第5章分布式系統(tǒng)模式 Broker（代理程序）

許多復(fù)雜的軟件系統(tǒng)運行在多個處理器或分布式計算機上。將軟件分布在多臺計算機上的原因有多種，例如：

• 分布式系統(tǒng)可以利用多個 CPU 或一群低成本計算機的計算能力。
• 某個軟件可能僅在特定計算機上可用。
• 出于安全考慮，軟件的各部分可能必須運行在不同的網(wǎng)段上。
• 一些服務(wù)可能是由業(yè)務(wù)合作伙伴提供的，并且只能通過 Internet 進行訪問。

但是，實現(xiàn)分布式系統(tǒng)是不容易的，因為您必須處理諸如并發(fā)性、跨平臺連接和不可靠網(wǎng)絡(luò)連接之類的問題。

影響因素

在構(gòu)建分布式系統(tǒng)時，必須協(xié)調(diào)下列影響因素：

• 雖 然分布式系統(tǒng)具有許多優(yōu)點，但是它們往往也會使軟件系統(tǒng)變得很復(fù)雜。運行在同一網(wǎng)絡(luò)上的進程或計算機之間存在物理的和邏輯的邊界。要使運行在不同進程或計 算機上的對象跨越這些邊界相互通信，您必須處理諸如通信、編碼和安全之類的問題。如果您將這些實現(xiàn)細節(jié)與應(yīng)用程序代碼混合在一起，則通信基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的簡單 更改就會導(dǎo)致大量的代碼更改。
• 在開發(fā)完成之后，通常需要分布系統(tǒng)。例如，可能將軟件分布在多臺服務(wù)器上以提高處理能力。您不會希望在生命周期中如此晚的階段更改應(yīng)用程序代碼。
• 跨進程通信的細節(jié)可能是相當(dāng)乏味的。您必須處理 TCP/ip 套接字、封送和拆收、序列化、超時和許多其他難題。因此，有必要讓一個特殊的工作組致力于處理基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，以便讓應(yīng)用程序開發(fā)人員不必了解遠程通信。
• 要維護能夠在部署時將組件移動到不同位置這一靈活性，您必須避免對具體組件的位置進行硬編碼。

解決方案

使用 Broker 模式可以隱藏遠程服務(wù)調(diào)用的實現(xiàn)細節(jié)，方法是將這些細節(jié)封裝到一個與業(yè)務(wù)組件自身不同的層 [Buschmann96]。

這個層為客戶端提供一個接口，使客戶端可以像調(diào)用任何本地接口一樣調(diào)用方法。但是，客戶端接口內(nèi)的方法會觸發(fā)要對遠程對象執(zhí)行的服務(wù)。這對客戶端是透明的， 因為遠程服務(wù)對象實現(xiàn)了相同的接口。該模式將啟動遠程服務(wù)調(diào)用的業(yè)務(wù)組件當(dāng)作"客戶端"，而將響應(yīng)遠程服務(wù)調(diào)用的組件當(dāng)作"服務(wù)器"。

圖 1 顯示沒有進行任何分布的簡單示例的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。客戶端直接調(diào)用服務(wù)器上的 performFunctionA 方法。僅當(dāng)服務(wù)器對象與客戶端對象駐留在同一臺計算機上時，才能發(fā)生這種情況。

圖 1:沒有實現(xiàn)分布的結(jié)構(gòu)

圖 2 顯示實現(xiàn)分布后的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。

圖 2:實現(xiàn)分布后的結(jié)構(gòu)

ServiceInterface 是一個必需的抽象，對于在服務(wù)器端不必公開實現(xiàn)細節(jié)的情況下將由服務(wù)器提供的服務(wù)來說，這樣的抽象可以通過提供有關(guān)該服務(wù)的和約而使分布成為可能。在實現(xiàn) 分布時，將添加客戶端和服務(wù)器代理，以處理通過網(wǎng)絡(luò)將方法調(diào)用及其參數(shù)發(fā)送到服務(wù)器，然后將響應(yīng)發(fā)回客戶端的所有傳送工作。代理將完成所有數(shù)據(jù)封送和拆 收、安全控制、傳輸通道配置和任何其他附加工作。客戶端只需調(diào)用客戶端代理的 performFunctionA 方法，就像它是本地調(diào)用一樣，這是因為客戶端代理實際上實現(xiàn)的是 ServerInterface。對客戶端進行的代碼更改將是最低限度的，因此您可以開發(fā)整個業(yè)務(wù)域模型，而不必知道系統(tǒng)是否是分布式的。對遠程服務(wù)調(diào)用的實現(xiàn)方式的任何更改都將被限制在代理類以內(nèi)，并且不會對域模型產(chǎn)生任何影響。圖 3 顯示這些組件之間的一種交互方案。

圖 3:實現(xiàn)分布后的行為

服務(wù)器查找

Broker 解 決方案所針對的是前面所述的大多數(shù)問題。但是，因為客戶端代理直接與服務(wù)器代理進行通信，所以客戶端必須能夠在編譯時找到服務(wù)器的位置。這意味著，您不能 在運行時將服務(wù)器更改或移動到不同位置。要克服這一限制，需要避免公開服務(wù)器的確切位置。而應(yīng)當(dāng)將新組件（即代理程序組件）部署在一個眾所周知的位置，然 后向客戶端公開該位置。此后，代理程序組件負責(zé)為客戶端查找服務(wù)器。代理程序組件還會實現(xiàn)一個用于添加和刪除服務(wù)器組件的儲存庫，這樣就有可能在運行時添 加、刪除或交換服務(wù)器組件。圖 4 顯示包含代理程序組件的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。

這種類型的功能通常稱為"名稱服務(wù)"。查找遠程對象是企業(yè)計算中的一項常見要求。因此，許多平臺實現(xiàn)了名稱服務(wù)，例如，Microsoft 使用 Active Directory® 目錄服務(wù)。

圖 4:具有服務(wù)器查找功能的代理程序結(jié)構(gòu)

代 理程序駐留在一個不應(yīng)該頻繁更改的、眾所周知的位置。已被激活并且準備接收請求的任何服務(wù)器都將向代理程序注冊自己，以便下一次客戶端向代理程序請求這種 類型的服務(wù)器時，代理程序能夠使用它。這還可能提高系統(tǒng)的性能和可用性，因為它使您可以擁有多個同時運行并服務(wù)于多個客戶端的、完全相同的服務(wù)器組件。這 種機制有時稱為負載平衡。圖 5 顯示了一個這些組件之間的交互方案示例。

圖 5:具有服務(wù)器查找功能的代理程序行為

代理程序作為中介

在 前面的方案中，代理程序僅負責(zé)為客戶端查找服務(wù)器。這種方案中，客戶端從代理程序獲得服務(wù)器的位置，然后在不涉及代理程序的情況下直接與服務(wù)器進行通信。 但是，在某些情況下，我們并不希望客戶端與服務(wù)器之間進行直接通信。例如，由于安全原因，您可能希望將所有服務(wù)器放在位于防火墻后面的公司專用網(wǎng)絡(luò)中，并 且只允許代理程序訪問它們。這種情況下，您必須讓代理程序轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器和客戶端這二者之間的所有請求和響應(yīng)，而不是讓它們直接相互通信。圖 6 顯示將此模型修訂后的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。

圖 6:用作中介的代理程序的結(jié)構(gòu)

圖 7 顯示用作客戶端和服務(wù)器之間的信使的代理程序的交互圖。此示例還說明了客戶端和服務(wù)器之間的通信可以是異步的（注意 sendRequest 調(diào)用上的開放箭頭）。

也 存在這樣的情況：客戶端必須對同一服務(wù)器進行一系列方法調(diào)用，才能完成一個持續(xù)時間長而且復(fù)雜的業(yè)務(wù)事務(wù)。在這樣的情況中，服務(wù)器必須在前后客戶端調(diào)用之 間保持狀態(tài)不變。然后，代理程序必須確保客戶端在基本會話內(nèi)所進行的所有服務(wù)器調(diào)用都會被路由到完全相同的服務(wù)器組件。

圖 7:用作中介的代理程序的行為

Broker 模式具有 Layered application 模式的許多優(yōu)點和缺點。

優(yōu)點

Broker 具有下列優(yōu)點：

• 隔離。通過將所有與通信有關(guān)的代碼分離到它自己的層中，從而使其與應(yīng)用程序隔離。您可以決定在不必更改任何應(yīng)用程序代碼的情況下以分布方式運行應(yīng)用程序，或者在一臺計算機上運行全部應(yīng)用程序。
• 簡單。將復(fù)雜的通信邏輯封裝到單獨的層中，可以使問題變得更簡單。為代理程序編寫代碼的工程師不必關(guān)心無法預(yù)知的用戶要求和業(yè)務(wù)邏輯，而應(yīng)用程序開發(fā)人員也不必關(guān)心多播協(xié)議和 TCP/IP 路由。
• 靈活。通過將多個函數(shù)封裝在一個層中，可以允許您以不同的實現(xiàn)來交換該層。例如，您可以從 DCOM 切換到 .NET Remoting，再切換到標準 Web Service，而不用更改應(yīng)用程序代碼。

缺點

可惜的是，抽象層可以損害性能。基本規(guī)則是，擁有的信息越多，就可以優(yōu)化得越好。使用單獨的代理程序?qū)涌赡茈[藏有關(guān)應(yīng)用程序如何使用較低層的細節(jié)，這可能又 會阻止較低層執(zhí)行特定的優(yōu)化操作。例如，使用 TCP/IP 時，路由協(xié)議不知道正在路由的是什么數(shù)據(jù)包。因此，很難決定包含視頻流的數(shù)據(jù)包（例如）應(yīng)該具有比包含垃圾郵件的數(shù)據(jù)包更高的路由優(yōu)先級。

安全考慮事項

包含敏感業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的服務(wù)器組件通常位于公司的專用網(wǎng)絡(luò)中，并受到防火墻的保護。而代理程序位于外圍網(wǎng)絡(luò)（也稱為非管制區(qū) (DMZ) 或屏蔽子網(wǎng)）中，外圍網(wǎng)絡(luò)是作為公司專用網(wǎng)絡(luò)與外部公用網(wǎng)絡(luò)之間的中性區(qū)域而插入的小型網(wǎng)絡(luò)。只允許從外圍網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器組件，而不允許從外部公用網(wǎng)絡(luò)訪 問這些組件。這一額外的網(wǎng)絡(luò)層阻止了外部用戶直接訪問服務(wù)器。