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基于开放实现原理的中间件——反射中间件的研究

杨思忠  
【摘要】: 软件设计在传统上遵循“黑箱”(black-box)抽象的原则,即一个模块应该呈现其功能而隐藏其本身的实现。这一点已成为处理计算机领域中许多重要问题,如可移植性、可重用性等的基本对策和理念。尽管黑箱抽象有许多优点,但事实表明,如果模块仅仅显露其功能性界面,有时并不能满足各种客户的不同需求。当前的中间件,无论CORBA、DCOM还是Java RMI基本上都采用了黑箱抽象的原则,因此它们都存在灵活性和适应性的先天性不足。但是中间件所处理的是十分复杂的分布式应用问题,因而常常需要上述的灵活性和适应性。 为此,我们建议采用开放其本身的实现(以下简称“开放实现”)的思想来设计中间件。所谓开放实现是一种新的抽象原则,就是将研究对象的下层实现“开放”出来。采用开放实现的模块呈现着双重界面,即基界面(base-interface)和元界面(meta-interface)。基界面就是这个对象应该呈现的传统界面,它提供了可对该对象所具功能的访问,而又不暴露其具体的实现。元界面则提供了客户所需的控制,可用于定制该对象的下层实现以使其适合用户的需要。但这种开放必须是有约束的和有效的。 反射是指所研究的对象“感知自己、自行推理和作用于自身”的一种能力,是设计对象的一种技术,也是一种具体实施开放实现的可用技术。开放实现所强调的是对象与客户之间的关系,而反射所强调的则是对象自身具有的一种潜在能力。如果要想将一个系统的实现开放出来,就得借助反射的能力将自身有效地且有约束地开放给客户,以提高系统的灵活性和适应性,并且还可以分离系统的功能性属性与非功能性属性。 每一次反射计算可以被分为两个逻辑部分:计算流上下文切换和元行为。经过研究,我们发现中间件的工作过程与反射机制的有类似之处,从而导出了中间件的反射视图,进而探索出了采用绑定具体化反射模型来设计中间件。在这个基础上,实现了一个反射中间件的原型RECOM,它支持着不同类型(不同协议、不同服务质量或其它绑定属性)的绑定器。随后设计了一个显式绑定协议,允许用户对特定分布式组件之间的绑定进行改动(配置),包括替换不同的 激活器,以及配置请求级反射层和消息级反射层。依靠反射中间件RECOM的 实现,可以满足分布式应用的不同服务质量的要求。 应用程序中涉及元界面的部分,称为元程序。一个相关的问题,就是元程 序的复杂性。造成这种复杂性的一个重要原因是满足非功能性要求的分布式协 议和算法的复杂性。应用程序编程人员,通常不是这些领域的专家,很难去定 制这样的元程序以满足应用的需要。可以考虑由专门的元程序编程人员开发元 程序,然后由应用程序编程人员根据需要选择使用,即将基程序与元程序关联 起来。我们提出了一个基于交易器的关联协议,利用模板和策略实现了交易器 的匹配规则。 文章通过反射中间件RECOM的实现,展示了开放实现思想和反射技术在 中间件设计中的可行性和重要价值。


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