中间件技术概述

中间件技术概述李瑞轩华中科技大学计算机学院Overview of Middleware Technology 2006-3-7 2内容概要1. 分布式计算技术发展背景2. 中间件技术基础3. 中间件定义及特点4. 中间件的分类5. 中间件的发展趋势2006-3-7 31. 分布式计算技术发展背景M assivelyparallelprocessorM ultimediaO bject orientedO pen systemN etworks高速、低价和宽频带的数字通讯成熟的网络技术和面向对象技术发展迅速的先进微处理器采用微内核和多线程等技术的现代操作系统几乎完全无序的超大规模的异构网络互连环境M2O2N时代的来临2006-3-7 4分布对象技术应运而生新形式的软件危机升级的绞索开发的噩梦新一代的分布式计算技术分布对象技术=面向对象技术+网络通讯技术面向对象的多层客户/服务器软件开发的革命：产业化、标准化、集约化2006-3-7 5螺旋上升的发展道路分布对象技术传送对象传送请求——取得结果数据典型客户/服务器传送数据PC ——LAN的网络计算框架传送程序主机——终端的集中计算框架2006-3-7 6下一代分布式计算技术与Internet技术结合WWW从Hypertext Web、InteractiveWeb 到Semantic Web丰富的对象资源更有效的对象访问技术智能、主动的Agent技术向智能化、小型化和标准融合的方向发展2006-3-7 7实现分布式计算的技术路线80年代——理想的技术路线：试图在互连的计算机硬件上部署全新的分布式操作系统，全面管理系统中各自独立的计算机，呈现给用户单一的系统视图。

90年代——现实的技术路线：在网络计算平台上部署分布计算环境（也称为中间件），提供开发工具和公共服务，支持分布式应用，实现资源共享和协同工作。

当前人们所说的分布计算技术是指在网络计算平台上开发、部署、管理和维护以资源共享和协同工作为主要应用目标的分布式应用系统。

2006-3-7 8分布计算技术发展的三个阶段有待进一步发展成为建立集成的构架和软组件标准的核心技术提供丰富的分布式系统服务、良好的分布系统管理和典型的分布系统应用成果面向Agent的拟人化交互环境将面向对象技术应用于分布计算运用传统的计算概念和设施关键技术特点自主的多Agent模型面向对象的多层C/S或B/S模型体系结构经典C/S计算模型智能化的协同工作异构环境下的应用互操作信息共享面向的主要问题第一代第二代第三代2006-3-7 92. 中间件技术基础网络通讯：分布式计算环境的基础是计算机之间的通讯同步和异步传输：这两种模式的区别通常决定了某种协议是不是适合某一特定任务客户端，服务端和对等端：指正在运行着的线程API—应用编程接口：这些低层组件为底层的通讯模块提供了一定层次的抽象，同时也将更高层次的地址标识和数据转换等功能留给高一层的服务模块。

共同的基础2006-3-7 10共同的基础（续）消息机制：消息机制就要求服务器上必须要有一层中间处理层来确定消息的路由，以便让它到达正确的接收者处，因为基于消息的通讯能够很好地和中间层的路由配合，消息机制是一种天生的异步机制。

基于消息的结构也可以采用同步模式。

一般来讲，在这种模式中，服务器/路由器将消息直接传递给处理程序，然后由处理程序回传处理结果给服务器，再由服务器传给客户端远程过程调用：各种RPC执行协议都朝着一个共同的目标在发展，那就是用隐藏执行细节来简化进程间通信的复杂性2006-3-7 11共同的基础（续）数据库协议：X/Open调用级接口标准（X/OpenC all L evel I nterface）［CLI 96］使用结构化查询语言为关系数据库管理系统提供了一个标准的接口微软的ODBC接口：目前CLI标准在实际应用中的最好典范Sun的JDBC接口：CLI标准在JAVA应用程序中的实际表现形式2006-3-7 12分布环境的异构性硬件平台的异构性：IBM主机、UNIX工作站、PC机、机器人等操作系统的异构性：各种版本的UNIX、Microsoft Windows、IBM OS/2、Macintosh等数据管理的异构性: 各种版本的数据库系统、文件系统，如Oracle 、Sybase 、FoxPro 、Excel 、HTML 、XML等开发语言的异构性：C、C++、Java、C#、Delphi等网络平台的异构性：Ethernet、FDDI、ATM和TCP/IP、IPX/SPX等2006-3-7 13Client/Server计算模型C/S模型带来应用程序结构的变化，即需要将应用程序分为客户机程序和服务器程序，以此来降低应用程序的复杂性，C/S双方仍然是整体性的，对其维护和升级代价较大传统的C/S技术缺乏即插即用功能在常规的分布式客户/服务器应用中，客户进程不可能直接访问异地服务进程中的常规对象2006-3-7 14B/S模式--C/S模式的发展HTTPAPI中间件客户机浏览器Web服务器数据服务器2006-3-7 15B/S模式特点B/S模式事实上是一种终端/主机模式和客户机/ 服务器模式在Web上的结合对瘦客户机提供支持减轻了系统维护与升级的成本与工作量，使用户整体拥有成本大大降低解决了各种跨平台的分布式应用易于集成企业信息简单易用，培训负担减轻系统建立快捷经济2006-3-7 163. 中间件（Middleware）产生背景C/S模式飞速增长，但由各种不同厂商的产品导致多种应用模式并存，系统效率过低，传输不可靠，数据加密，开发周期过长分布环境的异构性不能靠传统的系统软件（如操作系统、数据库等）、工具软件（如CASE 工具、4GL等）来解决，人们便想用一种另类的软件来解决2006-3-7 17中间件的定义定义：中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源，中间件位于客户机服务器的操作系统之上，管理计算资源和网络通讯该定义的内涵：中间件应实现应用之间的互连和互操作针对不同的应用领域，对中间件又有各种不同的要求2006-3-7 18中间件的定义（续）中间件是在中间处于应用软件和系统软件之间的一类软件，而非一种软件或独立于硬件或数据库厂商（处于其产品的中间，实现其互连）的一类软件或者是客户方与服务方之间的连接件或者是需要进行二次开发的中间产品2006-3-7 19中间件的定义（续）中间件=平台＋通信人们在使用中间件时，往往是一组中间件集成在一起，构成一个平台(包括开发平台和运行平台)，但在这组中间件中必需要有一个通信中间件这个定义也限定了只有用于分布式系统中才能称为中间件，同时还可以把它与支撑软件和实用软件区分开来中间件和平台可能会互相转化和互相渗透2006-3-7 20中间件在三层C/S结构中的应用GUI 应用逻辑数据库或其他资源客户端应用服务器数据服务器中间件中间件中间件中间件API中间件APISQL 等网络2006-3-7 21中间件的特点满足大量的企业应用需要必须有多种版本在不同平台上运行支持分布对象计算，屏蔽网络和系统的分布复杂性支持标准的协议支持标准的API2006-3-7 224. 中间件的分类终端仿真/屏幕转换用以实现客户机图形用户接口(GUI)与已有的字符接口方式的服务器应用程序之间的互操作2006-3-7 23中间件的分类（续）数据访问中间件适用于应用程序与数据源之间的互操作模型客户端使用面向数据库的API，以提请直接访问和更新基于服务器的数据源，例如JDBC数据源可以是关系型、非关系型和对象型，这类中间件大都基于SQL语句，采用同步通讯方式此类中间件使应用开发简单，但如果是透过广域网使用，会带来严重的效率问题，因为在低速网上来回交互SQL语句会使通信流量过大，同时对数据压缩、加密带来不便，因此不适用于互联网应用处理2006-3-7 24中间件的分类（续）远程过程调用中间件远程过程调用(RPC)机制是早期开发分布式应用时经常采用的一种同步式对话（请求/应答）协议通过这种协议，程序员编写客户方的应用，需要时可以调用位于远端服务器上的过程RPC扩展了过程语言中的“功能调用/结果返回”的机制，使得它可以适用于一个远程环境适合小型的、简单的不需采用异步通信方式的应用只能建立分布式应用间的静态连接关系。

即一旦将程序和Client/Server端的应用编译连接在一起，则客户端的功能就不能再改变2006-3-7 25RPC方式一般流程中间件的分类（续）调用进程远程进程Client StubRPC APIServer StubRPC API分布计算环境 DCE(RPC 运行支持库)参数结果返回结果2006-3-7 26中间件的分类（续）消息中间件（MOM：M iddleware O f M essage）基于消息的机制更多地适用于事件驱动的应用，当一个事件发生时，消息中间件通知服务方应该进行何种操作。

事件可以是一个请求，也可以只是一种警示，警示到来后，即可进行某种处理，但不需等待应答。

使用消息中间件编程采用的是消息中间件的API，可以很好地扩展到不同的操作系统和硬件平台上。

消息中间件的核心安装在需要进行消息传递的系统上，在它们之间建立逻辑通道，由消息中间件实现消息发送。

消息中间件可以既支持同步方式，又支持异步方式，实际上它是一种点到点的机制，因而可以很好地适用于面向对象的编程方式。

异步中间件技术比同步中间件技术具有更强的容错性，在系统故障时可以保证消息的正常传输。

异步中间件技术可以分为两类：广播方式和发布/订阅方式。

2006-3-7 27中间件的分类（续）交易中间件，也称事务处理监控(TP Monitor)中间件交易中间件是专门针对联机交易处理系统而设计的。

联机交易处理系统需要处理大量并发进程，可以通过采用一个交易中间件来简化工作的难度交易中间件就是一组程序模块，用以大大减少开发一个联机交易处理系统所需的编程量交易中间件理论上相对成熟，功能和性能界定清晰，基本上适用于联机交易系统，如银行业务系统、定票系统等。

尽管交易信息也是消息，交易中间件也是基于消息的传输，也可支持同步和异步方式，但与消息中间件的定位差距较大，属于一种较专用的中间件2006-3-7 28中间件的分类（续）交易中间件（续）X/OPEN 组织专门定义了分布式交易处理的标准及参考模型，把一个联机交易系统划分成资源管理（RM）、交易管理（TM）和应用（AP）三部分，定义了应用程序、交易管理器、多个资源管理器是如何协同工作的资源管理器是指数据库和文件系统，交易管理器可归入交易中间件。

交易中间件管理由应用声明和提交的交易组成，并通过两阶段提交协议等方式保证分布式交易的完整性、控制并发、实现交易路由和负载均衡2006-3-7 29中间件的分类（续）对象中间件面向对象的中间件提供一个标准的组件框架，能使不同的厂家的软件通过不同的地址空间、网络和操作系统互相交互访问。