淺析計算機中間件技術(shù)

吉林省統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)管理中心 李志剛

計算機技術(shù)迅猛發(fā)展。從硬件技術(shù)看，CPU速度越來越高，處理能力越來越強；從軟件技術(shù)看，應(yīng)用程序的規(guī)模不斷擴大，特別是Internet及WWW的出現(xiàn)，使計算機的應(yīng)用范圍變得更為廣闊，許多應(yīng)用程序需在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的異構(gòu)平臺上運行。這一切都對新一代的軟件開發(fā)提出了新的需求。在這種分布異構(gòu)環(huán)境中，通常存在多種硬件系統(tǒng)平臺（如PC，工作站，小型機等），在這些硬件平臺上又存在各種各樣的系統(tǒng)軟件（如不同的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、語言編譯器等），以及多種風(fēng)格各異的用戶界面，這些硬件系統(tǒng)平臺還可能采用不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)連接。如何把這些系統(tǒng)集成起來并開發(fā)新的應(yīng)用是一個非?，F(xiàn)實而困難的問題。

在中間件產(chǎn)生前，應(yīng)用軟件直接使用操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)庫等開發(fā)，這些都是計算機最底層的東西，越底層越復(fù)雜，開發(fā)者不得不面臨許多很棘手的問題，如操作系統(tǒng)的多樣性，繁雜的網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計、管理，復(fù)雜多變的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，數(shù)據(jù)分散處理帶來的不一致性問題、性能和效率、安全，等等。這些與用戶的業(yè)務(wù)沒有直接關(guān)系，但又必須解決，耗費了大量有限的時間和精力。于是，有人提出能不能將應(yīng)用軟件所要面臨的共性問題進行提煉、抽象，在操作系統(tǒng)之上再形成一個可復(fù)用的部分，供成千上萬的應(yīng)用軟件重復(fù)使用。這一技術(shù)思想最終構(gòu)成了中間件這類的軟件。

為解決分布異構(gòu)問題，人們提出了中間件（Middleware）的概念。中間件是位于平臺（硬件和操作系統(tǒng)）和應(yīng)用之間的通用服務(wù)，如圖1所示，這些服務(wù)具有標(biāo)準(zhǔn)的程序接口和協(xié)議。針對不同的操作系統(tǒng)和硬件平臺，它們可以有符合接口和協(xié)議規(guī)范的多種實現(xiàn)。

1.中間件的概念

中間件(middleware)是一種獨立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，分布式應(yīng)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(middleware)是基礎(chǔ)軟件的一大類，屬于可復(fù)用軟件的范疇。顧名思義，中間件處于操作系統(tǒng)軟件與用戶的應(yīng)用軟件的中間。中間件在操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫之上，應(yīng)用軟件的下層，總的作用是為處于自己上層的應(yīng)用軟件提供運行與開發(fā)的環(huán)境，幫助用戶靈活、高效地開發(fā)和集成復(fù)雜的應(yīng)用軟件。

也許很難給中間件一個嚴(yán)格的定義，但中間件應(yīng)具有如下的一些基本特點：

1)滿足大量應(yīng)用的需要

2)運行于多種硬件和OS平臺

3)支持分布計算，提供跨網(wǎng)絡(luò)、硬件和OS平臺的透明性的應(yīng)用或服務(wù)的交互

4)支持標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議

5)支持標(biāo)準(zhǔn)的接口

由于標(biāo)準(zhǔn)接口對于可移植性和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議對于互操作性的重要性，中間件已成為許多標(biāo)準(zhǔn)化工作的主要部分。對于應(yīng)用軟件開發(fā)，中間件遠(yuǎn)比操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)更為重要，中間件提供的程序接口定義了一個相對穩(wěn)定的高層應(yīng)用環(huán)境，不管底層的計算機硬件和系統(tǒng)軟件怎樣更新?lián)Q代，只要將中間件升級更新，并保持中間件對外的接口定義不變，應(yīng)用軟件幾乎不需任何修改，從而保護了企業(yè)在應(yīng)用軟件開發(fā)和維護中的重大投資。

2.主要中間件的分類

中間件分類(IDC的分類)：大致可分為六類：終端仿真/屏幕轉(zhuǎn)換中間件、數(shù)據(jù)訪問中間件、遠(yuǎn)程過程調(diào)用中間件、消息中間件、交易中間件、對象中間件[1]。

中間件所包括的范圍十分廣泛，針對不同的應(yīng)用需求涌現(xiàn)出多種各具特色的中間件產(chǎn)品。但至今中間件還沒有一個比較精確的定義，因此，在不同的角度或不同的層次上，對中間件的分類也會有所不同。由于中間件需要屏蔽分布環(huán)境中異構(gòu)的操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它必須能夠提供分布環(huán)境下的通訊服務(wù)，我們將這種通訊服務(wù)稱之為平臺?；谀康暮蛯崿F(xiàn)機制的不同，我們將平臺分為以下主要幾類：

遠(yuǎn)程過程調(diào)用中間件(Remote Procedure Call)

面向消息的中間件(MesSAge-Oriented Middleware)

對象請求代理中間件(object RequeST Brokers)

它們可向上提供不同形式的通訊服務(wù)，包括同步、排隊、訂閱發(fā)布、廣播等等，在這些基本的通訊平臺之上，可構(gòu)筑各種框架，為應(yīng)用程序提供不同領(lǐng)域內(nèi)的服務(wù)，如事務(wù)處理監(jiān)控器、分布數(shù)據(jù)訪問、對象事務(wù)管理器OTM等。平臺為上層應(yīng)用屏蔽了異構(gòu)平臺的差異，而其上的框架又定義了相應(yīng)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)組件等，用戶只需告訴框架所關(guān)心的事件，然后提供處理這些事件的代碼。當(dāng)事件發(fā)生時，框架則會調(diào)用用戶的代碼。用戶代碼不用調(diào)用框架，用戶程序也不必關(guān)心框架結(jié)構(gòu)、執(zhí)行流程、對系統(tǒng)級API的調(diào)用等，所有這些由框架負(fù)責(zé)完成。因此，基于中間件開發(fā)的應(yīng)用具有良好的可擴充性、易管理性、高可用性和可移植性。

2.1 面向消息的中間件

MOM(Message－Oriented Middleware)指的是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，它可在分布環(huán)境下擴展進程間的通信，并支持多通訊協(xié)議、語言、應(yīng)用程序、硬件和軟件平臺。目前流行的MOM中間件產(chǎn)品有IBM的MQSeries、BEA的MessageQ等。

2.2 消息傳遞和排隊技術(shù)主要特點

1)通訊程序可在不同的時間運行程序[2]。不在網(wǎng)絡(luò)上直接相互通話，而是間接地將消息放入消息隊列，因為程序間沒有直接的聯(lián)系。所以它們不必同時運行。消息放入適當(dāng)?shù)年犃袝r，目標(biāo)程序甚至根本不需要正在運行；即使目標(biāo)程序在運行，也不意味著要立即處理該消息。

2)對應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)沒有約束。在復(fù)雜的應(yīng)用場合中，通訊程序之間不僅可以是一對一的關(guān)系，還可以進行一對多和多對一方式，甚至是上述多種方式的組合。多種通訊方式的構(gòu)造并沒有增加應(yīng)用程序的復(fù)雜性。

3)程序與網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性相隔離。程序?qū)⑾⒎湃胂㈥犃谢驈南㈥犃兄腥〕鱿磉M行通訊，與此關(guān)聯(lián)的全部活動，比如維護消息隊列、維護程序和隊列之間的關(guān)系、處理網(wǎng)絡(luò)的重新啟動和在網(wǎng)絡(luò)中移動消息等是MOM的任務(wù)，程序不直接與其它程序通話，并且它們不涉及網(wǎng)絡(luò)通訊的復(fù)雜性。

圖1 中間件

3.中間件面臨的問題

中間件能夠屏蔽操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的差異，為應(yīng)用程序提供多種通訊機制；并提供相應(yīng)的平臺以滿足不同領(lǐng)域的需要。因此，中間件為應(yīng)用程序了一個相對穩(wěn)定的高層應(yīng)用環(huán)境。然而，中間件服務(wù)也并非“萬能藥”。中間件所應(yīng)遵循的一些原則離實際還有很大距離。多數(shù)流行的中間件服務(wù)使用專有的API和專有的協(xié)議，使得應(yīng)用建立于單一廠家的產(chǎn)品，來自不同廠家的實現(xiàn)很難互操作。有些中間件服務(wù)只提供一些平臺的實現(xiàn)，從而限制了應(yīng)用在異構(gòu)系統(tǒng)之間的移植。應(yīng)用開發(fā)者在這些中間件服務(wù)之上建立自己的應(yīng)用還要承擔(dān)相當(dāng)大的風(fēng)險，隨著技術(shù)的發(fā)展他們往往還需重寫他們的系統(tǒng)。盡管中間件服務(wù)提高了分布計算的抽象化程度，但應(yīng)用開發(fā)者還需面臨許多艱難的設(shè)計選擇，例如，開發(fā)者還需決定分布應(yīng)用在client方和server方的功能分配。通常將表示服務(wù)放在client以方便使用顯示設(shè)備，將數(shù)據(jù)服務(wù)放在server以靠近數(shù)據(jù)庫，但也并非總是如此，何況其它應(yīng)用功能如何分配也是不容易確定的。

[1]秦璟,高文,儲方杰.中間件技術(shù)研究[J].計算機應(yīng)用研究,2003(8):35-37.

[2]Mobilink Synchronization User's Guide.http://www.ianywhere.com/developer/product_manuals/sqlanywhere 2004.