基于消息与.Net Remoting的分布式处理架构

 原始出处:http://wayfarer.blog.51cto.com/1300239/279909

分布式处理在大型企业应用系统中，最大的优势是将负载分布。通过多台服务器处理多个任务，以优化整个系统的处理能力和运行效率。分布式处理的技术核心是完 成服务与服务之间、服务端与客户端之间的通信。在.Net 1.1中，可以利用Web Service或者.Net Remoting来实现服务进程之间的通信。本文将介绍一种基于消息的分布式处理架构，利用了.Net Remoting技术，并参考了CORBA Naming Service的处理方式，且定义了一套消息体制，来实现分布式处理。 

 一、消息的定义

       要实现进程间的通信，则通信内容的载体——消息，就必须在服务两端具有统一的消息标准定义。从通信的角度来看，消息可以分为两类：Request Messge和Reply Message。为简便起见，这两类消息可以采用同样的结构。

       消息的主体包括ID，Name和Body，我们可以定义如下的接口方法，来获得消息主体的相关属性：

C#语言: 

public  interface IMessage:ICloneable
{
     IMessageItemSequence GetMessageBody();
      string GetMessageID();
      string GetMessageName();

      void SetMessageBody(IMessageItemSequence aMessageBody);
      void SetMessageID( string aID);
      void SetMessageName( string aName);
}

    消息主体类Message实现了IMessage接口。在该类中，消息体Body为IMessageItemSequence类型。这个类型用于Get和Set消息的内容：Value和Item：

C#语言: 

public  interface IMessageItemSequence:ICloneable
{       

     IMessageItem GetItem( string aName);
      void SetItem( string aName,IMessageItem aMessageItem);        

      string GetValue( string aName);   
      void SetValue( string aName, string aValue);
}

       Value为string类型，并利用HashTable来存储Key和Value的键值对。而Item则为IMessageItem类型，同样的在 IMessageItemSequence的实现类中，利用HashTable存储了Key和Item的键值对。

       IMessageItem支持了消息体的嵌套。它包含了两部分：SubValue和SubItem。实现的方式和IMessageItemSequence相似。定义这样的嵌套结构，使得消息的扩展成为可能。一般的结构如下：

       IMessage——Name
                     ——ID
                     ——Body（IMessageItemSequence）
                            ——Value
                            ——Item（IMessageItem）
                                   ——SubValue
                                   ——SubItem（IMessageItem）
                                          ——……

       各个消息对象之间的关系如下：

 

       在实现服务进程通信之前，我们必须定义好各个服务或各个业务的消息格式。通过消息体的方法在服务的一端设置消息的值，然后发送，并在服务的另一端获得这些值。例如发送消息端定义如下的消息体：

C#语言:

IMessageFactory factory =  new MessageFactory();
IMessageItemSequence body = factory.CreateMessageItemSequence();
body.SetValue( "name1", "value1");
body.SetValue( "name2", "value2");

IMessageItem item = factory.CreateMessageItem();
item.SetSubValue( "subname1", "subvalue1");
item.SetSubValue( "subname2", "subvalue2");

IMessageItem subItem1 = factory.CreateMessageItem();
subItem1.SetSubValue( "subsubname11", "subsubvalue11");
subItem1.SetSubValue( "subsubname12", "subsubvalue12");
IMessageItem subItem2 = factory.CreateMessageItem();
subItem1.SetSubValue( "subsubname21", "subsubvalue21");
subItem1.SetSubValue( "subsubname22", "subsubvalue22");

item.SetSubItem( "subitem1",subItem1);
item.SetSubItem( "subitem2",subItem2);

body.SetItem( "item",item);

//Send Request Message
MyServiceClient service =  new MyServiceClient( "Client");
IMessageItemSequence reply = service.SendRequest( "TestService", "Test1",body);

       在接收消息端就可以通过获得body的消息体内容，进行相关业务的处理。 

 二、.Net Remoting服务

       在.Net中要实现进程间的通信，主要是应用Remoting技术。根据前面对消息的定义可知，实际上服务的实现，可以认为是对消息的处理。因此，我们可以对服务进行抽象，定义接口IService:

C#语言: 

public  interface IService
{
     IMessage Execute(IMessage aMessage);
}

        Execute()方法接受一条Request Message，对其进行处理后，返回一条Reply Message。在整个分布式处理架构中，可以认为所有的服务均实现该接口。但受到Remoting技术的限制，如果要实现服务，则该服务类必须继承自 MarshalByRefObject，同时必须在服务端被Marshal。随着服务类的增多，必然要在服务两端都要对这些服务的信息进行管理，这加大了 系统实现的难度与管理的开销。如果我们从另外一个角度来分析服务的性质，基于消息处理而言，所有服务均是对Request Message的处理。我们完全可以定义一个Request服务负责此消息的处理。

       然而，Request服务处理消息的方式虽然一致，但毕竟服务实现的业务，即对消息处理的具体实现，却是不相同的。对我们要实现的服务，可以分为两大类： 业务服务与Request服务。实现的过程为：首先，具体的业务服务向Request服务发出Request请求，Request服务侦听到该请求，然后 交由其侦听的服务来具体处理。

       业务服务均具有发出Request请求的能力，且这些服务均被Request服务所侦听，因此我们可以为业务服务抽象出接口IListenService：

C#语言:

public  interface IListenService
{
     IMessage OnRequest(IMessage aMessage);  
}

        Request服务实现了IService接口，并包含IListenService类型对象的委派，以执行OnRequest()方法：

C#语言: 

public  class  RequestListener:MarshalByRefObject,IService
{
      public RequestListener(IListenService listenService)
      {
         m_ListenService = listenService;
      }

      private IListenService m_ListenService;

      #region IService Members

      public IMessage Execute(IMessage aMessage)
      {
          return  this.m_ListenService.OnRequest(aMessage);
      }       

      #endregion
      public  override  object InitializeLifetimeService()
      {
          return  null;
      }
}

       在RequestListener服务中，继承了MarshalByRefObject类，同时实现了IService接口。通过该类的构造函数，接收IListService对象。

       由于Request消息均由Request服务即RequestListener处理，因此，业务服务的类均应包含一个RequestListener的 委派，唯一的区别是其服务名不相同。业务服务类实现IListenService接口，但不需要继承MarshalByRefObject，因为被 Marshal的是该业务服务内部的RequestListener对象，而非业务服务本身：

C#语言: 

public  abstract  class  Service:IListenService
{
      public Service( string serviceName)
      {
         m_ServiceName = serviceName;  
         m_RequestListener =  new RequestListener( this); 
      }       

      #region IListenService Members
      public IMessage OnRequest(IMessage aMessage)
      {
          //……
      }  

      #endregion

      private  string m_ServiceName;
      private RequestListener m_RequestListener;     
}

       Service类是一个抽象类，所有的业务服务均继承自该类。最后的服务架构如下：

 

       我们还需要在Service类中定义发送Request消息的行为，通过它，才能使业务服务被RequestListener所侦听。 

C#语言: 

public IMessageItemSequence SendRequest( stringaServiceName, string                                        aMessageName,IMessageItemSequence aMessageBody)
{

     IMessage message = m_Factory.CreateMessage();
     message.SetMessageName(aMessageName);
     message.SetMessageID( "");
     message.SetMessageBody(aMessageBody);

     IService service = FindService(aServiceName);
     IMessageItemSequence replyBody = m_Factory.CreateMessageItemSequence();
      if (service !=  null)
      {
          IMessage replyMessage = service.Execute(message);
          replyBody = replyMessage.GetMessageBody();          
      }
      else
      {          
          replyBody.SetValue( "result", "Failure");          
      }
      return replyBody;
}

       注意SendRequest()方法的定义，其参数包括服务名，消息名和被发送的消息主体。而在实现中最关键的一点是FindService()方法。我 们要查找的服务正是与之对应的RequestListener服务。不过，在此之前，我们还需要先将服务Marshal：

C#语言: 

public  void Initialize()
{                                          
    RemotingServices.Marshal( this.m_RequestListener, this.m_ServiceName +  ".RequestListener");
}

       我们Marshal的对象，是业务服务中的Request服务对象m_RequestListener，这个对象在Service的构造函数中被实例化：

C#语言:

m_RequestListener =  new RequestListener( this);

       注意，在实例化的时候是将this作为IListenService对象传递给RequestListener。因此，此时被Marshal的服务对象， 保留了业务服务本身即Service的指引。可以看出，在Service和RequestListener之间，采用了“双重委派”的机制。

       通过调用Initialize()方法，初始化了一个服务对象，其类型为RequestListener（或IService），其服务名 为：Service的服务名 + ".RequestListener"。而该服务正是我们在SendRequest()方法中要查找的Service：

C#语言:

IService service = FindService(aServiceName);

       下面我们来看看FindService()方法的实现：

C#语言: 

protected IService FindService( string aServiceName)
{
     lock ( this.m_Services)
     {
         IService service = (IService)m_Services[aServiceName];
          if (service !=  null)
          {
              return service;
          }
          else
          {
             IService tmpService = GetService(aServiceName);
             AddService(aServiceName,tmpService);
              return tmpService;
          }
     }
}

        可以看到，这个服务是被添加到m_Service对象中，该对象为SortedList类型，服务名为Key，IService对象为Value。如果没有找到，则通过私有方法GetService()来获得：

C#语言:

private IService GetService( string aServiceName)
{
    IService service = (IService)Activator.GetObject( typeof(RequestListener),
          "tcp://localhost:9090/" + aServiceName +  ".RequestListener");
     return service;
}

        在这里，Channel、IP、Port应该从配置文件中获取，为简便起见，这里直接赋为常量。

       再分析SendRequest方法，在找到对应的服务后，执行了IService的Execute()方法。此时的IService为 RequestListener，而从前面对RequestListener的定义可知，Execute()方法执行的其实是其侦听的业务服务的 OnRequest()方法。

       我们可以定义一个具体的业务服务类，来分析整个消息传递的过程。该类继承于Service抽象类：

C#语言: 

public  class  MyService:Service
{
      public MyService( string aServiceName): base(aServiceName)
      {}          
}

        假设把进程分为服务端和客户端，那么对消息处理的步骤如下：
 1、 在客户端调用MyService的SendRequest()方法发送Request消息；
 2、 查找被Marshal的服务，即RequestListener对象，此时该对象应包含对应的业务服务对象MyService；
 3、 在服务端调用RequestListener的Execute()方法。该方法则调用业务服务MyService的OnRequest()方法。

在这些步骤中，除了第一步在客户端执行外，其他的步骤均是在服务端进行。

 三、业务服务对于消息的处理

       前面实现的服务架构，已经较为完整地实现了分布式的服务处理。但目前的实现，并未体现对消息的处理。我认为，对消息的处理，等价与具体的业务处理。这些业 务逻辑必然是在服务端完成。每个服务可能会处理单个业务，也可能会处理多个业务。并且，服务与服务之间仍然存在通信，某个服务在处理业务时，可能需要另一 个服务的业务行为。也就是说，每一种类的消息，处理的方式均有所不同，而这些消息的唯一标识，则是在SendRequest()方法已经有所体现的 aMessageName。

       虽然，处理的消息不同，所需要的服务不同，但是根据我们对消息的定义，我们仍然可以将这些消息处理机制抽象为一个统一的格式；在.Net中，体现这种机制的莫过于委托delegate。我们可以定义这样的一个委托：

C#语言: 

public  delegate  void RequestHandler( string aMessageName,IMessageItemSequence aMessageBody, ref IMessageItemSequence aReplyMessageBody);

       在RequestHandler委托中，它代表了这样一族方法：接收三个入 参，aMessageName，aMessageBody，aReplyMessageBody，返回值为void。其中，aMessageName代表 了消息名，它是消息的唯一标识；aMessageBody是待处理消息的主体，业务所需要的所有数据都存储在aMessageBody对象中。 aReplyMessageBody是一个引用对象，它存储了消息处理后的返回结果，通常情况下，我们可以 用<"result","Success">或<"result", "Failure">来代表处理的结果是成功还是失败。

       这些委托均在服务初始化时被添加到服务类的SortedList对象中，键值为aMessageName。所以我们可以在抽象类中定义如下方法：     

C#语言: 

protected  abstract  void AddRequestHandlers();
protected  void AddRequestHandler( string aMessageName,RequestHandler handler)
{
     lock ( this.m_EventHandlers)
     {
          if (! this.m_EventHandlers.Contains(aMessageName))
          {
              this.m_EventHandlers.Add(aMessageName,handler);
          }
     }
}

protected RequestHandler FindRequestHandler( string aMessageName)
{
     lock ( this.m_EventHandlers)
     {
         RequestHandler handler = (RequestHandler)m_EventHandlers[aMessageName];
          return handler;
     }
}

       AddRequestHandler()用于添加委托对象与aMessageName的键值对，而FindRequestHandler()方法用于查找 该委托对象。而抽象方法AddRequestHandlers()则留给Service的子类实现，简单的实现如MyService的 AddRequestHandlers()方法：

C#语言: 

public  class  MyService:Service
{
      public MyService( string aServiceName): base(aServiceName)
      {}

      protected  override  void AddRequestHandlers()
      {
          this.AddRequestHandler( "Test1", new RequestHandler(Test1));
          this.AddRequestHandler( "Test2", new RequestHandler(Test2));
      }

      private  void Test1( string aMessageName,IMessageItemSequence aMessageBody, ref  IMessageItemSequence aReplyMessageBody)
      {
         Console.WriteLine( "MessageName:{0}\n",aMessageName);
         Console.WriteLine( "MessageBody:{0}\n",aMessageBody);
         aReplyMessageBody.SetValue( "result", "Success");
      }

      private  void Test2( string aMessageName,IMessageItemSequence aMessageBody, ref   IMessageItemSequence aReplyMessageBody)
      {
         Console.WriteLine( "Test2" + aMessageBody.ToString());
      }
}

       Test1和Test2方法均为匹配RequestHandler委托签名的方法，然后在AddRequestHandlers()方法中，通过调用 AddRequestHandler()方法将这些方法与MessageName对应起来，添加到m_EventHandlers中。

       需要注意的是，本文为了简要的说明这种处理方式，所以简化了Test1和Test2方法的实现。而在实际开发中，它们才是实现具体业务的重要方法。而利用这种方式，则解除了服务之间依赖的耦合度，我们随时可以为服务添加新的业务逻辑，也可以方便的增加服务。

       通过这样的设计，Service的OnRequest()方法的最终实现如下所示：

C#语言: 

public IMessage OnRequest(IMessage aMessage)
{
     string messageName = aMessage.GetMessageName();
     string messageID = aMessage.GetMessageID();
    IMessage message = m_Factory.CreateMessage();

    IMessageItemSequence replyMessage = m_Factory.CreateMessageItemSequence();
    RequestHandler handler = FindRequestHandler(messageName);
    handler(messageName,aMessage.GetMessageBody(), ref replyMessage);

    message.SetMessageName(messageName);
    message.SetMessageID(messageID);
    message.SetMessageBody(replyMessage);

     return message;
}

       利用这种方式，我们可以非常方便的实现服务间通信，以及客户端与服务端间的通信。例如，我们分别在服务端定义MyService(如前所示)和TestService：

C#语言:

public  class  TestService:Service
{
      public TestService( string aServiceName): base(aServiceName)
      {}

      protected  override  void AddRequestHandlers()
      {
          this.AddRequestHandler( "Test1", new RequestHandler(Test1));         
      }

      private  void Test1( string aMessageName,IMessageItemSequence aMessageBody, ref  IMessageItemSequence aReplyMessageBody)
      {           
         aReplyMessageBody = SendRequest( "MyService",aMessageName,aMessageBody);
         aReplyMessageBody.SetValue( "result2", "Success");
      }

}

       注意在TestService中的Test1方法，它并未直接处理消息aMessageBody，而是通过调用SendRequest()方法，将其传递到MyService中。

       对于客户端而言，情况比较特殊。根据前面的分析，我们知道除了发送消息的操作是在客户端完成外，其他的具体执行都在服务端实现。所以诸如 MyService和TestService等服务类，只需要部署在服务端即可。而客户端则只需要定义一个实现Service的空类即可：

C#语言:

public  class  MyServiceClient:Service
{
     public MyServiceClient( string aServiceName): base(aServiceName)
      {}

      protected  override  void AddRequestHandlers()
      {}
}

       MyServiceClient类即为客户端定义的服务类，在AddRequestHandlers()方法中并不需要实现任何代码。如果我们在 Service抽象类中，将AddRequestHandlers()方法定义为virtual而非abstract方法，则这段代码在客户端服务中也可 以省去。另外，客户端服务类中的aServiceName可以任意赋值，它与服务端的服务名并无实际联系。至于客户端具体会调用哪个服务，则由 SendRequest()方法中的aServiceName决定：

C#语言:

IMessageFactory factory =  new MessageFactory();
IMessageItemSequence body = factory.CreateMessageItemSequence();
//……
MyServiceClient service =  new MyServiceClient( "Client");
IMessageItemSequence reply = service.SendRequest( "TestService", "Test1",body);

        对于service.SendRequest()的执行而言，会先调用TestService的Test1方法；然后再通过该方法向MyService发送，最终调用MyService的Test1方法。

       我们还需要另外定义一个类，负责添加服务，并初始化这些服务：

C#语言: 

public  class  Server
{
      public Server()
      {
         m_Services =  new ArrayList();
      }
      private ArrayList m_Services;    
      public  void AddService(IListenService service)
      {
          this.m_Services.Add(service);
      }

      public  void Initialize()
      {  

         IDictionary tcpProp =  new Hashtable();
         tcpProp[ "name"] =  "tcp9090";
         tcpProp[ "port"] = 9090;

         TcpChannel channel =  new TcpChannel(tcpProp, newBinaryClientFormatterSinkProvider(),
                                                      newBinaryServerFormatterSinkProvider());           
         ChannelServices.RegisterChannel(channel);
          foreach (Service service  in m_Services)
          {
              service.Initialize();
          }           
      }
}

       同理，这里的Channel，IP和Port均应通过配置文件读取。最终的类图如下所示：

 

       在服务端，可以调用Server类来初始化这些服务：

C#语言: 

static  void Main( string[] args)
{  
    MyService service =  new MyService( "MyService");
    TestService service1 =  new TestService( "TestService");


    Server server =  new Server();
    server.AddService(service);
    server.AddService(service1);

    server.Initialize();
    Console.ReadLine();
}

 四、结论

       利用这个基于消息与.Net Remoting技术的分布式架构，可以将企业的业务逻辑转换为对消息的定义和处理。要增加和修改业务，就体现在对消息的修改上。服务间的通信机制则完全 交给整个架构来处理。如果我们将每一个委托所实现的业务（或者消息）理解为Contract，则该结构已经具备了SOA的雏形。当然，该架构仅仅处理了消 息的传递，而忽略了对底层事件的处理（类似于Corba的Event Service），这个功能我想留待后面实现。