《OSGi入门教程》笔记

本文是对《OSGi入门教程》课程的笔记。

OSGi基础概念

基本概念

OSGi的一些定义

• Open Services Gateway initative 开发服务网关协议
• 是指Java的动态模块化系统的一系列规范。（OSGi联盟，osgi.org）
• OSGi Alliance 组织 以及该组织指制定的一个基于Java语言的服务规范。(Wiki)
• Java 平台的模块层。(《OSGi in Action》)

OSGi生态

OSGi生态

模块化

将大型系统分解为多个模块，通过设置模块的边界来改善系统的可维护性和封装性。

Java模块化的局限性

可见性控制不够

• 通过Package来组织和划分代码，可见范围可以分为Private、Package、Protected、Public这几类。
• 存在的问题：如果是Public的话，任何人都可以访问，希望可以进一步控制（一种方案可以是通过一些模式进行模拟实现，另一种可以是OSGi）。

Jar包灾难

• ClassPath中的Jar包在运行时没有明确地模块边界。
• 多个版本的Jar同时存在时，加载具有不缺定性。Jar Hell（Jar包灾难）。

部署和管理缺少支持

• 模块的动态更、系统动态演化。
• 插件化开发。

OSGi三层架构

模块层：定义了OSGi中的模块Bundle。

• Bundle是一个具有额外元数据的Jar包。
• Bundle定义了包含的包的可见性（对外暴露哪些模块）。
• Bundle定义了所依赖的包。

Bundle所包含内容

生命周期层：提供运行时管理和框架访问接口。

• 提供对模块生命周期的操作（install,update,start,stop...），使得程序外部可以动态管理和演化系统。
• 定义了运行时上下文的接口，bundle本身可以和OSGi框架进行交互，从而实现内部自我管理。

服务层：关注模块间的交互。

• 服务层是JVM中的SOA（面向服务的架构）。
• 服务是动态的，促使你使用基于接口编程。
• OSGi服务是Java Interface，服务调用是Java对象方法调用（Lightweight Tech,轻量级技术）。

OSGi介绍补充

OSGi严格的模块化特性的最大优势

• 基于接口编程，完全隐藏实现（促进你从架构上思考）。
• 动态新（对扩展开发，即使是运行时）。

OSGi传播的阻力

• 最初面向的嵌入式领域，容易被误解为只是嵌入式技术。
• 有些人觉得OSGi复杂，人为属于重量级。
• Lib支持不够：很多Lib不能再OSGi环境下运行。

企业中的OSGi

• 企业应用特点：持久化数据、数据量大、访问并发等。
• 需要模块化：前端/事务/持久化分离、运行多个服务器上、需要协作化开发。
• 存在问题：企业开发中其它框架会使用TCCL（SPI模式）、反射，这些技术在OSGi类加载机制下会有问题。

小节

1. OSGi提供了更粗粒度的模块化特征，可以解决Java模块化的局限性。
2. OSGi中声明式和基于元数据的方法是非侵入式的。
3. 生命周期层定义了模块动态且可控的生命周期模型，简化了系统管理。
4. 服务层鼓励采用基于接口编程的方法，从而将接口与实现进行分类。

OSGi模块层

模块化

与面向对象的关系

• 都是“关注点分离”（分治）思想的体现，但关注的粒度不一样。
• 在实现特定功能时，需要设计类以及类之间的关系，此时需要面向对象的原则和模式。

• 当把相关的类在逻辑上组织在一起的时候，需要关注系统模块和模块间的关系。

  
  
  

  模块化设计

模块化的意义

• 解决Java模块化的局限：可见性控制不够、Jar包灾难、部署和管理缺少支持。
• 通过显示定义能力（Export-Package）和依赖（Import-Package）,可以优化设计，让系统更加“高内聚低耦合”（软件开发的终极目标）。
• 促进协同开发，提高开发效率。

Bundle

基本概念

• Bundle是一个包含代码、资源、元数据，以Jar的形式存在的模块化单元。
• Jar文件的边界也是模块的边界。Jar包是bundle中代码的物理容器。
• Mainifest.mf文件保存了模块的元数据。

元数据定义

• 元数据信息定义在/META-INF/MANIFEST.MF中，OSGi R5规范定义了28个标记。
• 元数据有三类标记：可读信息、Bundle标识（Identification）、代码可见性。

依赖解析

OSGi类查找顺序

• 如果类所在包以“java.”开头，委托给父类加载器。
• 如果类所在的包在导入包中，委托给导出该包的Bundle。
• 在Bundle自身的类路径上查找。

多个提供者的选取规则

• 已解析的（resolved）的bundle优先级高，未解析的（installed）bundle优先级低。

• 相同优先级多个匹配时，版本高者优先，版本相同则先安装的优先。

  
  
  

  解析问题

uses子句使用

1. 使用uses子句来解决类空间不一致的问题。
2. uses约束是可传递的。
3. 谨慎使用uses,会大大限制解析的灵活性。
4. 使用场景如下。

• 导出包中的类，其方法签名中包含了其Import-Package中的类。
• 导出包中的类，继承了其Import-Packeage中的类。

use子句使用

OSGi生命周期层

基本概念

生命周期管理

• 通过外部或内部对应用进行操作，完成对应用的“生命周期管理”过程。
• 对于非模块应用，这些操作是以整个应用为对象。
• 对于模块化应用，可以有更细粒度（针对某个模块）的生命周期管理。

生命周期

生命周期层的作用

• 在应用外部，该层精确定义了对bundle生命周期的相关操作。
• 在应用内部，该层定义了bundle访问其执行上下文的方式，为bundle提供了一种与OSGi框架交互的途径。
• 对生命周期的操作允许你动态地改变运行于框架汇中的bundle组成，并以此来管理和演化应用程序。

生命周期层状态转移

生命周期层状态转移

使用生命周期层

• BundleActivator是生命周期层的基础设施,如下所示。

public interface BundleActivator{
    public void start(BundleContext context) throws Exception;
    public void stop(BundleContext context) throws Exception;
}

• bundle属于active时，BundleContext才有意义，即start方法被调用和stop方法被调用的两个时间点之间。
• BundleContext包含部署和生命周期管理相关接口、与bundle间服务交互相关的接口。

• Bundle定义了一系列API,用于管理已安装的bundle的生命周期。

  
  
  

  BundleContext接口

Bundle接口

Bundle的更新

两阶段更新

• 两阶段更新：先update,再显示refresh。
• 为什么两阶段？对外输出后，其它模块会使用旧版本，需要刷新，可参考《bundle动态更新》。

Bundle更新

刷新流程

1. 从bundle开始计算受影响的bundle有向图。
2. 处于ACTIVE状态的bundle被停止并被切换至RESOLVED状态。
3. 处于RESOLVED状态的bundle，切换至INSTALLED状态，这些bundle的依赖关系不再被解析。
4. 处于UNINSTALLED状态的bundle会从图中移除，同时也会被彻底地从框架中移除（GC）。
5. 其它bundle如果在框架重启前处于ACTIVE状态，重启框架会对这些bundle及其依赖的bundle进行解析。
6. 所有工作完成后，框架会触发一个FrameworkEvent.PACKAGES_REFRESHED事件。

小节

1. BundleActivator是bundle的入口，与Java应用中的main函数类似。
2. BundleContext为应用提供执行时操作OSGi框架的方法。
3. Bundle代表了一个已安装到框架中的bundle,允许对其执行状态进行操作。

OSGi服务层

基本概念

什么是服务

• 为别人完成的工作（经典定义）。
• 指提供者及其使用者之间的一个契约。服务可以被替代，能够发布和查找。
• 使用者不关心具体实现，只关心约定的契约。

面向服务的设计

• 降低服务提供者和使用者之间的耦合，更容易重用组件。
• 更强调抽象接口而不是具体实现。
• 清晰描述依赖关系（可以通过附加元数据描述）。
• 支持服务的多个实现方案以及动态替换。

OSGi服务

OSGi服务模型

• 拥有一个集中的服务注册中心，遵循发布-查询-绑定模型。
• 提供者bundle可以将POJOs（Plain Ordinary Java Object）发布为服务。
• 使用者bundle可以找到并绑定服务。

OSGi服务

OSGi服务注册、更新与注销

• 服务注册对象是私有的，不能被别的bundle共享，它们与发布服务的bundle的生命周期是绑定的。
• 不推荐使用具体类名进行服务注册。
• 当一个bundle停止时，任何没有被移除的服务都会被框架自动移除。
• 服务排序：先按service.ranking由大到小排序，然后再按service.id由小到大排序。
• 按属性查询：使用LDAP过滤字符串（LDAP，Lightweight Directory Access Protocol，轻量目录访问协议）。

服务使用

// 注册中心会增加一个使用计数。
A serviceA = (A)bundleContext.getService(reference); 
// 完成服务时应该通知注册中心。
bundleContext.ungetService(reference);  

服务监听

服务可以监听的事件包括：REGISTERED（注册）、MODIFIED（更改）、UNREGISTERING（注销）。

服务监听事件

OSGi开发环境

略，点击可查看原文。