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用JAVA和XML構建分布式系統

可擴展標記語言（XML）作為一種簡單的、中性的、易讀的數據表示形式已經變得越來越流行，許多軟件廠商宣布的"支持XML"，意味著他們的產品將能生成或處理XML數據。XML也被看作再企業間交換數據最佳格式。它允許企業在所交換的數據的XML的文檔類型定義（Document Type Definitions，DTDs）或模式（Schema）上取得一致。這些DTDs或Schema是獨立于企業使用的數據庫模式的。

本文將用研究在不同計算機之間通訊與處理XML數據的分布式系統的構建方法，主要是運行在不同的虛擬機上的JAVA應用之間的XML通訊。

XML通訊

萬維網協會（World Wide Web Consortium, W3C）在XML規范中定義了XML的語法和語義。為了處理XML數據,XML文檔必須經過解析。W3C定義了文檔對象模型（DOM），它是應用程序員處理XML數據的接口。DOM已經有包括JAVA在內的許多語言的實現。JAVA應用程序可以通過DOM API來訪問XML數據。XML解析器將產生XML文檔的DOM表示。

圖1說明了處理XML文檔的JAVA分布式應用的簡單模型。這個模型假設數據可以從諸如關系數據庫之類的數據源得到。JAVA代碼處理數據并最終產生DOM表示，這些代碼表示為圖中的處理器。

處理器代碼將DOM代表的XML數據傳給發送者。發送者是與接收者進行XML數據通訊的JAVA代碼。接收者JAVA代碼來接受XML數據，產生DOM表示的數據并把它傳送給另一個處理器。簡而言之，發送者和接收者抽象了DOM表示的XML數據的通訊。

發送者和接收者不是在同一個JAVA虛擬機上執行的。他們是通過分布式系統的構件來相連的。無論是接收者還是發送者都既是客戶端又是服務器端，兩者的數據傳輸都是雙向的。

Xbeans

就像將要看到的一樣，在本文中描述的發送者和接收者的三種實現方法都都是通過Xbeans來實現。Xbeans是一種接受XML數據作為輸入，處理這個輸入然后向下一個Xbeans輸出XML結果的軟件構件。Xbeans的輸入輸出都是XML的DOM文檔，亦即傳送給Xbeans的不是需要XML解析器解析的字符串，而是通過W3C的標準DOM API解析成了文檔對象。圖2說明了一個Xbeans。

Xbeans是JavaBeans,支持封裝、重用、連接和客戶化Java代碼。通過適當的一些Xbeans和JavaBeans的設計工具，我們就能編很少的代碼構建非常有用的分布式應用。 Xbeans從IBM的XML的JAVA開發工具包而來，在其上作了少量修改以便更適合分布式的應用。Xbeans能夠從www.Xbeans.org的開放源碼項目中免費獲得。

實現發送方和接收方

下面將介紹用JAVA實現發送者和接收者的三種不同的方法。然后對每種方法作一個簡單的分析。

方法一：用標準的web 服務器

這種方法將只是簡單的將XML作為文本發送給遠程計算機上的web服務器。發送方必須將DOM表示的XML轉化為文本來與接收方進行通訊。然后，接受方必須將文本還原為DOM表示，如圖3：

以下代碼段用HTTP來實現發送者。這里用到了IBM Java開發包中的DOMWriter類來實現DOM表示到文本XML表示的轉換。

public void documentReady(DOMEvent evt)
throws XbeansException {
try {
URL receiver = new URL (getRemoteURL ());
URLConnection receiverConnection = receiver.openConnection();
receiverConnection.setDoOutput(true);
file://向發送者打開一個輸出流然后發送文本形式的XML數據
OutputStream out = receiverConnection.getOutputStream();
DOMWriter writer = new DOMWriter();
writer.setPrintWriter(new PrintWriter(out));
writer.documentReady(
new com.ibm.xml.xpk4j.dom.DOMEvent( this,evt.getDocument()));
out.close(); // 為結果打開一個輸入流
BufferedReader in = New BufferedReader(
new InputStreamReader(receiverConnection.getInputStream()));
// 處理結果："OK" 表示成功；"Exception" 表示輸入流串行化異常
...
in.close();
} catch (Throwable e) {
e.printStackTrace(System.err);
}
}

注意到以上的documentReady()方法用remoteURL屬性得到服務器上的CGI腳本的URL。為了與HTTP兼容，CGI腳本類用字符串"Content-type: text/html"封裝接收者的輸出。這個腳本然后調用服務器上的the receiverMain()方法。 Main()函數只是簡單的實例化接收者然后調用其receiveDocument()方法。

import org.xbeans.communication.stdio.receiver.*;
public class receiverMain {
static Bean theReceiver = new Bean();
public static void main(String[] args) {
theReceiver.receiveDocument();
}
}

最后receiveDocument()方法的代碼段將重新生成DOM表示以便進一步處理。這里用到了IBM的XML解析器。

DOMParser parser = new DOMParser(); // 構造解析器
try { // 調用解析器
parser.parse(new InputSource(System.in));
} catch (Throwable e) {
throw new XbeansException("","receiver","io error parsing incoming document",
"io error parsing incoming document "+e);
}
file://將文檔傳向下一個bean
DOMListener.documentReady(new DOMEvent(this,parser.getDocument()));

方法二：通過JAVA遠程方法調用串行化文檔

這個方法通過JAVA遠程方法調用（JAVA RMI）和DOM串行化（serialization）來從發送者向接收者傳輸XML DOM 文檔。如圖4：

以下代碼用JAVA遠程方法調用實現發送方與接受方的通訊.

public void documentReady(DOMEvent evt) throws XbeansException {
if (DOMListener==null) {
try {
DOMListener = (DOMListener)Naming.lookup(getReceiverName());
} catch (Exception e) {
throw new XbeansException( evt.getDocument().getNodeName(),
"sender", "error obtaining remote receiver",
"The name may be wrong or the network may be down.");
}
}
DOMListener.documentReady(evt); }

以下是接受方的JAVA 遠程方法調用的實現。setName()方法將接受這傳送給RMI注冊（registry），documentReady()方法僅僅將接收到的文檔傳送給下一個組件。

public void setReceiverName(String newName) {
try {
if (receiverName!=null) Naming.unbind(receiverName);
receiverName = newName;
Naming.rebind(receiverName, this );
} catch( Exception e ) {
System.out.println( e );
}
}

public void documentReady(Document incomingDocument)
throws RemoteException, XbeansException {
if (DOMListener==null) {
throw new XbeansException(incomingDocument.getNodeName(),"rmiReceiver",
"next component not established", "The component needs to be configured.");
}
DOMListener.documentReady(new DOMEvent(this,incomingDocument));
}

方法三：CORBA-IIOP

第三方法用CORBA-IIOP(CORBA over Internet Inter-ORB Protocol)來傳輸數據。對象管理組織（OMG）正在建議擴展接口定義語言（IDL）將XML數據類型包括進去。這樣，將來CORBA產品將能傳輸XML數據。如圖5所示：

以下的OMG IDL給出了發送者和接收者CORBA實現的接口。

exception RemoteReceiverException {
string remoteIdentifier;
string documentName;
string componentName;
string message;
string moreMessage;
};

typedef sequence byteArray;
interface XMLReceiver {
void documentReady(in byteArray serializedDocument)
raises(RemoteReceiverException);
};

以下代碼用JAVA串行化DOM和CORBA實現發送者。

public void documentReady(DOMEvent evt) throws XbeansException {
Document documentToSend = evt.getDocument();
try {
ByteArrayOutputStream bastream = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream p = new ObjectOutputStream(bastream);
p.writeObject(documentToSend);
p.flush();
org.omg.CORBA.ORB orb = org.omg.CORBA.ORB.init( new String[0],
System.getProperties());
XMLReceiver receiver = urlToObject(orb,getReceiverURL());
receiver.documentReady(bastream.toByteArray());
} catch (RemoteReceiverException rre) {
throw new XbeansException(rre.remoteIdentifier, rre.documentName,
rre.componentName, rre.message,rre.moreMessage);
} catch (Throwable e) {
throw new XbeansException("","sender", "error sending document "+e,
"error sending document "+e);
}
}

以下代碼用JAVA串行化DOM和CORBA實現接收者。

public void documentReady(byte[] serializedDocument)throws RemoteReceiverException {
// 反串行化字節流
ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(serializedDocument);
Document theDocument;
try {
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bais);
theDocument = (Document)ois.readObject();
} catch(Throwable e) {
throw new RemoteReceiverException(corbaName,"incoming document","receiver",
"error deserializing document","error deserializing document"+e);
}
try { file://將文檔傳向監聽者
local.DOMListener.documentReady(new DOMEvent(this,theDocument));
} catch (XbeansException xbe) {
throw new RemoteReceiverException( xbe.remoteIdentifier(),
xbe.documentName(),xbe.componentName(),
xbe.message(),xbe.moreMessage());
}
}

分析

下表總結了各種方法的優（+）缺（-）點：

WEB服務器	串行化的DOM	RMI	CORBA
空間	+	-	-
時間	+	-	-
應用基礎	+	-	-
編程和執行模型	-	+	+
互操作性	+	-	+

測試表明，純文本表示的XML要比DOM串行化表示性能更好。同時，解析DOM和文本所用的時間也要比用JAVA直接串行化和法串行化所用的時間少。

標準的web服務器方式的優勢是其應用基礎要廣泛許多。CGI腳本能夠在絕大多數web服務器上運行，而且，接受方能夠很容易的通過URL標識。而對于RMI，則需要RMI注冊。CORBA的解決辦法則需要在服務器上安裝對象請求代理（Object Request Broker，ORB ）,而且，CORBA發送者的實現使用的是一個URL的命名模式而不是接收者的CORBA對象引用，用一個字符串與一個URL相聯系，然后在客戶端轉化。

CORBA 和RMI支持JAVA 客戶端到JAVA服務器的解決方案。沒有CGI腳本也不需要從標準輸入中讀取編碼異常。而且，不需要在發送者每次用XML通訊時都啟動一個JAVA虛擬機。他們兩則均支持接收者的自動激活。
JAVA RMI方式只能在JAVA代碼之間工作，對于web服務器包括CORBA理論上能在任何編程語言之間通訊。對于JAVA串行化的DOM來說，即便是客戶端和服務器端均需要是JAVA代碼的要求不是問題，它還存在另外一個困難，即JAVA串行化要求客戶端和服務器運行的是相同的DOM實現。

結論

正如上面所述，有許多方法可以實現在JAVA分布式應用中發送XML數據，每一種方法的性能和互操作性都是不同的。重要的是應該把XML通訊從分布式應用邏輯中抽取出來。也就是，實現發送和接受XML的代碼應和應用邏輯的代碼中分離出來。通過把代碼打包成軟件組件，就能夠改變發送方和接受方的代碼而不會影響到應用其余實現。

資源連接

XML 規范: http://w3c.org/xml

OMG擴展IDL包括XML數據類型的參考規范：

http://www.omg.org/techprocess/meetings/schedule/XML_Value_RFP.html

文檔對象模型： http://www.w3c.org/DOM

Xbeans 開放源碼項目： http://www.xbeans.org/

作者：http://www.zhujiangroad.com

來源：http://www.zhujiangroad.com

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