消息中間件原理及JMS簡介之一

作者：orangelizq

摘要：

       現(xiàn)今，越來越多的企業(yè)面臨著各種各樣的數(shù)據(jù)集成和系統(tǒng)整合，CORBA、DCOM、RMI等RPC中間件技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，但由于采用RPC同步處理技術(shù)，在性能、健壯性、可擴(kuò)展性上都存在著諸多缺點(diǎn)。而基于消息的異步處理模型采用非阻塞的調(diào)用特性，發(fā)送者將消息發(fā)送給消息服務(wù)器，消息服務(wù)器在合適的時(shí)候再將消息轉(zhuǎn)發(fā)給接收者；發(fā)送和接收是異步的，發(fā)送者無需等待，二者的生命周期也可以不必相同，而且發(fā)送者可以將消息間接傳給多個(gè)接收者，大大提高了程序的性能、可擴(kuò)展性及健壯性，這使得異步處理模型在分布式應(yīng)用上比起同步處理模型更具有吸引力。^[5]

       本文首先介紹了消息中間件的原理，然后介紹了目前流行的消息中間件產(chǎn)品和一些開源實(shí)現(xiàn)。最后詳細(xì)分析了SUN及其伙伴公司提出的旨在統(tǒng)一各種消息中間件系統(tǒng)接口的規(guī)范(JMS)。

關(guān)鍵字：消息中間件，JMS，點(diǎn)對點(diǎn)，發(fā)布/訂閱

一、中間件簡介

1.1 中間件的定義

中間件(middleware)是基礎(chǔ)軟件的一大類，屬于可復(fù)用的軟件范疇。中間件在操作系統(tǒng)軟件，網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫之上，應(yīng)用軟件之下，總的作用是為處于自己上層的應(yīng)用軟件提供運(yùn)行于開發(fā)的環(huán)境，幫助用戶靈活、高效的開發(fā)和集成復(fù)雜的應(yīng)用軟件。^[1]

IDC對中間件的定義為：中間件是一種獨(dú)立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，分布式應(yīng)用軟件借助這種軟件在不同的技術(shù)之間共享資源，中間件定位于客戶機(jī)服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上，管理計(jì)算機(jī)資源和網(wǎng)絡(luò)通信。

因而中間件是指一類軟件，是基于分布式處理的軟件，最突出的特點(diǎn)是其網(wǎng)絡(luò)通信功能。也可認(rèn)為中間件是位于平臺(tái)和應(yīng)用之間的通用服務(wù)，這些服務(wù)具有標(biāo)準(zhǔn)的程序接口和協(xié)議。針對不同的操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)，可以有符合接口和協(xié)議的多種實(shí)現(xiàn)。^[1]

圖1.1 中間件

1.2 中間件的分類

按照IDC的分類方法，中間件可分為六類：^[1]

1)        終端仿真/屏幕轉(zhuǎn)換

2)        數(shù)據(jù)訪問中間件（UDA）

3)        遠(yuǎn)程過程調(diào)用中間件（RPC）

4)        消息中間件（MOM）

5)        交易中間件（TPM）

6)        對象中間件

    然而在實(shí)際應(yīng)用中，一般將中間件分為兩大類：一類是底層中間件，用于支撐單個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)或解決一類問題，包括交易中間件、應(yīng)用服務(wù)器、消息中間件、數(shù)據(jù)訪問中間件等；另一類是高層中間件，更多的用于系統(tǒng)整合，包括企業(yè)應(yīng)用集成中間件、工作流中間件、門戶中間件等，他們通常會(huì)與多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)打交道，在系統(tǒng)中層次較高，并大多基于前一類的底層中間件運(yùn)行。

1.2.1 終端仿真/屏幕轉(zhuǎn)換

此類中間件用于實(shí)現(xiàn)客戶機(jī)圖形用戶接口與已有的字符接口方式的服務(wù)器應(yīng)用程序之間的互操作，應(yīng)用與早期的大型機(jī)系統(tǒng)，現(xiàn)在已很少使用。

1.2.2 數(shù)據(jù)訪問中間件

此類中間件是為了建立數(shù)據(jù)應(yīng)用資源互操作的模式，對異構(gòu)環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫或文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)接。

1.2.3 遠(yuǎn)程過程調(diào)用中間件

此類中間件可以使開發(fā)人員在需要時(shí)調(diào)用位于遠(yuǎn)端服務(wù)器上的過程，屏蔽了在調(diào)用過程中的通信細(xì)節(jié)。一個(gè)應(yīng)用程序使用RPC來遠(yuǎn)程執(zhí)行一個(gè)位于不同地址空間里的過程，在效果上看和執(zhí)行本地調(diào)用相同。

1.2.4 交易中間件

此類中間件是專門針對聯(lián)機(jī)交易系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。聯(lián)機(jī)交易系統(tǒng)需要處理大量并發(fā)進(jìn)程，處理并發(fā)涉及到操作系統(tǒng)，文件系統(tǒng)，編程語言，數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，系統(tǒng)管理，應(yīng)用軟件等。而交易中間件根據(jù)分布式交易處理的標(biāo)準(zhǔn)及參考模型，對資源管理，交易管理和應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，從而使得基于交易中間件開發(fā)應(yīng)用程序更為簡單。交易中間件基本上只適用于聯(lián)機(jī)交易系統(tǒng)，是一種較為專用的中間件。

1.2.5 消息中間件

此類中間件是指利用高效可靠的消息傳遞機(jī)制進(jìn)行平臺(tái)無關(guān)的數(shù)據(jù)交流，并基于數(shù)據(jù)通信來進(jìn)行分布式系統(tǒng)的集成。通過提供消息傳遞和消息排隊(duì)模型，它可以在分布式環(huán)境下擴(kuò)展進(jìn)程間的通信。

消息中間件可以即支持同步方式，又支持異步方式。異步中間件比同步中間件具有更強(qiáng)的容錯(cuò)性，在系統(tǒng)故障時(shí)可以保證消息的正常傳輸。異步中間件技術(shù)又分為兩類：廣播方式和發(fā)布/訂閱方式。由于發(fā)布/訂閱方式可以指定哪種類型的用戶可以接受哪種類型的消息，更加有針對性，事實(shí)上已成為異步中間件的非正式標(biāo)準(zhǔn)。目前主流的消息中間件產(chǎn)品有IBM的MQSeries，BEA的MessageQ和Sun的JMS等^[1]。

1.2.6 對象中間件

傳統(tǒng)的對象技術(shù)通過封裝、繼承及多態(tài)提供了良好的代碼重用功能。但這些對象只存在與一個(gè)程序中，外界并不知道它們的存在，也無法訪問它們。對象中間件提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建框架，能使不同廠家的軟件通過不同的地址空間，網(wǎng)絡(luò)和操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交互訪問。對象中間件的目標(biāo)是為軟件用戶及開發(fā)者提供一種應(yīng)用級的即插即用的互操作性。目前主流的對象中間件有OMG的CORBA，Microsoft 的COM以及IBM的SOM，Sun的RMI等。

1.3 中間件的特點(diǎn)

一般來講，中間件具有以下一些特點(diǎn)：滿足大量應(yīng)用的需求，運(yùn)行于多種硬件和操作系統(tǒng)平臺(tái)，支持分布式計(jì)算，支持標(biāo)準(zhǔn)接口和協(xié)議。開發(fā)人員通過調(diào)用中間件提供的大量API，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)環(huán)境的通信，從而屏蔽異構(gòu)系統(tǒng)中復(fù)雜的操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

由于標(biāo)準(zhǔn)接口對于可移植性和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議對于互操作性的重要性，中間件已成為許多標(biāo)準(zhǔn)化工作的主要部分。分布式應(yīng)用軟件借助中間件可以在不同的技術(shù)之間共享資源。

總的來說，中間件屏蔽了底層操作系統(tǒng)的復(fù)雜性，使程序開發(fā)人員面對一個(gè)簡單而統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境，減少了程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，將注意力集中與自己的業(yè)務(wù)上，不必再為程序在不同軟件系統(tǒng)上的移植而重復(fù)工作，從而大大減少了技術(shù)上的負(fù)擔(dān)。

二、消息中間件原理

       面向消息的中間件（MOM），提供了以松散耦合的靈活方式集成應(yīng)用程序的一種機(jī)制。它們提供了基于存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)的應(yīng)用程序之間的異步數(shù)據(jù)發(fā)送，即應(yīng)用程序彼此不直接通信，而是與作為中介的MOM通信。MOM提供了有保證的消息發(fā)送（至少是在盡可能地做到這一點(diǎn)），應(yīng)用程序開發(fā)人員無需了解遠(yuǎn)程過程調(diào)用（PRC）和網(wǎng)絡(luò)/通信協(xié)議的細(xì)節(jié)。

2.1 消息中間件簡介

       消息中間件利用高效可靠的消息傳遞機(jī)制進(jìn)行平臺(tái)無關(guān)的數(shù)據(jù)交流，并基于數(shù)據(jù)通信來進(jìn)行分布式系統(tǒng)的集成。通過提供消息傳遞和消息排隊(duì)模型，它可以在分布式環(huán)境下擴(kuò)展進(jìn)程間的通信。

       消息中間件適用于需要可靠的數(shù)據(jù)傳送的分布式環(huán)境。采用消息中間件機(jī)制的系統(tǒng)中，不同的對象之間通過傳遞消息來激活對方的事件，完成相應(yīng)的操作。發(fā)送者將消息發(fā)送給消息服務(wù)器，消息服務(wù)器將消息存放在若干隊(duì)列中，在合適的時(shí)候再將消息轉(zhuǎn)發(fā)給接收者。消息中間件能在不同平臺(tái)之間通信，它常被用來屏蔽掉各種平臺(tái)及協(xié)議之間的特性，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序之間的協(xié)同，其優(yōu)點(diǎn)在于能夠在客戶和服務(wù)器之間提供同步和異步的連接，并且在任何時(shí)刻都可以將消息進(jìn)行傳送或者存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，這也是它比遠(yuǎn)程過程調(diào)用更進(jìn)一步的原因。

       如下圖所示，應(yīng)用程序A與應(yīng)用程序B通過使用 MOM 的應(yīng)用程序編程接口（API）發(fā)送消息進(jìn)行通信。

   MOM將消息路由給應(yīng)用程B，這樣消息就可以存在于完全不同的計(jì)算機(jī)上，MOM 負(fù)責(zé)處理網(wǎng)絡(luò)通信。如果網(wǎng)絡(luò)連接不可用，MOM會(huì)存儲(chǔ)消息，直到連接變得可用時(shí)，再將消息轉(zhuǎn)發(fā)給應(yīng)用程序B。 
   靈活性的另一方面體現(xiàn)在，當(dāng)應(yīng)用程序A發(fā)送其消息時(shí)，應(yīng)用程序B甚至可以不處于執(zhí)行狀態(tài)。MOM將保留這個(gè)消息，直到應(yīng)用程序B開始執(zhí)行并試著檢索消息為止。這還防止了應(yīng)用程序A因?yàn)榈却龖?yīng)用程序B檢索消息而出現(xiàn)阻塞。 這種異步通信要求應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)與現(xiàn)在大多數(shù)應(yīng)用程序不同，不過，對于時(shí)間無關(guān)或并行處理，它可能是一個(gè)極其有用的方法。

2.2 消息中間件與分布式對象調(diào)用的比較

分布式對象調(diào)用，如CORBA，RMI和DCOM，提供了一種通訊機(jī)制，透明地在異構(gòu)的分布式計(jì)算環(huán)境中傳遞對象請求，而這些對象可以位于本地或遠(yuǎn)程機(jī)器。它通過在對象與對象之間提供一種統(tǒng)一的接口，使對象之間的調(diào)用和數(shù)據(jù)共享不再關(guān)心對象的位置、實(shí)現(xiàn)語言及所駐留的操作系統(tǒng)。這個(gè)接口就是面向?qū)ο蟮闹虚g件。

盡管面向?qū)ο蟮闹虚g件是一種很強(qiáng)大的規(guī)范被廣泛應(yīng)用，但是面對大規(guī)模的復(fù)雜分布式系統(tǒng)，這些技術(shù)也顯示出了局限性：

1．同步通信：客戶發(fā)出調(diào)用后，必須等待服務(wù)對象完成處理并返回結(jié)果后才能繼續(xù)執(zhí)行。

2．客戶和服務(wù)對象的生命周期緊密耦合：客戶進(jìn)程和服務(wù)對象進(jìn)程都必須正常運(yùn)行，如果由于服務(wù)對象崩潰或網(wǎng)絡(luò)故障導(dǎo)致客戶的請求不可達(dá)，客戶會(huì)接收到異常。

為了解決這些問題，出現(xiàn)了面向消息的中間件，它較好地解決了以上的問題。

消息中間件作為一個(gè)中間層軟件，它為分布式系統(tǒng)中創(chuàng)建、發(fā)送、接收消息提供了一套可靠通用的方法，實(shí)現(xiàn)了分布式系統(tǒng)中可靠的、高效的、實(shí)時(shí)的跨平臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸。消息中間件減少了開發(fā)跨平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件的復(fù)雜性，它屏蔽了不同操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的具體細(xì)節(jié)，面對規(guī)模和復(fù)雜度都越來越高的分布式系統(tǒng)，消息中間件技術(shù)顯示出了它的優(yōu)越性：

1．采用異步通信模式：發(fā)送消息者可以在發(fā)送消息后進(jìn)行其它的工作，不用等待接收者的回應(yīng)，而接收者也不必在接到消息后立即對發(fā)送者的請求進(jìn)行處理；

2．客戶和服務(wù)對象生命周期的松耦合關(guān)系：客戶進(jìn)程和服務(wù)對象進(jìn)程不要求都正常運(yùn)行，如果由于服務(wù)對象崩潰或者網(wǎng)絡(luò)故障導(dǎo)致客戶的請求不可達(dá)，客戶不會(huì)接收到異常，消息中間件能保證消息不會(huì)丟失。