t h e ws c o n c e p t a r c h i t e c t u r e t h i s t h e s i s i n v e s t i g a t e s m e s s a g e m e c h a n i s m , a n a l y z e s t h e u n d e r l y i n g s y n c h r o n o u s / a s y n c h r o n o u s m e s s a g e t r a n s m i s s i o n a n d synchronous/asynchronous m e s s a g e o p e r a t i o n s . ma k i n g t h e f o r m e r r e s e a r c h a s f o u n d a t i o n , t h i s t h e s i s d i s c u s s e s a t l e n g t h f o u r m e s s a g e p a tt e r n s b a s e d o n t h e s y n c h r o n o u s m e s s a g e tr a n s m i s s i o n w h i c h c o u l d c o m p l e t e as y n c h r o n o u s ws o p e r a t io n . s e c o n d l y , w e a d v a n c e t h e r e l i a b l e we b s e rvi c e s r e f e r e n c e m o d e l a n d d i s c u s s i t s c h a r a c t e r i s t i c s . t h e n a ft e r a n a ly z i n g t h e s u p p o rt f r o m t h e e x i s t i n g ws s p e c i f i c a t i o n s , w e p u t f o r w a r d t h e s e rv e r s i d e r e l i a b l e m e s s a g e d e l i v e ry a n d t h e r e l i a b l e i m p l e m e n t o f a p p l i c a t i o n s b a s e d o n t h e a s s u r a n c e f r o m t h e m a t u r e m e s s a g e o r i e n t e d m i d d l e w a r e . l a s t , g r o u n d e d o n o u r d e v e l o p e d ws d e p l o y m e n t a n d c o n f i g u r a t i o n t o o l s t a r w e b a d a p t o r l .0 , w e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a s u p p l y i n g a s y n c h r o n o u s r e l i a b l e ws m i d d l e w a r e s y s t e m c a l l e d s o a p - j ms , w h i c h c o n s i s t s o f s e t ( s o a p - j ms i n t e r - t r a n s f o r m e r ) a n d a m ( a s y n c h r o n o u s me s s a g i n g ) . s j i t c o m p le t e s t h e i n t e r - t r a n s l a t io n b e t w e e n s o a p a n d j ms , f u rt h e r m o r e p r o v i d e s t h e m a n a g e m e n t a n d c o n f i g u r a t i o n o f e n t i r e s y s t e m ; a m s u p p l i e s t h e fl e x i b l e m e s s a g e t r a n s m i s s i o n b e t w e e n t h e we b s e rv i c e s p r o v i d e r s a n d r e q u e s t o r s . t h e e x p l o r a t i o n t o t h e a s y n c h r o n i m a n d r e l i a b il it y o f ws h a s t h e s i g n i f i c a n t p r a c t i c e m e a n i n g f o r im p r o v in g t h e p e r f o r m a n c e， q u a l i t y o f s e rv ic e o f ws a n d e x p a n d in g t h e s c o p e o f ws a p p l i c a t i o n s . k e y w o r d s : we b s e rvi c e s , a s y n c h r o n o u s me s s a g e , r e l i a b i l it y , me s s a g e o r i e n t e d mi d d l e wa r e ， - 一一 一一一一一一一一_ i t 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明 所呈交的學(xué)位論文是我本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得 的 研究成果. 盡我 所知， 除了 文中 特別加以 標(biāo)注和致謝的地方外， 論文中 不包含 其他人已 經(jīng)發(fā)表和撰寫(xiě)過(guò)的 研究 成果， 也不包含為獲得國(guó)防 科學(xué)技術(shù)大學(xué)或其它 教育機(jī)構(gòu)的 學(xué)位或證書(shū)而 使用過(guò)的 材料. 與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的 任 何貢獻(xiàn)均已 在論文中 作了明 確的說(shuō)明并 表示謝意。 學(xué) 位 論 文 題目 :異步 可 靠w e b 服 務(wù) 關(guān) 鍵 技 術(shù) 的 研究 與 實(shí) 現(xiàn) 學(xué) 位 論 文 作 者 簽 名 : 1 4 翻日 期: 2 0 0 弓年/ 2月 2 0 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本人完全了 解國(guó)防 科學(xué)技術(shù)大學(xué)有關(guān)保留、 使用學(xué)位論文的 規(guī)定. 本人授權(quán) 國(guó)防 科學(xué)技術(shù)大學(xué)可以 保留 并向國(guó) 家有關(guān)部門(mén) 或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印 件和電 子 文 檔， 允許論文被查閱和借閱; 可以 將學(xué) 位論文的 全部或部分內(nèi) 容編入有關(guān)數(shù)據(jù) 庫(kù)進(jìn) 行檢索， 可以 采用影印 、 縮印 或掃 描等復(fù)制手段 保存、匯 編學(xué) 位論文。 保密學(xué)位論文在解密 后適用本授權(quán)書(shū). ) 學(xué) 位 論文 題目 :異步 可 靠w e b 服 務(wù)殺 健技 術(shù)的 研究 與實(shí) 現(xiàn) 學(xué)位論文作者簽名: 作者指導(dǎo)教師簽名: z z4 f ,z 4 日 期 : 加弓 年/ ; 月 沙日 日 期: j ， 夕 7年 a月yr 日 國(guó) 防 科 學(xué) 技 術(shù) 大 學(xué) 研 究 生 院 學(xué) 位 論 文 圖 目 錄 圖 1 . 1 we b服務(wù)角色、操作和構(gòu)件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 圖 1 . 2 w e b 服 務(wù) 協(xié) 議 棧 ， . . . . . . . . . . . . . . ， . ， . . . . ， ， 2 圖2 . 1 j m s 編 程 模 式. . . . . ， . . . . . . . . . . . 。 ， ， 一 6 圖 2 , 2同步模型與延遲同步模型. . . 、 二、 . . . ， ， . 8 圖 2 . 3回調(diào)模式 . . . . . . . 、 . ， . ， ， . . . . . . . . . . . ， .， 1 0 圖 2 . 4輪詢模式.“. ， ， . . . . . ， . ， .i 1 圖 2 . 5典型場(chǎng)景.， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 圖 2 . 6 p u b / s u b 模式. . . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 圖 2 . 7 p 2 p 模式 . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 圖 2 . 8 j ms 應(yīng)用場(chǎng)景 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 卜. . . . . 1 5 價(jià)181919202223別25肪283032323334肪3839394043 圖 2 . 9 s o a p / j ms 圖 2 . 1 0 mo m作為一種 we b 圖 2 . 1 1 mo m調(diào)用we b 服務(wù) 圖2 . 1 2 s o a p / j m s 消息格式 圖 2 . 1 3 j m s / s o a p 消息格式 服 i 圖 3 . 1 模式一:單向和通知操作. . . . . 圖 3 . 2模式二:基于異步傳輸?shù)漠惒讲僮鞫?， 二 圖 3 . 3模式三;基于同步傳輸?shù)妮喸兡Ｊ?， 圖 3 . 4 模式四: 基于同步傳輸?shù)幕卣{(diào)模式， . 圖 3 . 5 w e b 服務(wù)可 靠消息 模型 . ， ， ， 圖 3 . 6可靠消息傳遞示例. . . . . . . . . . . 圖4 . 1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) . . . . . . . . . 圖 4 . 2回調(diào)時(shí)序圖 .， . . . . . . . . 圖 4 . 3請(qǐng)求/ 應(yīng)答劃分時(shí)序圖 ， . . 圖4 . 4 r e p ly h a n d l e r 類(lèi)圖， . 卜 . 圖 4 . 5請(qǐng)求/ 應(yīng)答關(guān)聯(lián)圖. . . . . . . . . 圖4 . 6 s j i t 系統(tǒng)結(jié)構(gòu). ， . . . . . . 圖 4 . 7管理模塊. . . . . . . . . . . . . . . . ， . 圖 4 . 8 s o a p 消息組成 . . . . . . . 圖 4 . 9消息類(lèi)圖. . . . . . . . . 卜. . 圖 4 . 1 0 s o a p 消息類(lèi)圖. . . . . . ， 圖4 . 1 1 j n d i 適配模塊類(lèi)圖 二， 二 卜 . ，二卜 iv 國(guó) 防 科 學(xué) 技 術(shù) 大 學(xué) 研 究 生 院 學(xué) 位 論 文 圖 5 . 1測(cè)試案例圖 二， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . ， 4 5 圖 5 . 2帶有s a t的測(cè)試案例圖. . . . . . . . . . . . . . . . ，. . ， . ， 4 5 圖 5 . 3 m e t e : 的執(zhí)行主界面. . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . 4 6 圖 5 . 4 7 me t e r 執(zhí)行 s o a p調(diào)用的主界面 . . . . ， . ，. . . . . . . . 4 7 圖 5 . 5同步測(cè)試結(jié)果圖， . . . . . ， 二， . ， 二， ，二4 8 圖 5 . 6異步測(cè)試結(jié)果圖. . . . . . . . . . ， ， . . . . . . . . . . ， 4 8 圖 5 . 7同步與異步比較圖. ， . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . 4 9 一一-一一 一- 一一一一 一一一一 . 一. -一一 v 國(guó)防科學(xué)技術(shù)人學(xué)研究生院學(xué)位論文 第一章緒論 1 1 研究背景 對(duì)于什么是w e b 服務(wù)，目前存在著很多的定義，我們這里引用w 3 c 組織公布的w e b 服務(wù)體系結(jié)構(gòu)( w e bs e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) 中對(duì)w e b 服務(wù)的定義力圖闡述其具有的特點(diǎn)： w e b 服務(wù)是描述一些操作( 利用標(biāo)準(zhǔn)化的x m l 消息傳遞機(jī)制可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)這 些操作) 的接口。w e b 服務(wù)是用標(biāo)準(zhǔn)的、規(guī)范的x m l 概念描述的，稱為w e b 服務(wù)的 服務(wù)描述。這一描述囊括了與服務(wù)交互需要的全部細(xì)節(jié)，包括消息格式( 詳細(xì)描述操作) 、 傳輸協(xié)議和位置。該接口隱藏了實(shí)現(xiàn)服務(wù)的細(xì)節(jié)，允許獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)基于的硬件或軟件 平臺(tái)和編寫(xiě)服務(wù)所用的編程語(yǔ)言使用服務(wù)。這允許并支持基于w e b 服務(wù)的應(yīng)用程序成為 松散耦合、面向組件和跨技術(shù)實(shí)現(xiàn)。w e b 服務(wù)履行一項(xiàng)特定的任務(wù)或一組任務(wù)。w e b 服 務(wù)可以單獨(dú)或同其它w e b 服務(wù)一起用于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的聚集或商業(yè)交易。 w e b 服務(wù)體系結(jié)構(gòu)基于三種角色( 服務(wù)提供者、服務(wù)注冊(cè)中心和服務(wù)請(qǐng)求者) 之j 瑚的 交互。交互涉及發(fā)稚、查找和綁定操作。這些角色和操作一起作用于w e b 服務(wù)構(gòu)件：w c b 服務(wù)軟件模塊及其描述。在典型情況下，服務(wù)提供者托管可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的軟件模塊( w e b 服務(wù)的一個(gè)實(shí)現(xiàn)) 。服務(wù)提供者定義w e b 服務(wù)的服務(wù)描述并把它發(fā)布到服務(wù)請(qǐng)求者或服 務(wù)注冊(cè)中心。服務(wù)請(qǐng)求者使用查找操作來(lái)從本地或服務(wù)注冊(cè)中心檢索服務(wù)描述，然后使用 服務(wù)描述與服務(wù)提供者進(jìn)行綁定并調(diào)用w e b 服務(wù)實(shí)現(xiàn)或同它交互。服務(wù)提供者和服務(wù)請(qǐng) 求者角色是邏輯結(jié)構(gòu)，因而服務(wù)可以表現(xiàn)兩種特性。圖1 1 顯示了這些操作、提供這些 操作的組件及它們之間的交互。 圖1 1w e b 服務(wù)角色、操作和構(gòu)件 作為一個(gè)分布式應(yīng)用的開(kāi)發(fā)環(huán)境，w e b 服務(wù)必須有一個(gè)包含每一層標(biāo)準(zhǔn)的w e b 服務(wù) 第1 頁(yè) 國(guó)防科學(xué)技術(shù)人學(xué)研究生院學(xué)位論文 協(xié)議棧。圖1 2 展示了一個(gè)概念性w e b 服務(wù)協(xié)議棧。上面的幾層建立在下面幾層提供的 功能之上。 w s d l s o a p h t t p j m s s m t p 圖1 2w e b 服務(wù)協(xié)議棧 w e b 服務(wù)協(xié)議棧的基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)層。w e b 服務(wù)要被服務(wù)請(qǐng)求者調(diào)用，就必須是可以通 過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的。因特網(wǎng)上可以公用的w e b 服務(wù)使用普遍部署的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。h t t p 憑借其 普遍性，成為了因特網(wǎng)可用的w e b 服務(wù)真正的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)諑。w e b 服務(wù)還可以支持其它 因特網(wǎng)協(xié)議，包括s m t p 和f t p 。 從w e b 服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)中可以看出，w e b 服務(wù)并未限制其使用的應(yīng)用模式，也并未 將其與底層的傳輸協(xié)議進(jìn)行綁定，所以，在w e b 服務(wù)體系結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范之內(nèi)，為應(yīng)用提 供異步性與可靠性支持是可行的。 i 2 應(yīng)用背景 今天，處理x m l 編碼s o a p 消息、通過(guò)h t t p 作為首選的底層傳輸協(xié)議、使用w s d l 描述的w e b 服務(wù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)上。它的使用范圍主要集中在應(yīng)用集成方面：從簡(jiǎn) 單的，尤其是數(shù)據(jù)共享的應(yīng)用到大規(guī)模的互聯(lián)網(wǎng)零售業(yè)和現(xiàn)金交易。目前，不斷發(fā)展的 w e b 服務(wù)已經(jīng)涉足于移動(dòng)計(jì)算、移動(dòng)設(shè)備和網(wǎng)格的應(yīng)用之中。 作為w e b 服務(wù)的突出特點(diǎn)，它提供了在異構(gòu)的企業(yè)計(jì)算環(huán)境中，分布的軟件組件之間 良好的互操作性，而這也總是廣大l t 消費(fèi)者，丌發(fā)者以及參與者所面臨的棘手問(wèn)題。h t t p 和s o a p 協(xié)議提供了傳輸和消息一級(jí)的互動(dòng)，w s d l 通過(guò)描述了部署的w e b 服務(wù)和交換 接口定義以提供分布應(yīng)用間的互操作。這些基本的規(guī)范使得消費(fèi)者和i t 廠商能夠解決許多 重要的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，在這些成功的基礎(chǔ)之上，開(kāi)發(fā)者正試圖利用w e b 服務(wù)技術(shù)解決更為 復(fù)雜的問(wèn)題和提供更加優(yōu)秀的功能。利用已經(jīng)開(kāi)發(fā)處理的w e b 服務(wù)工具，開(kāi)發(fā)者希望加強(qiáng) 互操作的功能和質(zhì)量。而許多商業(yè)執(zhí)行過(guò)程也希望中間件提供類(lèi)似于異步消息、安全、事 務(wù)和可靠方面的功能。 為了讓我們對(duì)異步可靠w e b 服務(wù)有一個(gè)大致的了解，來(lái)看圖1 3 ，該圖反映了廣泛使 用的一種w e b 服務(wù)場(chǎng)景，而且也闡明了今天在w e b 服務(wù)世界中廣泛存在的w e b 服務(wù)設(shè)計(jì) 第2 頁(yè) 國(guó)防科學(xué)技術(shù)人學(xué)研究生院學(xué)佗論文 問(wèn)題。 服務(wù)清求肴 服務(wù)提供者 圖1 3w e b 服務(wù)典型應(yīng)用場(chǎng)景 圖中，服務(wù)請(qǐng)求者是帶有一個(gè)基本產(chǎn)品目錄的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)負(fù)責(zé)運(yùn)行商用處理邏 輯以跟蹤并管理所有產(chǎn)品信息的變化。服務(wù)提供者是一個(gè)帶有負(fù)責(zé)平衡部件的系統(tǒng)，它使 用網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜平衡技術(shù)將到達(dá)的消息分配到各個(gè)服務(wù)流程。通訊的雙方使用異構(gòu)的體系結(jié)構(gòu) ( 包括代理和防火墻等) 連接至互聯(lián)網(wǎng)上提供服務(wù)。雙方進(jìn)行交換的信息對(duì)于他們的商業(yè) 操作來(lái)說(shuō)都是至關(guān)重要的。首先，服務(wù)流程的處理時(shí)間通常較長(zhǎng)，往往超過(guò)了在個(gè)網(wǎng)絡(luò) 鏈接超時(shí)的時(shí)間內(nèi)返回執(zhí)行結(jié)果：其次，由于客戶與業(yè)務(wù)流程交互過(guò)程中，通常傳輸?shù)臄?shù) 據(jù)都是比較重要的商業(yè)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸和執(zhí)行的可靠性有較高的要求。因此，對(duì)異步和 可靠的消息傳遞機(jī)制的要求隨之產(chǎn)生。 目前，對(duì)消息傳輸和可靠性主要有以下的解決方案： 消息傳輸： 試圖使基于s o a p 的消息能夠運(yùn)行在除h t t p 之外的其它協(xié)議上，如j m s ； _ 試圖使s o a p 消息能夠用于單向消息傳遞、雙向消息傳遞和對(duì)等會(huì)話的工作。 可靠性： 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)合作組織制定新的規(guī)范； 一通過(guò)硬件、操作環(huán)境和基礎(chǔ)架構(gòu)供應(yīng)商改進(jìn)其產(chǎn)品確保更好的可靠性。 本課題試圖在w e b 服務(wù)的消息傳輸和可靠性方面進(jìn)行一定深度的探索，在消息傳輸機(jī) 制上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)使s o a p 能夠用于異步消息傳輸?shù)臋C(jī)制，實(shí)現(xiàn)雙向異步消息的傳遞；在 可靠性方面，以成熟的消息中間件技術(shù)為基礎(chǔ)框架，力圖在服務(wù)提供方內(nèi)部確保消息和服 務(wù)的可靠性。 第3 頁(yè) 國(guó) 防 科 學(xué) 技 術(shù) 人 學(xué) 研 究 生 院 學(xué) 位 論 文 1 . 3課題來(lái)源 本課題 來(lái)源 于 ( no . 2 0 0 2 aa1 1 6 0 4 0 ) 8 6 3 課題 ，基 于 we b s e r v i c e s的應(yīng) 用 集成 關(guān)鍵 技術(shù)研 究 1 . 4課題目標(biāo) 以 異步性和可靠性為目 的，基于分布式計(jì)算平臺(tái)w e b 服務(wù)， 研究w e b 服務(wù)提供的消 息機(jī)制; 之后研究成熟的消息中間件系統(tǒng)及其對(duì)消息可靠性的支持:最后， 研究在關(guān)鍵消 息傳遞壞境中異步消息通信機(jī)制和可靠消息通信制;在上述研究的基礎(chǔ)上，基于 s t a r we b a d a p t o : 平臺(tái)， 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了s o a p - j ms 橋接系統(tǒng)。 1 . 5論文結(jié)構(gòu) 在緒論之后， 第二章將分別詳細(xì)介紹異步we b 服務(wù)的概念和實(shí)現(xiàn)機(jī)制， 著重講述同步 傳輸、 異步傳輸、 同步操作和異步操作在w e b 服務(wù)環(huán)境中的不同含義; 以 及就可靠性展開(kāi) 討論， 其中著重講述we b 服務(wù)環(huán)境下，mo m技術(shù)與we b 服務(wù)的關(guān)系。 在這兩章的研究 基礎(chǔ)之上， 在第三章中， 將就we b 服務(wù)下， 實(shí) 現(xiàn)異步性給出 詳細(xì)的設(shè)計(jì)模式， 在可靠性方 面， 給出可靠we b 訪問(wèn)的參考模型， 并討論它的 特點(diǎn)。 之后的第四 章根據(jù)前一章的設(shè)計(jì)原 理， 進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。最后的第五章將對(duì)我們實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)試，并給出分析結(jié) 論。 應(yīng)該說(shuō)， 第二章中 研究的重點(diǎn)貫穿了 全文， 并且提供了在第四章中設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的思路。 1 . 6本文的研究成果 本文對(duì)we b 服務(wù)環(huán)境下的異步消息機(jī)制和可靠性進(jìn)行了深入的研究， 在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì) 了 可以 提供異步可靠w e b 的s i l l 系統(tǒng)， 并在s t a r w e b a d a p t o r l .。 平臺(tái) 上加以 實(shí)現(xiàn)。同時(shí)， 通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的測(cè)試，驗(yàn)證了它的異步性和可靠性，從而能夠有效的提高系統(tǒng)的效率。 在 研究期間，以第一作者在第 2 0屆全國(guó)數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集上發(fā)表文章一篇 ( 見(jiàn)本文附 錄 )。 第 4頁(yè) 國(guó) 防 科 學(xué) 技 術(shù) 大 學(xué) 研 究 生 院 學(xué) 位 論 文 第二章 課題關(guān)鍵技術(shù)研究 異步性作為一種與時(shí)間相關(guān)的技術(shù)手段，一直以來(lái)就廣泛存在于計(jì)算機(jī)世界中，本章 將在w e b 服務(wù)的環(huán)境中， 詳細(xì)介紹與異步性相關(guān)的 特點(diǎn)， 并從理論的角度著重講 述四個(gè)概 念:同步傳輸、異步傳輸、同步操作、異步操作; 之后， 將根據(jù)這些概念給出 幾種異步服 務(wù)的設(shè)計(jì)模式;最后簡(jiǎn)要介紹目 前這個(gè)領(lǐng)域一些有代表性的研究成果。 2 . 1異步we b 服務(wù)關(guān)鍵技術(shù) 2 . 1 . 1同步傳輸 用于交換 we b服務(wù)消息的傳輸可以歸為同步和異步兩類(lèi)。其中同步傳輸包括: .ht t p ; h t t p s ; r mi i i i o p ; s mt p 這里就h t t p的同步傳輸進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。 h t t p 是一個(gè)屬于傳輸層的 協(xié)議， 由 于其簡(jiǎn)捷、 快速的方式， 適用于分布式信息系統(tǒng)。 h t t p 協(xié)議的主要特點(diǎn)可概括如下: . 支持客戶/ 服務(wù)器模式。 . 簡(jiǎn)單快速:客戶向服務(wù)器請(qǐng)求服務(wù)時(shí)，只需傳送請(qǐng)求方法和路徑。 請(qǐng)求方法常用 的有g(shù) e t , h e a d . p o s t 。 每種方法規(guī)定了 客戶與服務(wù)器聯(lián)系的類(lèi)型不同。由 于 h t t p 協(xié)議簡(jiǎn)單， 使 得h t t p 服務(wù) 器的 程序 規(guī) 模小，因 而通信速度很快。 . 靈活: h t t p 允許傳輸任意類(lèi)型的數(shù)據(jù)對(duì)象。 正在傳輸?shù)?類(lèi)型由c o n t e n t - t y p e 加以 標(biāo)記。 . 無(wú)連接:無(wú)連接的含義是限制每次連接只處理一個(gè)請(qǐng)求。服務(wù)器處理完客戶的請(qǐng) 求，并收到客戶的應(yīng)答后，即斷開(kāi)連接。采用這種方式可以節(jié)省傳輸時(shí)間。 . 無(wú)狀態(tài): h t t p 協(xié)議是無(wú)狀態(tài)協(xié) 議.無(wú) 狀態(tài)是指協(xié)議對(duì)于事務(wù)處理沒(méi)有記憶能力。 缺少狀態(tài)意味著如果后續(xù)處理需要前面的信息，則它必須重傳，這樣可能導(dǎo)致每 次連接傳送的數(shù)據(jù)量增大。另一方面，在服務(wù)器不需要先前信息時(shí)它的應(yīng)答就較 快。 2 . 1 . 2異步傳輸 傳輸協(xié)議本身就支持響應(yīng)消息與請(qǐng)求消息的相關(guān)性以便應(yīng)用程序使用，并支持 “ 推” ( p u s h ) 和“ 拉”印 u l l ) 類(lèi)型消 息交換的 傳輸 通常 被稱為異 步傳輸。 可以 用于 支持 異步 操 作的傳輸?shù)氖纠? 第 5頁(yè) 國(guó) 防 科 學(xué) 技 術(shù) 人 學(xué) 研 究 生 院 學(xué) 位 論 文 h t t p r; j ms i bm m s m q s e r i e s消息傳遞 ( i b m m q s e r i e s m e s s a g i n g ) 消 息 傳 遞( m s m e s s a g i n g ) . 這里對(duì)j ms 異步傳輸機(jī)制進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。 圖2 . 1 j m s 編程模式 j ms 異步消息傳輸是在軟件組件或應(yīng)用程序之間進(jìn)行通信的一種方法。 j ms 系統(tǒng)是一 種對(duì)等的消息設(shè)施:一個(gè)消息傳遞客戶可以向其他任何客戶發(fā)送消息;或從任何其他客戶 接收消息 息的能力 。每個(gè)客戶連接到一個(gè)消息傳遞代理，該代理提供了 創(chuàng)建、發(fā)送、接收和讀取消 j m s 異步消息傳輸應(yīng)用了 松散禍合的分布式通信. 一個(gè)組件把消息發(fā)送到目 的地， 接 收者能夠從目 的地獲取這個(gè)消息。但是，消息的發(fā)送者和消息的接收者不需要同時(shí)活躍才 能進(jìn)行信息通信。事實(shí)上，雙方不需要對(duì)對(duì)方有任何的了解。發(fā)送者和接收者只需要使用 相同的消息格式，目的地的位置即可。在這方面， j ms消息傳遞不同于緊禍合的技術(shù)，如 遠(yuǎn)程方法調(diào)用 ( r e m o t e m e t h o d i n v o k e r m i )， 它要求應(yīng)用程序了 解遠(yuǎn)程方法接口 的詳細(xì) 信息。 j m s 消息傳遞也不同于郵件系統(tǒng)，郵件是人與人之間或人與軟件之間進(jìn)行通信的一 種方法，消息傳遞用于軟件應(yīng)用或軟件組件之間的通信。 不管正用于異步操作的傳輸機(jī)制是否異步，客戶機(jī) ( 或者客戶機(jī)所用的服務(wù)代理) 和 服務(wù)提供者負(fù)責(zé)生成一個(gè)相關(guān)標(biāo)志，傳輸在管理請(qǐng)求和響應(yīng)時(shí)可以使用這個(gè)相關(guān)標(biāo)志。 通 常情況下， 當(dāng)商業(yè)伙伴利用 w e b服務(wù)集成他們的業(yè)務(wù)流程時(shí)， 他們更傾向于 使用 h t t p . h t - f p s和 h t t p r作為傳輸進(jìn)行跨i n t e rn e t 通信; 在企業(yè)內(nèi)， 當(dāng) 存在相似的應(yīng)用程序平臺(tái) 第 6頁(yè) 國(guó) 防 科 學(xué) 技 術(shù) 大 學(xué) 研 究 生 院 學(xué) 位 論 文 時(shí)， 將使用本機(jī)傳輸及接口，比如 j m s , r m i / i i o p和 j c a ( j a v a連接體系架構(gòu)， j a v a c o n n e c t i o n a r c h i t e c t u r e )。異步傳輸使客戶機(jī)能夠在請(qǐng)求一個(gè)服務(wù)調(diào)用后繼續(xù)在自己的執(zhí) 行線程土處理;它們還提供一些機(jī)制使客戶機(jī)能夠確定它的 we b服務(wù)請(qǐng)求的狀態(tài)并能夠 檢索對(duì)那些請(qǐng)求的響應(yīng)。不提供在另一個(gè)執(zhí)行線程上初始化響應(yīng)傳輸能力的 we b服務(wù)的 實(shí)現(xiàn)將無(wú)法用于異步操作。這種實(shí)現(xiàn)的示例是那些在前端數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序中使用的 e j b 或者通過(guò)使用本地接口 ( 比如 j c a )提供對(duì)企業(yè)系統(tǒng)的訪問(wèn)的實(shí)現(xiàn)。 2 . 1 .3同步操作 在通常的情況下， 請(qǐng)求與應(yīng)答作為一個(gè)不可分割的事務(wù)被視為整體。 為了更好的解釋， 我們引入以下的定義: 定義2 . 1 : w e b 服務(wù)環(huán)境。 是一個(gè)四元組 ( p , m t ( m e s s a g e t r a n s m i t t e r ) ， o , m) 。 . p 是 客 戶 程 序， 它由 一 個(gè) 操作 序 列o p i o p 2 0 p 3 o p n 構(gòu) 成。 其中， 任一 操 作o p i 可以 是 本 地操作，也可以是調(diào)用遠(yuǎn)端服務(wù)的操作。 . o是遠(yuǎn)端服務(wù)接口， 接收并執(zhí)行來(lái)自 客戶的 請(qǐng)求。 . m t 是p 和。之間的傳輸渠道. 起著通信中 介的 作用。 . m 是消息集合， 可表示為m二 m i , m 2 ,， in k ，它包括p 和o通過(guò)m t 傳遞的 所有請(qǐng)求和應(yīng)答。 每個(gè)m ; ( m ; g m) 的生命期都是從p 開(kāi)始， 經(jīng)mt 到o ， 然后再?gòu)膐 經(jīng)m t 返回p ， 結(jié)束。當(dāng)m ; 從p 經(jīng)m t 傳遞給o時(shí)， m ; 包含的 是請(qǐng)求消息;當(dāng)m 從 o經(jīng)m t返回p 時(shí)， m 、 包含的是應(yīng)答消息。為了 描述一個(gè)消息的生命期， p 在發(fā)出 每 條消息的時(shí)候，都為它們分配了一個(gè)標(biāo)識(shí)，我們用下標(biāo)來(lái)表示。消息在傳遞過(guò)程中， 內(nèi) 容可以由 請(qǐng)求消息轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)答消息， 但消息的標(biāo)識(shí)是不會(huì)改變的。為了 保障標(biāo)識(shí)的 唯一性，也為了便于不同的消息進(jìn)行比較，消息標(biāo)識(shí)定義為時(shí)間的函數(shù)，即若p先發(fā) 消 息m ; ， 后 發(fā) 消 息m 1 ， 則 一定i 定義 2 . 2 : 若 o p . 是遠(yuǎn)程 操作，則 o p ; 定義為一個(gè)動(dòng)作序列 a i ( m k 1 ) a 2 ( m k 2 ) . . . a (mk) , ( m k i ， 一 m k e m ) 。 其 中 ， 動(dòng) 作a i ( m k i) 表 示 該 動(dòng) 作 對(duì) 標(biāo) 識(shí) 為k ， 的 消 息m k ， 進(jìn) 行 處 理 ， 且 a j ( m k i) e s ( m k i) , r ( m k i) ， 其中s (mk; ) 表示 發(fā) 送一 個(gè) 標(biāo)識(shí) 為k ; 的 消 息 給m t , r (mk; ) 表示 從mt讀取一個(gè)標(biāo)識(shí)為k ; 的消息。 定義2 . 3 : 遠(yuǎn)程操作o p i 屬于同 步調(diào) 用 模型 2 . 2 ) 當(dāng) 且僅當(dāng)o p ; = s ( m k ;) r ( m k ;) i m k ; e m-( 如圖 定 義2 . 4 : 遠(yuǎn) 程 操 作o p . 和o p i ( j 1)屬 于 延 遲 同 步 調(diào) 用 模型 ， 當(dāng) 且 僅 當(dāng)o p 、 二 s (mk;) ， 且 o p i 二r ( m k ;)， m k ; g m-( 如圖2 . 2 ) 第 7頁(yè) 國(guó) 防 科 學(xué) 技 術(shù) 人 學(xué) 研 究 生 院 學(xué) 位 論 文 cli e 爪 s e r v e rcl i e n t 準(zhǔn)備請(qǐng)求 qo nn wa i t yes處 處理應(yīng)答 圖 2 . 2同步模型與延遲同步模型 根據(jù)前面的定義，同步模型采用了嚴(yán)格同步的操作處理請(qǐng)求消息和應(yīng)答消息。如圖 2 . 2 , c l i e n t 發(fā)出請(qǐng)求后，阻塞等待應(yīng)答。當(dāng)應(yīng)答返回后，c l i e n t 繼續(xù)執(zhí)行應(yīng)答的處理邏輯。 該模型的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)用邏輯符合人的自 然思考方式， 編程簡(jiǎn)單。而缺點(diǎn)是對(duì)于單線程。 l i e n t , 當(dāng)它阻塞等待應(yīng)答時(shí)， 無(wú)法處理任何其它工作， 不適于需要充當(dāng)c l i e n t 角色的s e r v e : 應(yīng)用。 在實(shí)現(xiàn)上，針對(duì)同步模型的一個(gè)改進(jìn)是引入多線程機(jī)制，即以不同的子線程加載同步 操作，當(dāng)子線程等待應(yīng)答消息的時(shí)候， 主線程繼續(xù)處理其它操作， 這在一定程度上可以改 善系統(tǒng)資源利用率。 但是，線程的使用又帶來(lái)了新問(wèn) 題。首先，過(guò)多線程的使用會(huì)降低系 統(tǒng)的可伸縮性。 當(dāng)同步操作的數(shù)目比 較大時(shí)， 眾多的線程本身將占用系統(tǒng)大量的寶貴資源， 同時(shí)線程之間的切換和管理也使系統(tǒng)增加額外的開(kāi)銷(xiāo)， 這些將使系統(tǒng)性能大大降低。 其次， 在目 前的分布對(duì)象標(biāo)準(zhǔn)中， 線程屬于未被標(biāo)準(zhǔn)化的部分，因此線程的使用還存在可移植性 的問(wèn)題。 延遲同 步調(diào)用模型放松了同步模型的同 步要求 ( 如圖2 . 2 ) ， c l i e n t 發(fā)送請(qǐng)求后， 執(zhí)行 線程返回， 繼續(xù)處理其它工作。 隨后， c l i e n t 可以在多個(gè)不同的時(shí)間點(diǎn)向m t查詢應(yīng)答是否 返回。如果應(yīng)答返回， c l i e n t 從mt提取應(yīng)答，并執(zhí)行相應(yīng)處理。其優(yōu)點(diǎn)是避免c l i e n t 阻塞 等待，能 夠在s e r v e r 調(diào)用服務(wù)期間，并行地處理一些其它事情， 有利于提高c l i e n t 的資 源 利用率。其缺點(diǎn)是把應(yīng)用邏輯分割為不同時(shí)間點(diǎn)上的離散步驟，當(dāng)許多調(diào)用交叉重疊在一 起時(shí)， 編程復(fù)雜;有些情況下， s e r v e : 服務(wù)于調(diào)用的時(shí)間可長(zhǎng)可短、難以預(yù)料，查詢應(yīng)答 的成功率 有時(shí)會(huì)很低， 隨著查詢次數(shù)的增加， c l i e n t 的 效率越來(lái)越低。 o n e w a y 調(diào)用模型是 對(duì)前述 模型的簡(jiǎn) 單化， 具有一 定的 異步性， 即 操作向m t 提 交請(qǐng) 求 消 息 后 即 返 回。 但 是， 這種 模型 沒(méi) 有給 應(yīng)答 消 息 的 處 理 做出 定 義， 客 戶程 序 僅 通 過(guò)o n e w a y 調(diào) 用模型無(wú)法得知請(qǐng)求消息是否被目 標(biāo)對(duì)象服務(wù)以 及服務(wù)結(jié)果如何.因此， 對(duì)于許多應(yīng)用 ( 包 括高 性能 應(yīng)用) ， o n e w a y 調(diào) 用模型由 于太簡(jiǎn)單而不能 勝任。 j t 魚(yú) 鰲 o n e w a y i19 墊 貍 鯉 鯉. 魚(yú) 壁 迪 衛(wèi)r a o n e w a y 第 8頁(yè) 的調(diào)用模型4 1 ，即。 l ie n t 國(guó) 防 科 學(xué) 技 術(shù) 人 學(xué) 研 究 生 院 學(xué) 位 論 文 在調(diào)用目 標(biāo)對(duì)象的一個(gè) o n e w a y 操作的同時(shí)， 傳遞一個(gè)本地對(duì)象的對(duì)象引用給目 標(biāo)對(duì)象。 然后， 駐留 在s e r v e r 上的目 標(biāo)對(duì)象就可以 利用這個(gè)對(duì)象引用， 反過(guò)來(lái)向 最初的c l i e n t 調(diào)用 另 一 個(gè)o n e w a y 操作。 這種方法的 不足之處是， s e r v e r 方目 標(biāo) 對(duì)象需要提供兩套服務(wù) 代碼. 一套針對(duì)普通請(qǐng)求即同 步 t w o - w a y操作和采用動(dòng)態(tài)調(diào)用接口 ( d i i )的延遲同步操作， 另 一套專門(mén) 針對(duì)o n e w a y 操作，這使得s e r v e r 變得冗余且龐大。另外，在每個(gè)請(qǐng)求中 增加一 個(gè)對(duì)象引 用， 使得網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)明顯增加了。 特別是， 這種方法無(wú)法處理系統(tǒng)異常。當(dāng) 請(qǐng)求在 s e r v e r 方被服務(wù)期間產(chǎn)生系統(tǒng)異常， 那么這次請(qǐng)求將被流產(chǎn)， 但是。 l i e n t 卻無(wú)法得知這一情 況。 這是因?yàn)椤?l i e n t 發(fā)出的。 n e w a y 調(diào)用本身不支持任何應(yīng)答( 包括含有異常的 應(yīng)答) 返回， 而s e r v e r 產(chǎn)生 異常的時(shí)候， s e r v e r 也 無(wú)法 通過(guò)另一個(gè)o n e w a y 返回任何信息。 在we b 服務(wù)的環(huán)境中，s o a p 協(xié)議典型的操作方式是同步的r p c方式 ( s o a p / h t t p )， 因 此，以 這種方式開(kāi)發(fā)的we b 服務(wù)， 就不可避免的要受到同步操作所帶來(lái)的種種弊端。 2 . 1 . 4異步操作 然而并不是所有的we b 服務(wù)都以同步的方式工作， 在某些情況下，對(duì)于we b 服務(wù)請(qǐng) 求的 應(yīng)答并不能夠立即產(chǎn)生，而是在請(qǐng)求過(guò)程結(jié)束之后，并斷開(kāi)鏈接之后，所有具有這些 特點(diǎn)的 操作稱為異步操作。目 前， we b 服務(wù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)集合并沒(méi)有顯示的給出 異步操作的 定 義， 但是， 現(xiàn)有的w e b 服務(wù)系統(tǒng)框架和機(jī)制完全可以 作為異步操作的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。 從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，分布式對(duì)象間的操作都是異步的，同步