基于Netty的交通卡口數(shù)據(jù)交互中間件研究

于曉昀

摘要：交通卡口系統(tǒng)是車輛監(jiān)管的有效工具，由于系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程所采用的技術(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義的差異，使得與其他信息系統(tǒng)共享卡口數(shù)據(jù)存在障礙，限制了卡口數(shù)據(jù)的利用價(jià)值。為了實(shí)現(xiàn)交通卡口數(shù)據(jù)的共享，該文研究了以Netty框架為基礎(chǔ)的交通卡口數(shù)據(jù)交換中間件的總體框架，設(shè)計(jì)了中間件的功能組件，定義了消息交互的關(guān)鍵流程，對(duì)交通卡口數(shù)據(jù)的共享具有重要意義。

關(guān)鍵詞：NIO技術(shù)；Netty框架；中間件

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）12-0108-02

隨著我國(guó)居民購(gòu)買力的提升，道路上的機(jī)動(dòng)車數(shù)量逐年增多，增加了車輛違章行駛、肇事逃逸等違規(guī)違法現(xiàn)象的發(fā)生概率。為了有效地監(jiān)管車輛，維護(hù)交通秩序，在重要交通卡口都設(shè)置了監(jiān)控拍照和測(cè)速設(shè)施，可對(duì)通過(guò)卡口的過(guò)往車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄。各地通過(guò)建設(shè)交通卡口系統(tǒng)對(duì)獲取的過(guò)往車輛信息進(jìn)行處理、分析和調(diào)用，為糾正違規(guī)行駛、偵破肇事案件提供了有力的數(shù)據(jù)依據(jù)[1]。然而，目前建成的交通卡口系統(tǒng)由于建設(shè)過(guò)程中采用的技術(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義的差異，所持有的數(shù)據(jù)只能供卡口系統(tǒng)自身使用[2]，無(wú)法與PGIS平臺(tái)、視頻綜合平臺(tái)等其他公安信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)共享，實(shí)現(xiàn)過(guò)往車輛的空間分析、視頻圖像分析等深化應(yīng)用，在一定程度上限制了交通卡口數(shù)據(jù)的利用價(jià)值。

交通卡口數(shù)據(jù)的共享問(wèn)題可以通過(guò)中間件技術(shù)進(jìn)行解決。周樂(lè)欽等研究了滿足企業(yè)信息化系統(tǒng)之間進(jìn)行消息傳遞的數(shù)據(jù)交換平臺(tái)中間件[3]，梁彥杰等研究了在水污染治理過(guò)程中各個(gè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)之間的基于中間件技術(shù)的數(shù)據(jù)交換平臺(tái)的傳輸框架[4]，這些基于中間件的數(shù)據(jù)交換技術(shù)為實(shí)現(xiàn)交通卡口系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享提供了有效參考價(jià)值。

為了構(gòu)建高效、穩(wěn)定的交通卡口數(shù)據(jù)的共享渠道，本文分析了異步事件驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序框架Netty，以Netty為基礎(chǔ)研究了適用于交通卡口系統(tǒng)與其他公安系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的中間件，定義了消息交互流程。

1 Netty框架

NIO是Java提供的無(wú)堵塞I/O技術(shù)，能夠有效解決多線程服務(wù)器存在的線程開(kāi)銷問(wèn)題。NIO能夠?yàn)槊總€(gè)客戶端請(qǐng)求分配獨(dú)立的服務(wù)線程，充分利用多個(gè)CPU的處理能力，達(dá)到提高服務(wù)能力的目的[5]。Netty是一個(gè)NIO客戶端/服務(wù)器框架，具有大吞吐量，低延遲和低消耗的優(yōu)點(diǎn)，使得如TCP、UDP服務(wù)器和客戶端的開(kāi)發(fā)性能更加優(yōu)秀，便捷和可靠[6]。

Netty基于多線程反應(yīng)器模式（Multiple Reactors），包含主反應(yīng)器和子反應(yīng)器，其中主反應(yīng)器中的請(qǐng)求接收器負(fù)責(zé)接收客戶端的連接請(qǐng)求，并將通道注冊(cè)到子反應(yīng)器線程池，各個(gè)子反應(yīng)器采用IO多路復(fù)用機(jī)制，同時(shí)監(jiān)聽(tīng)處理多個(gè)通道的IO請(qǐng)求，完成業(yè)務(wù)邏輯處理。Netty在應(yīng)對(duì)高并發(fā)的請(qǐng)求、保證消息傳輸?shù)目煽啃?、維持高效處理能力等方面表現(xiàn)優(yōu)異[7]。圖1所示為Netty框架模型。

2 中間件設(shè)計(jì)

根據(jù)交通卡口系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)共享的可靠性、安全性要求，并考到中間件在應(yīng)用過(guò)程中的通用性和可擴(kuò)展性，本文設(shè)計(jì)了中間件的總體架構(gòu)，分為網(wǎng)絡(luò)層、服務(wù)層和應(yīng)用層， 如圖2所示。

1） 網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用了Netty框架來(lái)實(shí)現(xiàn)消息在網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)堵塞傳輸。

2） 服務(wù)層由配置管理組件、認(rèn)證管理組件、心跳監(jiān)測(cè)器、模型管理組件、模型適配器、消息隊(duì)列管理器、編解碼器和發(fā)送＼接收器組成。

①配置管理組件用以管理和加載數(shù)據(jù)交換時(shí)的相關(guān)配置，如消息發(fā)送＼接收的地址和端口、數(shù)據(jù)交換頻率、應(yīng)用中間件的系統(tǒng)信息等。

②認(rèn)證管理組件用以驗(yàn)證外接系統(tǒng)與交通卡口系統(tǒng)對(duì)接的權(quán)限，并建立通信鏈路。

③心跳監(jiān)測(cè)器用以監(jiān)測(cè)交換鏈路狀態(tài)是否正常。

④模型管理組件用以管理和擴(kuò)展中間件交互時(shí)的消息模型。

⑤模型適配器用以進(jìn)行消息模型匹配。消息發(fā)送接口傳入的參數(shù)進(jìn)行模型匹配，生成對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求消息；接收的消息經(jīng)過(guò)模型匹配生成對(duì)應(yīng)的結(jié)果集通過(guò)消息接收接口傳遞給系統(tǒng)。

⑥）消息隊(duì)列管理器采用多路并發(fā)的方式輪詢隊(duì)列中的消息，用以管理消息發(fā)送隊(duì)列和消息接收隊(duì)列，將請(qǐng)求與響應(yīng)進(jìn)行匹配。

⑦編解碼器用以對(duì)需要發(fā)送和接收的消息進(jìn)行編碼和解碼。

⑧發(fā)送＼接收器用以發(fā)送經(jīng)過(guò)編碼的消息并接收消息。

2.3 應(yīng)用層包括消息發(fā)送接口和消息接收接口，分別實(shí)現(xiàn)消息的發(fā)送和接收。

3 消息交互設(shè)計(jì)

交通卡口系統(tǒng)與外接系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享時(shí)，需要在交通卡口系統(tǒng)和外接系統(tǒng)分別部署中間件，交互流程包括接入認(rèn)證、心跳監(jiān)測(cè)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互。其中，接入認(rèn)證用以建立外接系統(tǒng)與卡口系統(tǒng)間的安全通信鏈路，心跳監(jiān)測(cè)用以監(jiān)測(cè)鏈路的狀態(tài)，業(yè)務(wù)交互流程完成交通卡口系統(tǒng)共享車輛信息、行車記錄、圖片信息等卡口數(shù)據(jù)。為確保消息傳輸?shù)目煽啃?，交互過(guò)程均采用請(qǐng)求-應(yīng)答方式。登錄流程和業(yè)務(wù)交互流程需要確保其可靠性，采用面向連接的、具備可靠傳輸特性的TCP協(xié)議來(lái)進(jìn)行消息傳輸，心跳監(jiān)測(cè)鏈路狀態(tài)，對(duì)可靠性要求不高，采用面向無(wú)連接的，占用資源小的UDP協(xié)議[8]。

交通卡口系統(tǒng)端的中間件啟動(dòng)時(shí)，加載配置信息并啟動(dòng)接入監(jiān)聽(tīng)，外接系統(tǒng)端的中間件啟動(dòng)后，加載配置信息并將認(rèn)證信息發(fā)送至卡口系統(tǒng)端的中間件進(jìn)行接入認(rèn)證。認(rèn)證成功，外接系統(tǒng)端的中間件開(kāi)始進(jìn)行心跳監(jiān)測(cè)，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，流程如圖3所示；認(rèn)證失敗，拒絕該系統(tǒng)與卡口系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。

圖4顯示了數(shù)據(jù)交互請(qǐng)求過(guò)程。外接系統(tǒng)進(jìn)行請(qǐng)求時(shí)，通過(guò)調(diào)用中間件的消息發(fā)送接口，將數(shù)據(jù)請(qǐng)求參數(shù)接入中間件，經(jīng)過(guò)模型匹配后將生成的請(qǐng)求消息加入發(fā)送隊(duì)列，消息隊(duì)列管理器取出消息后，發(fā)送器將經(jīng)過(guò)編碼的請(qǐng)求消息發(fā)送至交通卡口系統(tǒng)端的接收器。接收器將經(jīng)過(guò)解碼的請(qǐng)求消息加入接收隊(duì)列，經(jīng)過(guò)模型匹配后將解析生成的結(jié)果集通過(guò)消息接收接口傳送給交通卡口系統(tǒng)。

圖5顯示了數(shù)據(jù)交互響應(yīng)過(guò)程。交通卡口系統(tǒng)返回響應(yīng)時(shí)，通過(guò)調(diào)用中間件的消息發(fā)送接口，將數(shù)據(jù)響應(yīng)參數(shù)接入中間件，經(jīng)過(guò)模型匹配后將生成的響應(yīng)消息加入發(fā)送隊(duì)列，消息隊(duì)列管理器將響應(yīng)與請(qǐng)求進(jìn)行匹配后加入消息發(fā)送隊(duì)列，取出消息后，發(fā)送器將經(jīng)過(guò)編碼的響應(yīng)消息發(fā)送至外接系統(tǒng)端的接收器。接收器將經(jīng)過(guò)解碼的響應(yīng)消息加入接收隊(duì)列，經(jīng)過(guò)模型匹配后將解析生成的結(jié)果集通過(guò)消息接收接口傳送給外接系統(tǒng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以實(shí)現(xiàn)交通卡口系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享為目的，研究了適用于交通卡口系統(tǒng)與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的中間件，為數(shù)據(jù)共享提供了數(shù)據(jù)交換接口、流程規(guī)范、通信可靠的數(shù)據(jù)交換環(huán)境，屏蔽了交通卡口系統(tǒng)與其他系統(tǒng)間由于建設(shè)技術(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上差異而造成的數(shù)據(jù)隔離問(wèn)題。

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