用RMI實現基于Java的分布式計算
概述
隨著電力企業信息化建設的不斷深入和發展，企業內部和企業與企業之間對信息、對數據的交換量大大增加，這些信息與數據越來越需要在不同的計算機網絡間傳送和交流。同時，由于各單位、各部門之間的現存的計算機網絡硬件設備與操作系統千差萬別，應用水平也參差不齊，因此，開發出跨平臺、可移植、高效安全的網絡分布式應用來服務于電力企業，就顯得尤為重要。
在當今的編程術語里，分布式計算已經成為很常見的詞，它將企業的業務數據和程序分布在網絡的不同物理位置上，通過調動網絡上多臺計算機的處理能力，發揮遠程調用數據的功能。
遠程方法調用(Remote Method Invocation ,RMI)，可以在不同的Java虛擬機(JVM)之間實現對象與對象的通信。JVM可以位于相同或不同計算機上，在多個JVM中，一個JVM可以調用存儲在其它JVM的對象的方法。
本文主要介紹RMI的特點，分析應用RMI進行企業分布式計算的原理，以及利用RMI實現基于Java的企業分布式應用的具體步驟。
遠程方法調用(RMI)的特點
1、TCP編程的缺點
由于Java編程語言設計之初就是面向對象和支持網絡的，因此，基于對象的RMI機制已經內置在Java分布式計算平臺中。
我們經常會在網絡開發中使用TCP/IP編程，這樣，自然而然地就會涉及到Socket（套接字）編程。但是，使用Socket編程需要大量重復編碼，在復雜分布式操作時顯得非常麻煩，而且易于出錯。因此，如何快速、高效、安全、可擴展地進行網絡分布式計算，是開發者們一貫追求和倡導的主題。直到RMI的出現，這種繁雜、低效的開發情況才有很大改觀。
2、RMI編程的特點
當我們利用對象序列化在網絡上分配對象時，RMI提供了非Java平臺無法匹敵的獨特而強大的分布式計算模型，RMI主要有以下特點：
客戶機可以向本地方法一樣調用遠程服務器上的方法；
可以根據接口指定客戶機/服務器編程合約；
可以從服務器對象缺省二進制類文件，自動生成調動/反調動代碼；
將Java編程模型擴展到機器邊界(和Java虛擬機(JVM)邊界之外)，不需要任何特殊語法；
還可以和一個遠程方法調用中的數據同時傳輸行為(代碼)。
盡管RMI不是唯一的企業級遠程對象訪問方案，但它卻是最容易實現的。
3、RMI與CORBA
作為分布式應用程序框架的規范，COBRA首當其沖，它是由對象管理組織(OMG)開發的。與CORBA不同的是，CORBA能夠利用不同編程語言（例如C/C++、Basic等）開發實現分布式應用，而RMI是一種純Java解決方案。在RMI中，程序的所有部分都由Java語言編寫，這樣，開發出來的程序完全符合Java規范，便于實現跨平臺訪問、擴展和移植。按照筆者所在西北電力建設集團公司的情況看，服務器操作系統主要有Linux和Windows2000 Server，分別存在于公司和部門當中，它們是不同的系統平臺；同時，公司下屬各個工程項目部又距離很遠，近的幾十公里，遠則達到上千公里甚至位于國外，因此跨平臺和遠程訪問這兩大功能在開發企業應用系統時就必須考慮，而RMI恰恰能夠用它的自身特點來滿足編程需要。
RMI基本體系結構簡介
RMI通過TCP/IP在內部使用Socket，象其名稱暗示的那樣，它能夠幫助我們查找并執行遠程對象的方法。RMI的目的是讓位于不同JVM中的對象，在外觀及行為上都像是本地的對象。
通常，我們把調用這種遠程對象的JVM，稱為客戶機；而把包括這種遠程對象的JVM，稱為服務器。
盡管對一個遠程對象的引用和獲得對本地對象的引用有所不同，但我們可以把遠程對象像本地對象一樣使用。應用程序并不知道一個對象是遠程的還是本地的。實際上，遠程對象上被調用的方法與本地對象上調用的方法，具有相同的語法結構。
作為RMI的底層（會包含復雜的Socket操作），它會自動截獲方法調用，找到遠程對象，然后處理遠程請求。筆者認為，RMI設計的重要之處，就在于不但在設計上實現了遠程訪問功能，而且實現了設計的透明性。
RMI的基本體系結構，概括起來說，由三個抽象層組成：
1、存根/框架層(Stubs/Skeletons Layer)
RMI為我們引入了兩種特殊類型的對象，稱為存根(Stub)和框架(Skeleton),它們組成了RMI的第一層。
在遠程通信的時候，要利用TCP/IP協議，做很多底層數據的打包傳輸。運用Java分布式計算技術，我們先要把數據或者對象轉換成字節流(byte stream)，便于網絡傳輸，這個過程叫匯集(marshaling)；當收到遠程傳來的字節流后，我們要把流信息轉換成對象或者數據，這個過程叫解讀(unmarshaling),它與匯集剛好相反。
Stub和Skeleton層位于實際應用程序之下，建立在Proxy（代理）設計方案之上。Stub類的作用是遠程服務器實現的代理的角色，Stub是客戶方對象；Skeleton類用于幫助對象通過RMI鏈接與Stub通信，它從鏈路中讀取方法調用的參數，向遠程服務實現對象進行調用，接受返回值，然后再把返回值寫回到Stub。
2、遠程引用層(Remote Reference Layer)
遠程引用層定義和支持著RMI連接的調用語義(semantics)。
RMI進行遠程訪問要用到JRMP(Java Remote Method Protocol,即Java遠程方法協議)，這一層提供專用于JRMP的RemoteRef對象，它位于java.rmi.server包內，代表著遠程對象的一個句柄。RemoteRef使用遠程引用來執行遠程對象的一個遠程方法調用。
3、傳輸層(Transport Layer)
傳輸層在JVM之間建立基于流的網絡連接，并且負責設置和管理這些連接。這時候，RMI使用一種線級(wire-level)協議進行基于TCP/IP的連接，該協議就是Java遠程方法協議(JRMP,即Java Remote Method Protocol)。
在JDK版本1.2開始，JRMP不再需要Skeleton,而是使用reflection來建立與遠程服務的連接。為了生成Stub，我們須用rmic。
當前的RMI實現中，傳輸層建立在TCP/IP基礎上，設計用于在客戶和服務器之間建立一條連接（即使聯網有障礙）。
開發的基本步驟
我們使用RMI編寫Client/Server模式(客戶/服務器)應用程序，包括6個基本步驟：
1) 定義遠程接口
2) 實現遠程接口
3) 準備遠程調用的服務器對象
4) 生成殘根Stub(客戶代理)和框架Skeleton(服務器實體)
5) 用rmiregistry找到遠程對象
6) 運行測試RMI分布式應用#p#
開發企業信息發布系統實例
在開發RMI進行分布式訪問之前，需要將各項功能模塊化，即把實際應用抽象成符合Java規范的類和接口模型，使這些類和接口之間互相協作，能實現各自獨立的功能，最后，可以把它們組合成統一的網絡Java分布式計算系統。
現在，我們就以開發公司信息發布系統為例，把主模塊(主要的類文件)的名稱暫定為InfoDistributeService(信息發布服務)，為了保持應用開發的數據一致性和清晰度，接下來涉及的其它模塊命名也將以這個模塊命名為基準。
1、定義遠程接口
Java RMI運行環境要求任何可以遠程調用的方法必須放在遠程接口中。
該遠程接口用來擴展java.rmi.Remote接口，在Java API中，可以發現它沒有任何方法，只是個標志性接口，這樣，可以讓Java運行環境（JRE）認識每個接口的特殊屬性，以便能夠遠程訪問。
因此，按照信息發布服務的命名(InfoDistributeService)，首先須將InfoDistributeRemote定義為遠程接口，同時僅放入一個供測試的方法 getRemoteInfo()來實現編碼，將所有模塊至于新建的enterprise.distribute包中，代碼如下：
- // -----------InfoDistributeRemote.java-------------------
- package enterprise. distribute;
- import java.rmi.Remote;
- import java.rmi.RemoteException;
- public interface InfoDistributeRemote extends Remote{
- public String getRemoteInfo() throws RemoteException;
- }
2、實現遠程接口
這是一個實現遠程對象的類。如果實現了遠程接口，就能夠覆蓋(override)該對象中的所有方法，因此，遠程對象的實現類將真正包含我們希望導出的方法的代碼。
在遠程信息發布系統中，我們至少實現一個遠程接口的對象，它就是遠程可訪問的對象。這里，InfoDistributeService類可以為我們生成遠程可訪問對象的實例：
- // -----------InfoDistributeService.java------------------
- package enterprise. distribute;
- import java.rmi.RemoteException;
- import java.rmi.server.UnicastRemoteObject;
- public class InfoDistributeService
- extends UnicastRemoteObject implements InfoDistributeRemote{
- public InfoDistributeService() throws RemoteException{
- super();
- }
- // The return value of the method only for testing...
- public String getRemoteInfo(){
- return "Hello! I am a remote object.";
- }
- }
InfoDistributeService類實現遠程接口InfoDistributeRemote，并繼承java.rmi.server.UnicastRemoteObject。由于符
Java 2 Enterprise Edition（J2EE）遠程方法調用（Remote Method Invocation，RMI）框架允許你創建透明的、分布式的服務和應用程序。基于RMI的應用程序由Java對象構成，這些對象相互調用，同時忽略對方的位置。換言之，一個Java對象可調用另一個虛擬機上的某個Java對象的方法，整個過程和調用同一個虛擬機上的某個Java對象的方法無異。
駐留在不同虛擬機上的對象為了相互獲得引用，可以使用RMI的查找服務，或者將對象引用作為方法調用的一個參數或者返回值來接收。參數和返回值借助Java的對象序列化機制由RMI來進行封送。
遠程對象和接口
Java提供了一個完全限定名稱為java.rmi.Remote的接口。任何對象要想參與Java分布式計算和另一個Java對象的遠程會話，就必須直接或間接地實現該接口。尤其要注意的是，任何由java.rmi.Remote接口來標識的對象都暗示著它的方法可從其他任何虛擬機進行調用。實現了java.rmi.Remote接口的對象通常稱為“遠程對象”，必須采用以下方式來聲明它的方法：
每個支持遠程調用的方法都必須在其throws子句中聲明java.rmi.RemoteException。
對于一個可遠程調用的方法，它的每個非基本（nonprimitive）參數或者返回值都必須直接或間接地聲明為實現了java.io.Serializable接口。
除了實現java.rmi.Remote接口和正確聲明任何遠程方法之外，Java分布式計算中遠程對象必須提供一個無參數的構造函數，它能引發一個java.rmi.RemoteException異常。這就保證了對象可基于一種序列化狀態來遠程構造。
遠程對象必須導出，以接收傳入的遠程方法調用。為此，你通常需要擴展java.rmi.server.UnicastRemoteObject或者java.rmi.activation.Activatable。通過對其中任何一個類進行擴展，遠程對象就可在創建時自動導出。
RMI注冊表
為了獲取對遠程對象的引用，RMI提供了名為注冊表（registry）的一個遠程對象，它將名稱與遠程對象關聯起來。RMI服務器要向注冊表注冊每一個遠程對象，以便定位和檢索對象。RMI客戶端希望調用遠程對象上的一個方法時，首先必須根據遠程對象的名稱在注冊表中定位遠程對象。如果遠程對象存在，注冊表就返回對那個對象的一個引用。然后，要使用這個引用來發出對遠程對象的方法調用。
RMI服務器
RMI采取一種客戶機/服務器結構進行通信。這意味著在RMI會話的某一端，必須有一個對象充當服務器，另一端的對象則充當客戶端。RMI服務器負責創建每個遠程對象的實例，并將每個實例和RMI注冊表中的一個名稱綁定起來。RMI服務器可以自主，這要求它實現一個main方法，避免必須依賴其他類才能執行。
由于RMI服務器可從幾乎任何主機下載和執行代碼，所以每個RMI服務器的main方法都需要安裝一個安全管理器，防止它所加載的類表現失常。下例展示了如何實例化一個安全管理器，以及如何在RMI注冊表中綁定一個對象實例：
- import java.rmi.RMISecurityManager;
- import java.rmi.Naming;
- public class SimpleRMIServer
- {
- public static void main(String[] args)
- {
- if (System.getSecurityManager() == null)
- {
- System.setSecurityManager(new RMISecurityManager());
- }
- try
- {
- TimeKeeperImplremoteObj = new TimeKeeperImpl();
- // Bind the remote object to the name "TimeKeeper"
- Naming.bind("http://HostName/TimeKeeper", remoteObj);
- System.out.println("TimeKeeper successfully bound in registry");
- }
- catch (Exception e)
- {
- System.err.println("Error binding TimeKeeper: " + e.getMessage());
- }
- }
- }
小結
本文簡單介紹了如何用RMI來隱藏遠程交互問題，使程序員能將注意力集中在其他更重要的問題上，而不必過多地考慮通信基礎結構。下一篇文章將進一步探索RMI，講解RMI客戶端如何定位遠程對象，并調用其上的方法。
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