用JAVA和XML構建分佈式系統

可擴展標記語言（XML）作爲一種簡單的、中性的、易讀的數據表示形式已經變得越來越流行，許多軟件廠商宣佈的“支持XML"，意味着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是獨立於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數據的分佈式系統的構建方法，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規範中定義了XML的語法和語義。爲了處理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分佈式應用的簡單模型。這個模型假設數據可以從諸如關係數據庫之類的數據源得到。JAVA代碼處理數據並最終產生DOM表示，這些代碼表示爲圖中的處理器。

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表示的數據並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。他們是通過分佈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數據作爲輸入，處理這個輸 入然後向下一個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佈式應用。 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佈式的應用。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。然後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作爲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轉化爲文本來與接收方進行通訊。然後，接受方必須將文本還原爲DOM表示，如圖3：

以下代碼段用HTTP來實現發送者。這裏用到了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);  

//向發送者打開一個輸出流然後發送文本形式的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(); // 爲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。爲了與HTTP兼容，CGI腳本類用字符 串”Content-type: text/html"封裝接收者的輸出。這個腳本然後調用服務器上的the receiverMain()方法。 Main()函數只是簡單的實例化接收者然後調用其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(); 

} 

} 

最後receiveDocument()方法的代碼段將重新生成DOM表示以便進一步處理。這裏用到了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); 

} 

//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註冊（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 { //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:
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。而對於 RMI，則需要RMI註冊。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相聯繫，然後在客戶端轉化。
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通訊時都啓動一個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，對於web服務器包括CORBA理論上能在任何編程語言之間通訊。對於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分佈式應用中發送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通訊從分佈式應用 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 響到應用其餘實現。