利用Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅ進行構件資源的組織研究

摘 要：針對現有分布式構件技術的不足，提出一種利用Web Service技術對Internet上廣泛分布的各種異構構件資源進行有效組織的模型，并在此模型基礎上，進一步給出了一種構件資源的有效組織機制。通過原型系統的驗證，證明了該模型及資源組織機制的有效性。

關鍵詞：軟件復用； 資源組織； 檢索； Web服務； 管理域

中圖分類號：TP31文獻標志碼：A

文章編號：1001—3695(2007)03—0053—03

標準構件的生產和構件的復用是軟件產業發展并形成規模經濟的關鍵因素[1]。在學術領域，人們已經對構件模型、構件的表示、分類與檢索、獲取、組裝、測試和標準化等進行了一系列的研究。在商業領域也出現了許多軟構件規范與產品，如CORBA[2]、DCOM[3]、EJB[4]和其他第三方軟件公司開發的不同構件等。在Internet上還出現了很多專門的軟件構件庫，如Gamelan、Alphaworks、Flashline和青鳥構件庫管理系統(JBCLMS)[8]等。有很多Web站點也提供了指向軟構件的鏈接。

然而，現階段各種分布式構件技術并不完善：現存的多種標準各有所長，沒有誰取代誰的趨勢，只能在一定時期共存，當各種遵從不同標準的系統需要互操作時，它們之間難以兼容，而采用橋接的方法[5]又會大大增加系統的復雜性；主流的服務器端構件支持平臺尚不能很好地支持Internet應用，而且客戶與服務器的連接仍是緊耦合的方式，不能完全滿足靈活性的需要；各個專用的軟件構件庫[6—8]對構件的表示以及組織形式上各不相同，不具備被系統以外其他構件或人們使用的靈活性。盡管Internet上構件資源十分豐富，卻仍然造成了構件復用者由于不知道構件的存在而需要重新開發，對軟件復用的實際應用形成了一個巨大的障礙，尤其隨著在線構件庫的不斷擴展，在Internet上對異構軟件構件庫的檢索和管理方面出現了新的問題。

Web Services[9]的出現正好可以解決這一問題。它不僅屏蔽了異構的操作系統、網絡和編程語言，還屏蔽了傳統中間件之間的異構性，并支持開放、動態的互操作模式，使大規模的資源共享成為可能。

但Web服務技術并不涉及服務構件的具體實現，也缺乏很多分布平臺所具備的對關鍵業務支持的能力。因此，Web服務總是與其他技術，特別是構件技術融合在一起，共同構建分布式應用系統。也就是說，可以將CORBA構件、COM構件或EJB構件包裝成Web服務構件，即使用CORBA、COM或EJB技術來實現Web服務構件，借助這些成熟構件技術對關鍵業務支持的能力以及其他優勢，而利用SOAP協議進行遠程調用和交換數據來彌補各種構件模型不易互操作及不適合用于Internet的缺點。由此，Web服務可以為軟件構件技術提供良好的工業化基礎，軟件構件技術的研究也為Web服務奠定了一定的應用基礎。

1 基于Web Service的構件資源組織模型

如何組織已存在的、大量可實現各種元計算功能的標準化構件，建立起各種異構構件之間的互操作機制，為不同的構件資源建立一個統一的訪問接口，以進行有效的構件查找與發現，方便構件的復用及服務的定制，有必要對現有的構件資源組織方式進行補充或調整以適應未來對構件服務的需要。

基于這一目的，本文提出了一種新的構件資源組織模型——CROM_WEB。其主要思想是對Internet中分散的各種異構構件資源進行包裝，連同Web服務構件一起按照一定的規則進行信息的提取；將提取出來的信息按照統一的方式進行分類組織并寫入構件目錄庫中，從而將構件信息主動發布到Internet上，并通過建立標準訪問接口，方便用戶快速、準確地進行構件檢索和程序組裝過程中構件的選擇和調整。其模型如圖1 所示。

CROM_WEB模型具體描述如下：

（1）構件生產者（Producer）生產出各類構件。

（2）構件管理者（也是Web Service中的服務提供者Provider）將各種構件資源以SOAP協議包裝成Web服務構件。（3）服務提供者（Provider）按照一定的規則進行構件資源信息的提取，如構件的功能、構件模型、應用領域、實現方式、運行平臺、接口要求、物理資源的定位等。將這些信息按照統一的方式進行分類組織，并遵循WSDL協議，以XML格式將這些信息寫入構件目錄庫中，從而完成Web服務構件的注冊與發布。

（4）構件復用者（也是服務請求者Requester）進行構件檢索時，遵循WSDL協議，將檢索信息發送到構件目錄庫中進行查找。

（5）查找的結果以WSDL形式返回給服務請求者。

（6）服務請求者根據返回的結果決定搜索到的構件信息是否可用。如果可用，則按照返回信息中的物理資源的定位信息實現與服務構件的綁定。

（7）服務請求者以SOAP協議進行服務構件的調用。

本模型中，雖然構件目錄庫和構件庫中均有對構件信息的描述，但這兩種描述信息并不完全相同。首先，構件目錄庫的描述目的主要是為了明確構件能提供哪些服務，而構件庫是為了從各方面清楚地描述構件，對構件的描述除了包括構件的功能信息外，還包括一些其他的信息，如構件的性能信息、運行環境及與其他構件的關系等。其次，構件目錄庫中的描述信息遵循統一的標準，以XML文件的形式出現，而構件庫中的信息多是以數據庫中記錄的形式出現，遵循的是不同的標準。有關構件資源的信息提取方法及構件目錄庫中信息的組織，由于篇幅有限將另文撰述。采用這種構件資源組織模型能從根本上解決分布式構件技術存在的問題，并具備以下特點：

（1）一致使用接口和松散耦合性。構件復用者能通過一致的接口使用各種構件服務。也就是說，只要構件目錄庫保持不變，構件實現方式的變化對調用者是透明的，這種松散耦合關系提高了構件資源使用的靈活性和可擴展性。因此該模型特別適合使用在Internet/Intranet或是動態的環境中。而且該模型還具備查詢結果的透明性，即不需要知道請求的結果是由哪一個構件目錄庫響應的。

（2）高度可集成性。由于消息的傳輸與響應都是利用基于XML的標準協議棧完成的，屏蔽了不同平臺的差異，而且對于用CORBA、DCOM、EJB等不同技術實現的構件都能夠高度地集成，從而實現了真正意義上的跨平臺性和語言無關性，有效地提高了構件的重用性。

（3）規范性。由于使用規范的XML格式描述構件服務，構件描述具有較強的機器可理解性，易于程序實現構件服務的動態發現、連接和調用異地服務，降低系統集成的復雜性以及費用。

（4）搜索的有效性。傳統的構件發現純粹靠一些搜索技術在Web上以拉(Pull)的方式獲取構件，收效甚微。例如文獻[10]中的構件搜索系統沒有建立自己的構件索引庫， 而是按照用戶的搜索請求直接到Internet上進行重復的搜索工作，降低了搜索效率。本文提出的模型既能利用目前存在的搜索技術，又能以一種推(Push)的方式將構件服務主動發布到Internet上的某個中介（構件目錄庫），通過統一的標準訪問接口為構件請求者提供構件服務。由于采用推、拉相結合的原則進行工作，從而可以用更有效的方式進行構件的發現。

2 基于CROM_WEB的構件資源組織機制研究

在CROM_WEB模型能有效解決現存分布式構件技術存在的問題的基礎上，進一步研究了基于CROM_WEB模型的構件資源組織機制。

Internet上存在豐富的構件資源，單靠建立一個集中的構件目錄庫是不現實的，不利于構件的查找與構件信息的管理和維護，因此有必要對這些構件資源及構件目錄庫進行分治管理。首先，將分布在Internet上的構件資源按照地域、應用領域、管理權限等規則組織成不同的管理域，每個域中設立一個相應的構件目錄服務器。該服務器創建并維護一個構件目錄信息數據庫（簡稱構件目錄庫）；該構件目錄庫為本管理域中的構件資源建立索引目錄。構件目錄庫中并不保存構件的實現代碼，即構件數據本身，它維護的僅是構件的描述信息。構件目錄庫和各種構件資源通過動態交互來維持構件目錄信息與構件資源信息的一致。同時，各級構件目錄庫還可以與上級構件目錄庫交換信息，形成跨越Internet的分布式層次構件目錄庫，為構件的瀏覽、搜索和獲取提供基礎。構件資源的組織機制如圖2所示。

根據此機制，給出如下資源組織規則：

（1）Internet上存在由不同構件資源為不同目的而組成的構件資源區域，每個域中設置一個相應的構件目錄庫，共同形成多個構件管理域（CAR）。

（2）構件管理域中的每個構件資源除了保持自己的獨立性外，還通過管理域內的構件目錄庫向外界提供統一的構件目錄服務。構件目錄庫只為本管理域中的構件資源建立索引，并不保存構件的實現代碼，它維護的僅是構件描述和組織信息。

（3）構件目錄庫按照地域、應用領域等分成層次結構，形成跨越Internet的分布式層次構件目錄庫，它負責進行Internet上所有構件資源的描述和組織。各構件管理域通過分布式層次構件目錄庫進行相互協同。

（4）分布在Internet上的構件資源按照地域、應用領域等規則可以自由地選擇加入或退出某個構件管理域，在它們加入或退出后，構件目錄庫及時進行更新，并通知上級構件目錄庫。

遵循此機制進行構件搜索的過程描述如下：用戶向系統提交構件服務請求，該請求首先被用戶本地域的構件目錄服務器獲得。該服務器查詢本地構件目錄庫，如果本地構件目錄庫中沒有指定的構件資源信息，則構件目錄庫向上一級構件目錄庫提出請求；如果還得不到指定的構件資源信息，則繼續向上級構件目錄庫提出請求，直到構件根目錄庫，構件根目錄庫也可以根據該請求再將其轉向可能存在的其他下級構件目錄庫中進行查找。經過這樣分層分級的查找，如果沒有找到用戶所需的構件資源信息，則向請求方返回構件資源不存在的信息；如果在某一級構件目錄庫中有與指定的構件資源信息對應的資源記錄， 則將該記錄回傳給請求方。

由于用戶請求的構件資源可能由許多構件管理域的構件目錄庫提供，有時查詢結果返回的是一組限定個數的能提供此服務的構件信息。用戶可按順序向提供這些信息的構件目錄庫進行協商交互，如果找到一個滿足用戶請求的構件服務，則表示申請服務成功，而不再向其他構件目錄庫提交服務協商；如果這組信息的服務提供者都不能提供用戶所需的服務，那么申請失敗，整個過程結束。

圖2中構件目錄庫與本管理域中各構件資源的基本交互方式為：一般情況下，在一個管理域內構件資源數量不多時，構件目錄服務器可以通過發送廣播包，要求本域內的各構件資源響應，從而獲取各構件資源的位置信息。由于一個管理域內只設一個目錄服務器，各構件資源可以通過預先配置或DHCP(動態主機配置協議)來獲得本域中的目錄服務器地址。目錄服務器和構件資源在獲取彼此的位置信息后，目錄服務器可以定時輪詢本域中的各構件及構件庫，以一種拉的方式獲取各構件資源所提供的構件信息；各構件資源也可以在自身提供的構件發生變化時，主動向目錄服務器發出構件注冊或取消注冊的信息，從而實現構件信息的推式發布。

圖2 基于CROM_WEB模型的構件資源組織機制圖

本機制中，由于將構件服務的邏輯（構件目錄庫）與物理（構件實體）分開維護，充分體現了分治與分級負載的思想；而在資源的動態維護上，利用局部化的原理，采用構件管理域來進行資源的維護，既保證了系統的分布式、可擴展，又具有資源維護的準確性。因而從根本上解決了資源組織與查找的搜索困難、效率低和資源組織的可擴展性等問題。

3 模型及機制的驗證

在局域Web環境中，本文用Java語言實現了一個分布式構件資源管理系統。該原型系統由一臺客戶機、五臺構件資源服務器和三臺構件目錄庫服務器組成，形成一個具有兩個層次和兩個構件管理域的資源組織系統。該系統可以根據用戶圖形導航接口提出的構件搜索請求，自動搜索構件目錄庫中相關構件的描述，并依據搜索的結果直接與構件資源庫中的構件進行交互。在這里，構件資源庫中存儲的主要是JavaBeans構件。

由于構件目錄庫存儲的只是本管理域內構件資源的描述和組織信息，避免了中心式結構數據爆炸的不足，而且存儲數據量是分級、分布式管理的，提高了系統的查詢與資源維護的實時性，存儲量是可以接受的。

系統主要的查詢時間花在分布式層次構件目錄庫上，而到達構件資源庫后，所花時間僅為一個常數項，因此系統具有較高的時間效率。

通過原型系統的設計與實現，證明了依據上述模型及機制對構件資源進行組織，能夠為構件資源的發現與迅速定位提供有效的保證。整個系統的查找速度快、查全率較高，而查準率與構件目錄庫的描述有很大關系，還有待進一步改進。

4 結束語

綜上所述，本文提出了一種新的構件資源組織模型及機制，能將各種異構的構件進行統一有效的組織與管理，具有較好的資源發現與迅速定位性能和可擴展性。該模型可以充分地與人們對軟件的需求相適應，為人們便利地獲取各種構件提供的服務以及改善軟件重用提供了新的方法。但由于條件的限制，沒有進行大規模范圍的實驗，測試項目較少，而且許多實現還較簡單。因此要得到更好的實踐應用還有許多值得研究的地方。下一步還將在此研究的基礎上，進一步深入構件語義網絡理論和技術的研究。

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