用RMI實(shí)現(xiàn)基于Java的分布式計(jì)算
概述
隨著電力企業(yè)信息化建設(shè)的不斷深入和發(fā)展，企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)與企業(yè)之間對(duì)信息、對(duì)數(shù)據(jù)的交換量大大增加，這些信息與數(shù)據(jù)越來越需要在不同的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)間傳送和交流。同時(shí)，由于各單位、各部門之間的現(xiàn)存的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備與操作系統(tǒng)千差萬別，應(yīng)用水平也參差不齊，因此，開發(fā)出跨平臺(tái)、可移植、高效安全的網(wǎng)絡(luò)分布式應(yīng)用來服務(wù)于電力企業(yè)，就顯得尤為重要。
在當(dāng)今的編程術(shù)語(yǔ)里，分布式計(jì)算已經(jīng)成為很常見的詞，它將企業(yè)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和程序分布在網(wǎng)絡(luò)的不同物理位置上，通過調(diào)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上多臺(tái)計(jì)算機(jī)的處理能力，發(fā)揮遠(yuǎn)程調(diào)用數(shù)據(jù)的功能。
遠(yuǎn)程方法調(diào)用(Remote Method Invocation ,RMI)，可以在不同的Java虛擬機(jī)(JVM)之間實(shí)現(xiàn)對(duì)象與對(duì)象的通信。JVM可以位于相同或不同計(jì)算機(jī)上，在多個(gè)JVM中，一個(gè)JVM可以調(diào)用存儲(chǔ)在其它JVM的對(duì)象的方法。
本文主要介紹RMI的特點(diǎn)，分析應(yīng)用RMI進(jìn)行企業(yè)分布式計(jì)算的原理，以及利用RMI實(shí)現(xiàn)基于Java的企業(yè)分布式應(yīng)用的具體步驟。
遠(yuǎn)程方法調(diào)用(RMI)的特點(diǎn)
1、TCP編程的缺點(diǎn)
由于Java編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)之初就是面向?qū)ο蠛椭С志W(wǎng)絡(luò)的，因此，基于對(duì)象的RMI機(jī)制已經(jīng)內(nèi)置在Java分布式計(jì)算平臺(tái)中。
我們經(jīng)常會(huì)在網(wǎng)絡(luò)開發(fā)中使用TCP/IP編程，這樣，自然而然地就會(huì)涉及到Socket（套接字）編程。但是，使用Socket編程需要大量重復(fù)編碼，在復(fù)雜分布式操作時(shí)顯得非常麻煩，而且易于出錯(cuò)。因此，如何快速、高效、安全、可擴(kuò)展地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分布式計(jì)算，是開發(fā)者們一貫追求和倡導(dǎo)的主題。直到RMI的出現(xiàn)，這種繁雜、低效的開發(fā)情況才有很大改觀。
2、RMI編程的特點(diǎn)
當(dāng)我們利用對(duì)象序列化在網(wǎng)絡(luò)上分配對(duì)象時(shí)，RMI提供了非Java平臺(tái)無法匹敵的獨(dú)特而強(qiáng)大的分布式計(jì)算模型，RMI主要有以下特點(diǎn)：
客戶機(jī)可以向本地方法一樣調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù)器上的方法；
可以根據(jù)接口指定客戶機(jī)/服務(wù)器編程合約；
可以從服務(wù)器對(duì)象缺省二進(jìn)制類文件，自動(dòng)生成調(diào)動(dòng)/反調(diào)動(dòng)代碼；
將Java編程模型擴(kuò)展到機(jī)器邊界(和Java虛擬機(jī)(JVM)邊界之外)，不需要任何特殊語(yǔ)法；
還可以和一個(gè)遠(yuǎn)程方法調(diào)用中的數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸行為(代碼)。
盡管RMI不是唯一的企業(yè)級(jí)遠(yuǎn)程對(duì)象訪問方案，但它卻是最容易實(shí)現(xiàn)的。
3、RMI與CORBA
作為分布式應(yīng)用程序框架的規(guī)范，COBRA首當(dāng)其沖，它是由對(duì)象管理組織(OMG)開發(fā)的。與CORBA不同的是，CORBA能夠利用不同編程語(yǔ)言（例如C/C++、Basic等）開發(fā)實(shí)現(xiàn)分布式應(yīng)用，而RMI是一種純Java解決方案。在RMI中，程序的所有部分都由Java語(yǔ)言編寫，這樣，開發(fā)出來的程序完全符合Java規(guī)范，便于實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)訪問、擴(kuò)展和移植。按照筆者所在西北電力建設(shè)集團(tuán)公司的情況看，服務(wù)器操作系統(tǒng)主要有Linux和Windows2000 Server，分別存在于公司和部門當(dāng)中，它們是不同的系統(tǒng)平臺(tái)；同時(shí)，公司下屬各個(gè)工程項(xiàng)目部又距離很遠(yuǎn)，近的幾十公里，遠(yuǎn)則達(dá)到上千公里甚至位于國(guó)外，因此跨平臺(tái)和遠(yuǎn)程訪問這兩大功能在開發(fā)企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)就必須考慮，而RMI恰恰能夠用它的自身特點(diǎn)來滿足編程需要。
RMI基本體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
RMI通過TCP/IP在內(nèi)部使用Socket，象其名稱暗示的那樣，它能夠幫助我們查找并執(zhí)行遠(yuǎn)程對(duì)象的方法。RMI的目的是讓位于不同JVM中的對(duì)象，在外觀及行為上都像是本地的對(duì)象。
通常，我們把調(diào)用這種遠(yuǎn)程對(duì)象的JVM，稱為客戶機(jī)；而把包括這種遠(yuǎn)程對(duì)象的JVM，稱為服務(wù)器。
盡管對(duì)一個(gè)遠(yuǎn)程對(duì)象的引用和獲得對(duì)本地對(duì)象的引用有所不同，但我們可以把遠(yuǎn)程對(duì)象像本地對(duì)象一樣使用。應(yīng)用程序并不知道一個(gè)對(duì)象是遠(yuǎn)程的還是本地的。實(shí)際上，遠(yuǎn)程對(duì)象上被調(diào)用的方法與本地對(duì)象上調(diào)用的方法，具有相同的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)。
作為RMI的底層（會(huì)包含復(fù)雜的Socket操作），它會(huì)自動(dòng)截獲方法調(diào)用，找到遠(yuǎn)程對(duì)象，然后處理遠(yuǎn)程請(qǐng)求。筆者認(rèn)為，RMI設(shè)計(jì)的重要之處，就在于不但在設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程訪問功能，而且實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的透明性。
RMI的基本體系結(jié)構(gòu)，概括起來說，由三個(gè)抽象層組成：
1、存根/框架層(Stubs/Skeletons Layer)
RMI為我們引入了兩種特殊類型的對(duì)象，稱為存根(Stub)和框架(Skeleton),它們組成了RMI的第一層。
在遠(yuǎn)程通信的時(shí)候，要利用TCP/IP協(xié)議，做很多底層數(shù)據(jù)的打包傳輸。運(yùn)用Java分布式計(jì)算技術(shù)，我們先要把數(shù)據(jù)或者對(duì)象轉(zhuǎn)換成字節(jié)流(byte stream)，便于網(wǎng)絡(luò)傳輸，這個(gè)過程叫匯集(marshaling)；當(dāng)收到遠(yuǎn)程傳來的字節(jié)流后，我們要把流信息轉(zhuǎn)換成對(duì)象或者數(shù)據(jù)，這個(gè)過程叫解讀(unmarshaling),它與匯集剛好相反。
Stub和Skeleton層位于實(shí)際應(yīng)用程序之下，建立在Proxy（代理）設(shè)計(jì)方案之上。Stub類的作用是遠(yuǎn)程服務(wù)器實(shí)現(xiàn)的代理的角色，Stub是客戶方對(duì)象；Skeleton類用于幫助對(duì)象通過RMI鏈接與Stub通信，它從鏈路中讀取方法調(diào)用的參數(shù)，向遠(yuǎn)程服務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)象進(jìn)行調(diào)用，接受返回值，然后再把返回值寫回到Stub。
2、遠(yuǎn)程引用層(Remote Reference Layer)
遠(yuǎn)程引用層定義和支持著RMI連接的調(diào)用語(yǔ)義(semantics)。
RMI進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問要用到JRMP(Java Remote Method Protocol,即Java遠(yuǎn)程方法協(xié)議)，這一層提供專用于JRMP的RemoteRef對(duì)象，它位于java.rmi.server包內(nèi)，代表著遠(yuǎn)程對(duì)象的一個(gè)句柄。RemoteRef使用遠(yuǎn)程引用來執(zhí)行遠(yuǎn)程對(duì)象的一個(gè)遠(yuǎn)程方法調(diào)用。
3、傳輸層(Transport Layer)
傳輸層在JVM之間建立基于流的網(wǎng)絡(luò)連接，并且負(fù)責(zé)設(shè)置和管理這些連接。這時(shí)候，RMI使用一種線級(jí)(wire-level)協(xié)議進(jìn)行基于TCP/IP的連接，該協(xié)議就是Java遠(yuǎn)程方法協(xié)議(JRMP,即Java Remote Method Protocol)。
在JDK版本1.2開始，JRMP不再需要Skeleton,而是使用reflection來建立與遠(yuǎn)程服務(wù)的連接。為了生成Stub，我們須用rmic。
當(dāng)前的RMI實(shí)現(xiàn)中，傳輸層建立在TCP/IP基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)用于在客戶和服務(wù)器之間建立一條連接（即使聯(lián)網(wǎng)有障礙）。
開發(fā)的基本步驟
我們使用RMI編寫Client/Server模式(客戶/服務(wù)器)應(yīng)用程序，包括6個(gè)基本步驟：
1) 定義遠(yuǎn)程接口
2) 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程接口
3) 準(zhǔn)備遠(yuǎn)程調(diào)用的服務(wù)器對(duì)象
4) 生成殘根Stub(客戶代理)和框架Skeleton(服務(wù)器實(shí)體)
5) 用rmiregistry找到遠(yuǎn)程對(duì)象
6) 運(yùn)行測(cè)試RMI分布式應(yīng)用#p#
開發(fā)企業(yè)信息發(fā)布系統(tǒng)實(shí)例
在開發(fā)RMI進(jìn)行分布式訪問之前，需要將各項(xiàng)功能模塊化，即把實(shí)際應(yīng)用抽象成符合Java規(guī)范的類和接口模型，使這些類和接口之間互相協(xié)作，能實(shí)現(xiàn)各自獨(dú)立的功能，最后，可以把它們組合成統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)Java分布式計(jì)算系統(tǒng)。
現(xiàn)在，我們就以開發(fā)公司信息發(fā)布系統(tǒng)為例，把主模塊(主要的類文件)的名稱暫定為InfoDistributeService(信息發(fā)布服務(wù))，為了保持應(yīng)用開發(fā)的數(shù)據(jù)一致性和清晰度，接下來涉及的其它模塊命名也將以這個(gè)模塊命名為基準(zhǔn)。
1、定義遠(yuǎn)程接口
Java RMI運(yùn)行環(huán)境要求任何可以遠(yuǎn)程調(diào)用的方法必須放在遠(yuǎn)程接口中。
該遠(yuǎn)程接口用來擴(kuò)展java.rmi.Remote接口，在Java API中，可以發(fā)現(xiàn)它沒有任何方法，只是個(gè)標(biāo)志性接口，這樣，可以讓Java運(yùn)行環(huán)境（JRE）認(rèn)識(shí)每個(gè)接口的特殊屬性，以便能夠遠(yuǎn)程訪問。
因此，按照信息發(fā)布服務(wù)的命名(InfoDistributeService)，首先須將InfoDistributeRemote定義為遠(yuǎn)程接口，同時(shí)僅放入一個(gè)供測(cè)試的方法 getRemoteInfo()來實(shí)現(xiàn)編碼，將所有模塊至于新建的enterprise.distribute包中，代碼如下：
- // -----------InfoDistributeRemote.java-------------------
- package enterprise. distribute;
- import java.rmi.Remote;
- import java.rmi.RemoteException;
- public interface InfoDistributeRemote extends Remote{
- public String getRemoteInfo() throws RemoteException;
- }
2、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程接口
這是一個(gè)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)象的類。如果實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程接口，就能夠覆蓋(override)該對(duì)象中的所有方法，因此，遠(yuǎn)程對(duì)象的實(shí)現(xiàn)類將真正包含我們希望導(dǎo)出的方法的代碼。
在遠(yuǎn)程信息發(fā)布系統(tǒng)中，我們至少實(shí)現(xiàn)一個(gè)遠(yuǎn)程接口的對(duì)象，它就是遠(yuǎn)程可訪問的對(duì)象。這里，InfoDistributeService類可以為我們生成遠(yuǎn)程可訪問對(duì)象的實(shí)例：
- // -----------InfoDistributeService.java------------------
- package enterprise. distribute;
- import java.rmi.RemoteException;
- import java.rmi.server.UnicastRemoteObject;
- public class InfoDistributeService
- extends UnicastRemoteObject implements InfoDistributeRemote{
- public InfoDistributeService() throws RemoteException{
- super();
- }
- // The return value of the method only for testing...
- public String getRemoteInfo(){
- return "Hello! I am a remote object.";
- }
- }
InfoDistributeService類實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程接口InfoDistributeRemote，并繼承java.rmi.server.UnicastRemoteObject。由于符
Java 2 Enterprise Edition（J2EE）遠(yuǎn)程方法調(diào)用（Remote Method Invocation，RMI）框架允許你創(chuàng)建透明的、分布式的服務(wù)和應(yīng)用程序?；赗MI的應(yīng)用程序由Java對(duì)象構(gòu)成，這些對(duì)象相互調(diào)用，同時(shí)忽略對(duì)方的位置。換言之，一個(gè)Java對(duì)象可調(diào)用另一個(gè)虛擬機(jī)上的某個(gè)Java對(duì)象的方法，整個(gè)過程和調(diào)用同一個(gè)虛擬機(jī)上的某個(gè)Java對(duì)象的方法無異。
駐留在不同虛擬機(jī)上的對(duì)象為了相互獲得引用，可以使用RMI的查找服務(wù)，或者將對(duì)象引用作為方法調(diào)用的一個(gè)參數(shù)或者返回值來接收。參數(shù)和返回值借助Java的對(duì)象序列化機(jī)制由RMI來進(jìn)行封送。
遠(yuǎn)程對(duì)象和接口
Java提供了一個(gè)完全限定名稱為java.rmi.Remote的接口。任何對(duì)象要想?yún)⑴cJava分布式計(jì)算和另一個(gè)Java對(duì)象的遠(yuǎn)程會(huì)話，就必須直接或間接地實(shí)現(xiàn)該接口。尤其要注意的是，任何由java.rmi.Remote接口來標(biāo)識(shí)的對(duì)象都暗示著它的方法可從其他任何虛擬機(jī)進(jìn)行調(diào)用。實(shí)現(xiàn)了java.rmi.Remote接口的對(duì)象通常稱為“遠(yuǎn)程對(duì)象”，必須采用以下方式來聲明它的方法：
每個(gè)支持遠(yuǎn)程調(diào)用的方法都必須在其throws子句中聲明java.rmi.RemoteException。
對(duì)于一個(gè)可遠(yuǎn)程調(diào)用的方法，它的每個(gè)非基本（nonprimitive）參數(shù)或者返回值都必須直接或間接地聲明為實(shí)現(xiàn)了java.io.Serializable接口。
除了實(shí)現(xiàn)java.rmi.Remote接口和正確聲明任何遠(yuǎn)程方法之外，Java分布式計(jì)算中遠(yuǎn)程對(duì)象必須提供一個(gè)無參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)，它能引發(fā)一個(gè)java.rmi.RemoteException異常。這就保證了對(duì)象可基于一種序列化狀態(tài)來遠(yuǎn)程構(gòu)造。
遠(yuǎn)程對(duì)象必須導(dǎo)出，以接收傳入的遠(yuǎn)程方法調(diào)用。為此，你通常需要擴(kuò)展java.rmi.server.UnicastRemoteObject或者java.rmi.activation.Activatable。通過對(duì)其中任何一個(gè)類進(jìn)行擴(kuò)展，遠(yuǎn)程對(duì)象就可在創(chuàng)建時(shí)自動(dòng)導(dǎo)出。
RMI注冊(cè)表
為了獲取對(duì)遠(yuǎn)程對(duì)象的引用，RMI提供了名為注冊(cè)表（registry）的一個(gè)遠(yuǎn)程對(duì)象，它將名稱與遠(yuǎn)程對(duì)象關(guān)聯(lián)起來。RMI服務(wù)器要向注冊(cè)表注冊(cè)每一個(gè)遠(yuǎn)程對(duì)象，以便定位和檢索對(duì)象。RMI客戶端希望調(diào)用遠(yuǎn)程對(duì)象上的一個(gè)方法時(shí)，首先必須根據(jù)遠(yuǎn)程對(duì)象的名稱在注冊(cè)表中定位遠(yuǎn)程對(duì)象。如果遠(yuǎn)程對(duì)象存在，注冊(cè)表就返回對(duì)那個(gè)對(duì)象的一個(gè)引用。然后，要使用這個(gè)引用來發(fā)出對(duì)遠(yuǎn)程對(duì)象的方法調(diào)用。
RMI服務(wù)器
RMI采取一種客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行通信。這意味著在RMI會(huì)話的某一端，必須有一個(gè)對(duì)象充當(dāng)服務(wù)器，另一端的對(duì)象則充當(dāng)客戶端。RMI服務(wù)器負(fù)責(zé)創(chuàng)建每個(gè)遠(yuǎn)程對(duì)象的實(shí)例，并將每個(gè)實(shí)例和RMI注冊(cè)表中的一個(gè)名稱綁定起來。RMI服務(wù)器可以自主，這要求它實(shí)現(xiàn)一個(gè)main方法，避免必須依賴其他類才能執(zhí)行。
由于RMI服務(wù)器可從幾乎任何主機(jī)下載和執(zhí)行代碼，所以每個(gè)RMI服務(wù)器的main方法都需要安裝一個(gè)安全管理器，防止它所加載的類表現(xiàn)失常。下例展示了如何實(shí)例化一個(gè)安全管理器，以及如何在RMI注冊(cè)表中綁定一個(gè)對(duì)象實(shí)例：
- import java.rmi.RMISecurityManager;
- import java.rmi.Naming;
- public class SimpleRMIServer
- {
- public static void main(String[] args)
- {
- if (System.getSecurityManager() == null)
- {
- System.setSecurityManager(new RMISecurityManager());
- }
- try
- {
- TimeKeeperImplremoteObj = new TimeKeeperImpl();
- // Bind the remote object to the name "TimeKeeper"
- Naming.bind("http://HostName/TimeKeeper", remoteObj);
- System.out.println("TimeKeeper successfully bound in registry");
- }
- catch (Exception e)
- {
- System.err.println("Error binding TimeKeeper: " + e.getMessage());
- }
- }
- }
小結(jié)
本文簡(jiǎn)單介紹了如何用RMI來隱藏遠(yuǎn)程交互問題，使程序員能將注意力集中在其他更重要的問題上，而不必過多地考慮通信基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。下一篇文章將進(jìn)一步探索RMI，講解RMI客戶端如何定位遠(yuǎn)程對(duì)象，并調(diào)用其上的方法。
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