基于消息与.Net Remoting的分布式处理架构

      分布式处理在大型企业应用系统中,最大的优势是将负载分布。通过多台服务器处理多个任务,以优化整个系统的处理能力和运行效率。分布式处理的技术核心是完成服务与服务之间、服务端与客户端之间的通信。在.Net 1.1中,可以利用Web Service或者.Net Remoting来实现服务进程之间的通信。本文将介绍一种基于消息的分布式处理架构,利用了.Net Remoting技术,并参考了CORBA Naming Service的处理方式,且定义了一套消息体制,来实现分布式处理。 

 一、消息的定义

       要实现进程间的通信,则通信内容的载体——消息,就必须在服务两端具有统一的消息标准定义。从通信的角度来看,消息可以分为两类:Request Messge和Reply Message。为简便起见,这两类消息可以采用同样的结构。

       消息的主体包括ID,Name和Body,我们可以定义如下的接口方法,来获得消息主体的相关属性:

    public interface IMessage:ICloneable
    {

         IMessageItemSequence GetMessageBody();
         string GetMessageID();
         string GetMessageName();

         void SetMessageBody(IMessageItemSequence aMessageBody);
         void SetMessageID(string aID);
         void SetMessageName(string aName);
    }

    消息主体类Message实现了IMessage接口。在该类中,消息体Body为IMessageItemSequence类型。这个类型用于Get和Set消息的内容:Value和Item:

    public interface IMessageItemSequence:ICloneable
    {       

         IMessageItem GetItem(string aName);
         void SetItem(string aName,IMessageItem aMessageItem);        

         string GetValue(string aName);   
         void SetValue(string aName,string aValue);
    }

       Value为string类型,并利用HashTable来存储Key和Value的键值对。而Item则为IMessageItem类型,同样的在IMessageItemSequence的实现类中,利用HashTable存储了Key和Item的键值对。

       IMessageItem支持了消息体的嵌套。它包含了两部分:SubValue和SubItem。实现的方式和IMessageItemSequence相似。定义这样的嵌套结构,使得消息的扩展成为可能。一般的结构如下:

       IMessage——Name
                     ——ID
                     ——Body(IMessageItemSequence)
                            ——Value
                            ——Item(IMessageItem)
                                   ——SubValue
                                   ——SubItem(IMessageItem)
                                          ——……

       各个消息对象之间的关系如下:

Distribute1.gif


       在实现服务进程通信之前,我们必须定义好各个服务或各个业务的消息格式。通过消息体的方法在服务的一端设置消息的值,然后发送,并在服务的另一端获得这些值。例如发送消息端定义如下的消息体:

          IMessageFactory factory = new MessageFactory();
           IMessageItemSequence body = factory.CreateMessageItemSequence();
           body.SetValue("name1","value1");
           body.SetValue("name2","value2");

           IMessageItem item = factory.CreateMessageItem();
           item.SetSubValue("subname1","subvalue1");
           item.SetSubValue("subname2","subvalue2");

           IMessageItem subItem1 = factory.CreateMessageItem();
           subItem1.SetSubValue("subsubname11","subsubvalue11");
           subItem1.SetSubValue("subsubname12","subsubvalue12");
           IMessageItem subItem2 = factory.CreateMessageItem();
           subItem1.SetSubValue("subsubname21","subsubvalue21");
           subItem1.SetSubValue("subsubname22","subsubvalue22");

           item.SetSubItem("subitem1",subItem1);
           item.SetSubItem("subitem2",subItem2);

           body.SetItem("item",item);

           //Send Request Message
           MyServiceClient service = new MyServiceClient("Client");
           IMessageItemSequence reply = service.SendRequest("TestService","Test1",body);

       在接收消息端就可以通过获得body的消息体内容,进行相关业务的处理。 

 二、.Net Remoting服务

       在.Net中要实现进程间的通信,主要是应用Remoting技术。根据前面对消息的定义可知,实际上服务的实现,可以认为是对消息的处理。因此,我们可以对服务进行抽象,定义接口IService:

    public interface IService
    {
         IMessage Execute(IMessage aMessage);
    }

       Execute()方法接受一条Request Message,对其进行处理后,返回一条Reply Message。在整个分布式处理架构中,可以认为所有的服务均实现该接口。但受到Remoting技术的限制,如果要实现服务,则该服务类必须继承自MarshalByRefObject,同时必须在服务端被Marshal。随着服务类的增多,必然要在服务两端都要对这些服务的信息进行管理,这加大了系统实现的难度与管理的开销。如果我们从另外一个角度来分析服务的性质,基于消息处理而言,所有服务均是对Request Message的处理。我们完全可以定义一个Request服务负责此消息的处理。

       然而,Request服务处理消息的方式虽然一致,但毕竟服务实现的业务,即对消息处理的具体实现,却是不相同的。对我们要实现的服务,可以分为两大类:业务服务与Request服务。实现的过程为:首先,具体的业务服务向Request服务发出Request请求,Request服务侦听到该请求,然后交由其侦听的服务来具体处理。

       业务服务均具有发出Request请求的能力,且这些服务均被Request服务所侦听,因此我们可以为业务服务抽象出接口IListenService:

    public interface IListenService
    {
         IMessage OnRequest(IMessage aMessage);  
    }

       Request服务实现了IService接口,并包含IListenService类型对象的委派,以执行OnRequest()方法:

    public class RequestListener:MarshalByRefObject,IService
    {
         public RequestListener(IListenService listenService)
         {
             m_ListenService = listenService;
         }

         private IListenService m_ListenService;

         #region IService Members

         public IMessage Execute(IMessage aMessage)
         {
             return this.m_ListenService.OnRequest(aMessage);
         }       

         #endregion
         public override object InitializeLifetimeService()
         {
             return null;
         }
    }

       在RequestListener服务中,继承了MarshalByRefObject类,同时实现了IService接口。通过该类的构造函数,接收IListService对象。

       由于Request消息均由Request服务即RequestListener处理,因此,业务服务的类均应包含一个RequestListener的委派,唯一的区别是其服务名不相同。业务服务类实现IListenService接口,但不需要继承MarshalByRefObject,因为被Marshal的是该业务服务内部的RequestListener对象,而非业务服务本身:

    public abstract class Service:IListenService
    {
         public Service(string serviceName)
         {
             m_ServiceName = serviceName;  
             m_RequestListener = new RequestListener(this); 
         }       

         #region IListenService Members
         public IMessage OnRequest(IMessage aMessage)
         {
             //……
         }  

         #endregion

         private string m_ServiceName;
         private RequestListener m_RequestListener;     
    }

       Service类是一个抽象类,所有的业务服务均继承自该类。最后的服务架构如下:

Distribute2.gif



       我们还需要在Service类中定义发送Request消息的行为,通过它,才能使业务服务被RequestListener所侦听。

         public IMessageItemSequence SendRequest(string aServiceName,string                                        aMessageName,IMessageItemSequence aMessageBody)
         {

             IMessage message = m_Factory.CreateMessage();
             message.SetMessageName(aMessageName);
             message.SetMessageID("");
             message.SetMessageBody(aMessageBody);

             IService service = FindService(aServiceName);
             IMessageItemSequence replyBody = m_Factory.CreateMessageItemSequence();
             if (service != null)
             {
                  IMessage replyMessage = service.Execute(message);
                  replyBody = replyMessage.GetMessageBody();          
             }
             else
             {          
                  replyBody.SetValue("result","Failure");          
             }
             return replyBody;
         }

       注意SendRequest()方法的定义,其参数包括服务名,消息名和被发送的消息主体。而在实现中最关键的一点是FindService()方法。我们要查找的服务正是与之对应的RequestListener服务。不过,在此之前,我们还需要先将服务Marshal:
         public void Initialize()
         {                                          
             RemotingServices.Marshal(this.m_RequestListener,this.m_ServiceName +  ".RequestListener");
         }

       我们Marshal的对象,是业务服务中的Request服务对象m_RequestListener,这个对象在Service的构造函数中被实例化:

       m_RequestListener = new RequestListener(this); 

       注意,在实例化的时候是将this作为IListenService对象传递给RequestListener。因此,此时被Marshal的服务对象,保留了业务服务本身即Service的指引。可以看出,在Service和RequestListener之间,采用了“双重委派”的机制。

       通过调用Initialize()方法,初始化了一个服务对象,其类型为RequestListener(或IService),其服务名为:Service的服务名 + ".RequestListener"。而该服务正是我们在SendRequest()方法中要查找的Service:

       IService service = FindService(aServiceName);

       下面我们来看看FindService()方法的实现:

         protected IService FindService(string aServiceName)
         {
             lock (this.m_Services)
             {
                  IService service = (IService)m_Services[aServiceName];
                  if (service != null)
                  {
                      return service;
                  }
                  else
                  {
                      IService tmpService = GetService(aServiceName);
                      AddService(aServiceName,tmpService);
                      return tmpService;
                  }
             }
         }

       可以看到,这个服务是被添加到m_Service对象中,该对象为SortedList类型,服务名为Key,IService对象为Value。如果没有找到,则通过私有方法GetService()来获得:

         private IService GetService(string aServiceName)
         {
             IService service = (IService)Activator.GetObject(typeof(RequestListener),
                  "tcp://localhost:9090/" + aServiceName + ".RequestListener");
             return service;
         }

       在这里,Channel、IP、Port应该从配置文件中获取,为简便起见,这里直接赋为常量。

       再分析SendRequest方法,在找到对应的服务后,执行了IService的Execute()方法。此时的IService为RequestListener,而从前面对RequestListener的定义可知,Execute()方法执行的其实是其侦听的业务服务的OnRequest()方法。

       我们可以定义一个具体的业务服务类,来分析整个消息传递的过程。该类继承于Service抽象类:

    public class MyService:Service
    {
         public MyService(string aServiceName):base(aServiceName)
         {}          
    }

       假设把进程分为服务端和客户端,那么对消息处理的步骤如下:

 1、 在客户端调用MyService的SendRequest()方法发送Request消息;
 2、 查找被Marshal的服务,即RequestListener对象,此时该对象应包含对应的业务服务对象MyService;
 3、 在服务端调用RequestListener的Execute()方法。该方法则调用业务服务MyService的OnRequest()方法。

在这些步骤中,除了第一步在客户端执行外,其他的步骤均是在服务端进行。
 

 三、业务服务对于消息的处理

       前面实现的服务架构,已经较为完整地实现了分布式的服务处理。但目前的实现,并未体现对消息的处理。我认为,对消息的处理,等价与具体的业务处理。这些业务逻辑必然是在服务端完成。每个服务可能会处理单个业务,也可能会处理多个业务。并且,服务与服务之间仍然存在通信,某个服务在处理业务时,可能需要另一个服务的业务行为。也就是说,每一种类的消息,处理的方式均有所不同,而这些消息的唯一标识,则是在SendRequest()方法已经有所体现的aMessageName。

       虽然,处理的消息不同,所需要的服务不同,但是根据我们对消息的定义,我们仍然可以将这些消息处理机制抽象为一个统一的格式;在.Net中,体现这种机制的莫过于委托delegate。我们可以定义这样的一个委托:

       public delegate void RequestHandler(string aMessageName,IMessageItemSequence aMessageBody,ref IMessageItemSequence aReplyMessageBody);

       在RequestHandler委托中,它代表了这样一族方法:接收三个入参,aMessageName,aMessageBody,aReplyMessageBody,返回值为void。其中,aMessageName代表了消息名,它是消息的唯一标识;aMessageBody是待处理消息的主体,业务所需要的所有数据都存储在aMessageBody对象中。aReplyMessageBody是一个引用对象,它存储了消息处理后的返回结果,通常情况下,我们可以用<"result","Success">或<"result", "Failure">来代表处理的结果是成功还是失败。

       这些委托均在服务初始化时被添加到服务类的SortedList对象中,键值为aMessageName。所以我们可以在抽象类中定义如下方法:     

         protected abstract void AddRequestHandlers();
         protected void AddRequestHandler(string aMessageName,RequestHandler handler)
         {
             lock (this.m_EventHandlers)
             {
                  if (!this.m_EventHandlers.Contains(aMessageName))
                  {
                      this.m_EventHandlers.Add(aMessageName,handler);
                  }
             }
         }

         protected RequestHandler FindRequestHandler(string aMessageName)
         {
             lock (this.m_EventHandlers)
             {
                  RequestHandler handler = (RequestHandler)m_EventHandlers[aMessageName];
                  return handler;
             }
         }       

       AddRequestHandler()用于添加委托对象与aMessageName的键值对,而FindRequestHandler()方法用于查找该委托对象。而抽象方法AddRequestHandlers()则留给Service的子类实现,简单的实现如MyService的AddRequestHandlers()方法:

    public class MyService:Service
    {
         public MyService(string aServiceName):base(aServiceName)
         {}

         protected override void AddRequestHandlers()
         {
             this.AddRequestHandler("Test1",new RequestHandler(Test1));
             this.AddRequestHandler("Test2",new RequestHandler(Test2));
         }

         private void Test1(string aMessageName,IMessageItemSequence aMessageBody,ref  IMessageItemSequence aReplyMessageBody)
         {
             Console.WriteLine("MessageName:{0}\n",aMessageName);
             Console.WriteLine("MessageBody:{0}\n",aMessageBody);
             aReplyMessageBody.SetValue("result","Success");
         }

         private void Test2(string aMessageName,IMessageItemSequence aMessageBody,ref   IMessageItemSequence aReplyMessageBody)
         {
             Console.WriteLine("Test2" + aMessageBody.ToString());
         }
    }

       Test1和Test2方法均为匹配RequestHandler委托签名的方法,然后在AddRequestHandlers()方法中,通过调用AddRequestHandler()方法将这些方法与MessageName对应起来,添加到m_EventHandlers中。

       需要注意的是,本文为了简要的说明这种处理方式,所以简化了Test1和Test2方法的实现。而在实际开发中,它们才是实现具体业务的重要方法。而利用这种方式,则解除了服务之间依赖的耦合度,我们随时可以为服务添加新的业务逻辑,也可以方便的增加服务。

       通过这样的设计,Service的OnRequest()方法的最终实现如下所示:

         public IMessage OnRequest(IMessage aMessage)
         {
             string messageName = aMessage.GetMessageName();
             string messageID = aMessage.GetMessageID();
             IMessage message = m_Factory.CreateMessage();

             IMessageItemSequence replyMessage = m_Factory.CreateMessageItemSequence();
             RequestHandler handler = FindRequestHandler(messageName);
             handler(messageName,aMessage.GetMessageBody(),ref replyMessage);

             message.SetMessageName(messageName);
             message.SetMessageID(messageID);
             message.SetMessageBody(replyMessage);

             return message;
         }

       利用这种方式,我们可以非常方便的实现服务间通信,以及客户端与服务端间的通信。例如,我们分别在服务端定义MyService(如前所示)和TestService:

    public class TestService:Service
    {
         public TestService(string aServiceName):base(aServiceName)
         {}

         protected override void AddRequestHandlers()
         {
             this.AddRequestHandler("Test1",new RequestHandler(Test1));         
         }

         private void Test1(string aMessageName,IMessageItemSequence aMessageBody,ref  IMessageItemSequence aReplyMessageBody)
         {           
             aReplyMessageBody = SendRequest("MyService",aMessageName,aMessageBody);
             aReplyMessageBody.SetValue("result2","Success");
         }

    }

       注意在TestService中的Test1方法,它并未直接处理消息aMessageBody,而是通过调用SendRequest()方法,将其传递到MyService中。

       对于客户端而言,情况比较特殊。根据前面的分析,我们知道除了发送消息的操作是在客户端完成外,其他的具体执行都在服务端实现。所以诸如MyService和TestService等服务类,只需要部署在服务端即可。而客户端则只需要定义一个实现Service的空类即可:

    public class MyServiceClient:Service
    {
        public MyServiceClient(string aServiceName):base(aServiceName)
         {}

         protected override void AddRequestHandlers()
         {}
    }

       MyServiceClient类即为客户端定义的服务类,在AddRequestHandlers()方法中并不需要实现任何代码。如果我们在Service抽象类中,将AddRequestHandlers()方法定义为virtual而非abstract方法,则这段代码在客户端服务中也可以省去。另外,客户端服务类中的aServiceName可以任意赋值,它与服务端的服务名并无实际联系。至于客户端具体会调用哪个服务,则由SendRequest()方法中的aServiceName决定:

           IMessageFactory factory = new MessageFactory();
           IMessageItemSequence body = factory.CreateMessageItemSequence();
           //……
           MyServiceClient service = new MyServiceClient("Client");
           IMessageItemSequence reply = service.SendRequest("TestService","Test1",body);

       对于service.SendRequest()的执行而言,会先调用TestService的Test1方法;然后再通过该方法向MyService发送,最终调用MyService的Test1方法。

       我们还需要另外定义一个类,负责添加服务,并初始化这些服务:

    public class Server
    {
         public Server()
         {
             m_Services = new ArrayList();
         }
         private ArrayList m_Services;    
         public void AddService(IListenService service)
         {
             this.m_Services.Add(service);
         }

         public void Initialize()
         {  

             IDictionary tcpProp = new Hashtable();
             tcpProp["name"] = "tcp9090";
             tcpProp["port"] = 9090;

             TcpChannel channel = new TcpChannel(tcpProp,new                                             BinaryClientFormatterSinkProvider(),new BinaryServerFormatterSinkProvider());           
             ChannelServices.RegisterChannel(channel);
             foreach (Service service in m_Services)
             {
                  service.Initialize();
             }           
         }
    }

       同理,这里的Channel,IP和Port均应通过配置文件读取。最终的类图如下所示:

Distribute3.gif


       在服务端,可以调用Server类来初始化这些服务:
      static void Main(string[] args)
         {  
             MyService service = new MyService("MyService");
             TestService service1 = new TestService("TestService");
 

             Server server = new Server();
             server.AddService(service);
             server.AddService(service1);

             server.Initialize();
             Console.ReadLine();
         }


 四、结论

       利用这个基于消息与.Net Remoting技术的分布式架构,可以将企业的业务逻辑转换为对消息的定义和处理。要增加和修改业务,就体现在对消息的修改上。服务间的通信机制则完全交给整个架构来处理。如果我们将每一个委托所实现的业务(或者消息)理解为Contract,则该结构已经具备了SOA的雏形。当然,该架构仅仅处理了消息的传递,而忽略了对底层事件的处理(类似于Corba的Event Service),这个功能我想留待后面实现。

       唯一遗憾的是,我缺乏验证这个架构稳定性和效率的环境。应该说,这个架构是我们在企业项目解决方案中的一个实践。但是解决方案则是利用了CORBA中间件,在Unix环境下实现并运行。本架构仅仅是借鉴了核心的实现思想和设计理念,从而完成的在.Net平台下的移植。由于Unix与Windows Server的区别,其实际的优势还有待验证。

posted @ 2005-11-22 15:47 张逸 阅读(...) 评论(...)  编辑 收藏