Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｆａｃａｄｅ在分布式系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

摘 要：討論一種J2EE設(shè)計(jì)模式Session Facade在分布式系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)中的使用，進(jìn)一步針對(duì)分布式系統(tǒng)并行處理的復(fù)雜性，結(jié)合Singleton模式提出對(duì)Session Facade的一種改進(jìn)方法。通過設(shè)計(jì)模式的改進(jìn)可以顯著提高某一個(gè)領(lǐng)域內(nèi)系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的效率，能夠有效增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性、數(shù)據(jù)完整性、性能、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)巫幽Ｊ剑?會(huì)話門面； 分布式； 并行計(jì)算

中圖分類號(hào)：TP311.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-373X(2008)10-054-03

Research and Application on Session Facade in Distributed System

SHI Liang

(School of ElectronicInformation，Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang，212003，China)

Abstract：Design pattern is the elegant solution to common problems in software design.The application of a type of J2EE design pattern-Session Facade is discussed.Combined with Singleton，a method to improve Session Facade for the complexity of parallel programming is put forward.The efficiency of developing and designing a system of a specified domain can be improved remarkably by design pattern，therefore it can enhance numerous aspects of the system，including security，data integrity，manageability，and scalability.

Keywords：singleton;session facade;distributed;parallel computing

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的需要，分布式應(yīng)用軟件系統(tǒng)的開發(fā)逐漸成為軟件界關(guān)注的焦點(diǎn)。為此，Microsoft在Visual C++的基礎(chǔ)上推出了C# ;Sun也在Java 2的基礎(chǔ)上推出了J2EE，C#是J2EE的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，不過就分布式應(yīng)用程序的開發(fā)平臺(tái)來講，目前大部分軟件開發(fā)人員還是傾向于J2EE。而各種J2EE設(shè)計(jì)模式的出現(xiàn)更是為系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)提供了極為方便的解決方案，多種模式的組合顯著提高了系統(tǒng)開發(fā)的效率和性能^[1，2]。與單進(jìn)程或單線程應(yīng)用程序比較，分布式應(yīng)用程序有他自身的特點(diǎn)。分布式的體系結(jié)構(gòu)以及多層之間的通信會(huì)帶來很多性能問題^[3]。本文將對(duì)文獻(xiàn)［4］中的Session Facade設(shè)計(jì)模式在分布式系統(tǒng)開發(fā)中的設(shè)計(jì)使用進(jìn)行討論，最后針對(duì)并行計(jì)算結(jié)合Singleton模式提出一種改進(jìn)方法，展示了正確的設(shè)計(jì)Session Facade設(shè)計(jì)模式并針對(duì)特殊情況對(duì)其改進(jìn)后應(yīng)用到分布式應(yīng)用程序開發(fā)中，提高開發(fā)效率的同時(shí)還提高了系統(tǒng)的性能。

1 Session Facade（會(huì)話門面）模式

客戶端可以直接通過網(wǎng)絡(luò)訪問參與工作流的業(yè)務(wù)對(duì)象，如圖1所示，這樣處理時(shí)存在著幾個(gè)問題：

（1） 當(dāng)依靠RMI-IIOP技術(shù)進(jìn)行跨越網(wǎng)絡(luò)的調(diào)用時(shí)，系統(tǒng)性能會(huì)受到極大影響。如果一個(gè)客戶端需要2個(gè)業(yè)務(wù)對(duì)象的信息（例如說賬戶余額和賬戶所有者姓名），則將需要2個(gè)遠(yuǎn)程方法調(diào)用。當(dāng)存在著大量的客戶端，而每個(gè)客戶端又需要調(diào)用多個(gè)業(yè)務(wù)對(duì)象時(shí)，這種細(xì)粒度的網(wǎng)絡(luò)調(diào)用就會(huì)成倍的增加，系統(tǒng)性能就會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)負(fù)載而降低。

（2） 更重要的是，如果允許 客戶端直接訪問業(yè)務(wù)對(duì)象，那么就要求客戶端了解業(yè)務(wù)對(duì)象的內(nèi)部方法，這樣就把業(yè)務(wù)模型的細(xì)節(jié)不適當(dāng)?shù)乇┞督o客戶端，從而增加了客戶端與業(yè)務(wù)對(duì)象之間的耦合度。當(dāng)業(yè)務(wù)對(duì)象的方法做了改動(dòng)時(shí)，調(diào)用他的客戶端的程序也要進(jìn)行相應(yīng)的修改。這樣做就違背了EJB的設(shè)計(jì)中要求具有良好的可移植性的原則。

Session Facade^[4]模式為避免這些問題提供了很好的解決方案。Facade^[5]模式描述為：“為子系統(tǒng)中的一套接口提供了一個(gè)統(tǒng)一的接口。Facade 定義了一個(gè)更高層次的接口，使子系統(tǒng)更容易使用。” 在EJB設(shè)計(jì)中，Session Facade是應(yīng)用最廣泛的設(shè)計(jì)模式。他應(yīng)用Session Bean實(shí)現(xiàn)Facade模式的思想，把構(gòu)成子系統(tǒng)的一套業(yè)務(wù)對(duì)象“包裝”在Session Bean中。這樣，Session Facade作為客戶端訪問業(yè)務(wù)對(duì)象的攔截器，屏蔽了業(yè)務(wù)對(duì)象。EJB客戶端訪問Session Bean代替訪問業(yè)務(wù)對(duì)象，當(dāng)一個(gè)EJB客戶端需要調(diào)用多個(gè)業(yè)務(wù)對(duì)象的方法時(shí)，他只需要進(jìn)行一次粗粒度的遠(yuǎn)程方法調(diào)用，將請(qǐng)求送給Session Facade，再由Session Facade通過本地方法調(diào)用，調(diào)用相應(yīng)的業(yè)務(wù)對(duì)象，執(zhí)行其方法。這樣就減輕了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，提高了系統(tǒng)性能。如圖2所示。

2 Session Facade模式的設(shè)計(jì)應(yīng)用

在實(shí)現(xiàn)Session Facade時(shí)，首先必須決定門面的Session Bean究竟是有狀態(tài)的還是無(wú)狀態(tài)的，這一點(diǎn)必須根據(jù)Session Facade為了完成用例請(qǐng)求所要實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)過程來決定。 

無(wú)狀態(tài)會(huì)話門面 使用stateless session bean 來代表公用的服務(wù)流程，這種服務(wù)流程只需要執(zhí)行一次方法調(diào)用就能完成服務(wù)。因此在設(shè)計(jì)會(huì)話門面前，先對(duì)用例和應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行考察。如果用例是無(wú)會(huì)話的，那么客戶端只需要啟動(dòng)該用例，調(diào)用會(huì)話門面上的一個(gè)方法即可。方法調(diào)用完成了，用例也就完成了。無(wú)需在多次方法調(diào)用之間保存會(huì)話狀態(tài)。

有狀態(tài)會(huì)話門面 使用stateful session bean代表區(qū)分個(gè)體的，短期的工作流程。這種工作流程需要多次方法調(diào)用才能完成任務(wù)，在客戶端的多次方法調(diào)用之間，必須保存會(huì)話狀態(tài)。在這種應(yīng)用場(chǎng)景下，使用有狀態(tài)的session bean實(shí)現(xiàn)會(huì)話門面。

在下面的應(yīng)用范例中，可以看到session facade本身只包含很少的業(yè)務(wù)邏輯，他把各種細(xì)粒度的交互集中到少數(shù)粗粒度的方法中，從而控制客戶端對(duì)業(yè)務(wù)對(duì)象的訪問，并且當(dāng)業(yè)務(wù)對(duì)象的方法改動(dòng)時(shí)，只需要修改Session Bean，而客戶端可以保持不變。這就減少了客戶端和業(yè)務(wù)對(duì)象之間的耦合度，同時(shí)客戶端也不必管理事務(wù)的細(xì)節(jié)。

客戶端層：



class clientHelper{ 

public Object Init(String JNDIName) { 

InitialContext cntxt = new InitialContext( );

return cntxt.lookup(JNDIName);



} 

public myEjbProxy getProxySession(int UID){ 

//這里返回會(huì)話門面的遠(yuǎn)程對(duì)象 



Object ref=Init(\"java:comp/env/ejb/myEjbProxy\");

myEjbProxyHome myProxyHome= (myEjbProxyHome )PortableRemoteObject.narrow(ref，myEjbProxyHome.class);

return myProxyHome.create(UID);

} 



public CartItem getCartItem(int UID){ 

// 獲得會(huì)話門面myEjbProxy，這是一個(gè)有狀態(tài)的門面 

myEjbProxy theproxy = getProxySession(UID);

return theproxy.getCartItem();

} 

…

…

} 

會(huì)話門面:



public class myEjbProxyBean implements SessionBean{ 

…

…

public CartItem getCartItem(){ 

//調(diào)用實(shí)體bean中的方法 

} 

}

3 并行計(jì)算中對(duì)Session Facade模式的改進(jìn) 

對(duì)分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)一步分析，目前大多數(shù)分布式系統(tǒng)（特別是中等粒度或粗粒度的應(yīng)用）采用的都是常見的并行處理技術(shù)，如任務(wù)池（task-term）或者分治法（divide and conquer）^[6]，但是采用這些方法開發(fā)系統(tǒng)，處理并行的代碼會(huì)和同步、通信處理的代碼緊緊交織在一起，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，更不符合當(dāng)前可重用軟件松耦合的要求。

原有的會(huì)話門面模式作為一種遠(yuǎn)程連接的集成抽象，并不能獨(dú)自的解決這個(gè)問題，不管是有狀態(tài)會(huì)話還是無(wú)狀態(tài)會(huì)話都需要借助EJB容器具有的集群功能實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制，通過對(duì)home-is-clusterable，stateless-bean-is-clusterable，stateless-bean-load-algorithm和 stateless-bean-is-clusterableparameter等參數(shù)的設(shè)置提供負(fù)載平衡的功能。這就大大提高了系統(tǒng)的復(fù)雜度，更主要的是這使得系統(tǒng)的并行處理完全依賴于EJB容器，對(duì)于那些具有遺留系統(tǒng)的分布式應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，如何處理會(huì)話門面之后的對(duì)象的并發(fā)訪問就成了問題。在這種情況下，引入了單子模式（Singleton）^[5]。

3.1 單子模式（Singleton）

Singleton模式是一種單線程的設(shè)計(jì)模式，主要作用是保證在Java應(yīng)用程序中，一個(gè)類Class只有一個(gè)實(shí)例存在，這樣就可以避免并發(fā)沖突。singleton能夠被狀態(tài)化;這樣，多個(gè)單態(tài)類在一起就可以作為一個(gè)狀態(tài)倉(cāng)庫(kù)一樣向外提供服務(wù)；另外方面，Singleton也能夠被無(wú)狀態(tài)化。Singleton類似于全局對(duì)象。但是實(shí)際上，并不能用全局對(duì)象代替Singleton模式，這是因?yàn)椋浩湟唬罅渴褂萌謱?duì)象會(huì)使得程序質(zhì)量降低。其二，全局對(duì)象的方法并不能阻止人們將一個(gè)類實(shí)例化多次：除了類的全局實(shí)例外，開發(fā)人員仍然可以通過類的構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建類的多個(gè)局部實(shí)例，從而用于多線程的應(yīng)用程序。而Singleton模式則通過從根本上控制類的創(chuàng)建，將“保證只有一個(gè)實(shí)例”這個(gè)任務(wù)交給了類本身，開發(fā)人員不可能再有其他途徑得到類的多個(gè)實(shí)例。這一點(diǎn)是全局對(duì)象方法與Singleton模式的根本區(qū)別。使用Singleton可以節(jié)省內(nèi)存，因?yàn)樗拗屏藢?shí)例的個(gè)數(shù)，有利于Java垃圾回收（garbage collection）。

3.2 Session Facade模式與Singleton的結(jié)合

將單子模式作為Session Facade模式的一個(gè)模塊，改進(jìn)后的Session Facade模式可以稱為DPSF(Distributed Processing Session Facade)，模式內(nèi)包括接口，負(fù)責(zé)輸入輸出，還包括多個(gè)連接，每條連接都可以把他看作是一個(gè)singleton的復(fù)制（replicate）(見圖3)，可以處理一個(gè)進(jìn)程，正好對(duì)應(yīng)于單線程編程的業(yè)務(wù)對(duì)象。門面的接口從客戶端得到輸入，通過負(fù)載平衡的算法分配到對(duì)應(yīng)的連接，該連接可能連到其他服務(wù)器上的業(yè)務(wù)對(duì)象，也可能是本機(jī)上的應(yīng)用程序，每個(gè)連接處理完返回結(jié)果到接口，依次傳遞到對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。在工作時(shí)，模式內(nèi)的每條連接都處于循環(huán)服務(wù)方式（service-loop），通過端口等待輸入，接收到輸入的信息后，將輸入傳遞給對(duì)應(yīng)的Singleton，處理完后從原端口返回結(jié)果，創(chuàng)建實(shí)例，建立連接（見圖4）。

外部經(jīng)常通過調(diào)用靜態(tài)方法Singleton.getInstance( )訪問單態(tài)類。用Singleton實(shí)現(xiàn)多線程的并發(fā)控制，實(shí)例延遲初始化（lazy initialization）的創(chuàng)建步驟是個(gè)關(guān)鍵的問題，通常可將該方法包含在并發(fā)處理的代碼中。DPSF中Singleton的實(shí)現(xiàn)方法如下：

public class Singleton {

private Singleton( ){ }

//注意這是private 只供內(nèi)部調(diào)用

public static synchronized Singleton getInstance( )

{

if ( instance = = 1 )

{

//多線程應(yīng)用中的關(guān)鍵

instance = new Singleton( );

}

return instance;

}

} 

沒有實(shí)際訪問該實(shí)例的時(shí)候，就可以避免創(chuàng)建實(shí)例，防止浪費(fèi)資源。

4 結(jié) 語(yǔ)

位于業(yè)務(wù)層的Session Facade 模式對(duì)于用J2EE設(shè)計(jì)分布式系統(tǒng)非常重要，提高了性能、降低了耦合性、使系統(tǒng)的層次更加清楚，而改進(jìn)后的DPSF針對(duì)并行計(jì)算抽象并行處理的技術(shù)，并且在艦船綜合后勤保障計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)中得到應(yīng)用，取得很好的效果。他避免了對(duì)J2EE服務(wù)器過度的依賴，尤其針對(duì)具有遺留系統(tǒng)的分布式應(yīng)用程序的開發(fā)具有重要意義，而且作為一種可復(fù)用的模式，在改善系統(tǒng)性能的同時(shí)，使開發(fā)人員僅需提供一些應(yīng)用專有的程序和節(jié)點(diǎn)間傳送數(shù)據(jù)和結(jié)果的通信代碼，大大提高系統(tǒng)開發(fā)的效率和可靠性。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］曾文，章小芳.基于多設(shè)計(jì)模式在J2EE項(xiàng)目中的應(yīng)用研究［J］.微計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2005，26(1):110-112.

［2］許文雨，申曉龍，譚獻(xiàn)海.J2EE設(shè)計(jì)模式的研究與應(yīng)用［J］.成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，20(4):402-406.

［3］Hansen P Brinch.Search for Simplicity:Essays in Parallel Programming［J］.IEEE Computer Society Press，1996:422-446.

［4］Deepak Alur，John Crupi，Dan Malks.Core J2EE(tm)Patterns:Best Practices and Design Strategies\\[M\\].Second Edition.Prentice Hall PTR，2003.

［5］Erich Gamma，Richard Helms，Ralph Johnson，et al.Design Patterns:Elements of Reusable Object-Oriented Design ［M］.Addison-Wesley，1995.

［6］Andrews G，Schneider F B.Concepts and Notations for Concurrent Programming［J］.ACM Computing Surveys，1983，15(1).

作者簡(jiǎn)介 石 亮 女，1981年出生，江蘇鎮(zhèn)江人，助教。主要從事軟件工程理論與應(yīng)用的研究。