內(nèi)容: 1 引言管道的概念源于Unix,是不同線程之間直接傳輸數(shù)據(jù)的基本手段。JDK中java.io包中就有管道類，同時，管道在JXTA中是最基本的概念，是對等點之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕绞健Φ裙艿绤f(xié)議（PBP）明確規(guī)范了對等管道的綁定，解析，響應(yīng)。本文依次剖析集中式（JDK）和對等環(huán)境下(JXTA)管道的實現(xiàn)方式，對比分析其異同，然后嘗試在JXTA中建立一個虛擬的全雙工的管道。本文的目標(biāo)是通過對不同環(huán)境下管道的實現(xiàn)方式對比分析，來理解為什么JXTA采用管道作為基本的數(shù)據(jù)傳輸手段。2 管道的形象化描述一個生活中的情景：現(xiàn)在有兩個地區(qū)A,B。A是石油生產(chǎn)區(qū)，B是石油消費區(qū)，現(xiàn)在B地區(qū)需要消費A地區(qū)的石油，當(dāng)然可以通過海運，空運獲得，然而最通常的方式是架設(shè)輸油管道。如圖所示： IMG http://www-900.cn.ibm.com/developerWorks/cn/java/l-jxta2/1.gif[/IMG] 內(nèi)容： 引言 管道的形象化描述 集中式環(huán)境下管道的實現(xiàn) JXTA對等管道的實現(xiàn) 案例描述 案例分析 如何去構(gòu)建一個全雙工的對等管道 總結(jié) 參考資料 關(guān)于作者 Java 專區(qū)中還有: 教學(xué) 工具與產(chǎn)品 代碼與組件 所有文章 實用技巧 Project JXTA 中對等管道的構(gòu)建 潘大為 ([email protected])華中科技大學(xué)計算機學(xué)院2000級碩士研究生2002 年 7 月1 引言管道的概念源于Unix,是不同線程之間直接傳輸數(shù)據(jù)的基本手段。JDK中java.io包中就有管道類，同時，管道在JXTA中是最基本的概念，是對等點之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕绞健Φ裙艿绤f(xié)議（PBP）明確規(guī)范了對等管道的綁定，解析，響應(yīng)。本文依次剖析集中式（JDK）和對等環(huán)境下(JXTA)管道的實現(xiàn)方式，對比分析其異同，然后嘗試在JXTA中建立一個虛擬的全雙工的管道。本文的目標(biāo)是通過對不同環(huán)境下管道的實現(xiàn)方式對比分析，來理解為什么JXTA采用管道作為基本的數(shù)據(jù)傳輸手段。2 管道的形象化描述一個生活中的情景：現(xiàn)在有兩個地區(qū)A,B。A是石油生產(chǎn)區(qū)，B是石油消費區(qū)，現(xiàn)在B地區(qū)需要消費A地區(qū)的石油，當(dāng)然可以通過海運，空運獲得，然而最通常的方式是架設(shè)輸油管道。如圖所示：java中流的概念和管道的概念都可以通過此案例闡述，A與B之間連接的就是管道，負(fù)責(zé)將A的石油向B輸出。A向管道輸出數(shù)據(jù)(output)，B從管道輸入數(shù)據(jù)(input)，可以這樣理解，管道是A的輸出對象，是B的數(shù)據(jù)源。這里就產(chǎn)生了三個類：輸出流A，輸入流B，管道。輸入流B負(fù)責(zé)如何獲取數(shù)據(jù)(read 操作)，輸出流A負(fù)責(zé)如何消費數(shù)據(jù)(write操作),管道負(fù)責(zé)連接它們(connect 操作)。其實，在實現(xiàn)時，管道類分解為管道口，管道出口，由入口出口負(fù)責(zé)連接。在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，這種連接方式可以有專門的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議負(fù)責(zé)（例如，JXTA中的PBP,全稱Pipe Bind Protocol）。由以上描述，我們可以清楚知道最原始的管道就是單向的，文章后面介紹的雙向管道，是用兩個單向管道虛擬的，而非真實的連接方式。不難發(fā)現(xiàn)管道最關(guān)鍵的問題是如何協(xié)調(diào)輸出(A)與輸入(B)。這在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境會遇到不同的問題，最簡單的是同一JVM下的不同過程(線程或任務(wù))之間用同步方式傳遞數(shù)據(jù)。而對等環(huán)境下，如何去發(fā)現(xiàn)對方就是一個很現(xiàn)實的問題，這僅僅只是問題的其中之一，下面的章節(jié)會依次分析。3 集中式環(huán)境下管道的實現(xiàn)問題的描述：A與B是在同一JVM中，A,B有一方能夠發(fā)現(xiàn)另一方的存在，A將數(shù)據(jù)發(fā)往B方，A發(fā)送數(shù)據(jù)與B接收數(shù)據(jù)是相互獨立的。現(xiàn)在回到問題的最初：為什么要使用管道？A只管發(fā)送，B只管接受，那么數(shù)據(jù)在哪兒呢？經(jīng)過下面的分析，就會明白管道把管理數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的重任交給了他自己，A,B均是圍繞這個緩沖區(qū)來啟停線程的，顯然這才是問題的本質(zhì)。JDK中，類PipeInputStream（即前面所述的B）與PipeOutputStream（即前面所述的的A）可以很好的解決這一問題。首先給出類圖如下。 IMG http://www-900.cn.ibm.com/developerWorks/cn/java/l-jxta2/2.gif[/IMG]下面是將類PipeOutputStream的connect方法代碼簡化后給予注釋。public synchronized void connect(PipedInputStream snk) throws IOException { sink = snk; //將PipeInputStream的實例作為PipeOutputStream的一個屬性，以便調(diào)用 snk.in = -1;//緩沖區(qū)的輸入位置， urn:jxta:uuid-59616261646162614A787461503250335003093E73074218AE3ABBE08EF3CBE303JxtaUnicastPipeExample 如果您需要對JXTA管道有實例化的概念，請參考Sing Li的使p2p能進行交互操作：Jxta命令shell ,這篇文章有部分內(nèi)容專門介紹了如何在通過shell使用管道。本文主要是從編程的視角去看管道是如何實現(xiàn)的。4.1 客戶視角Project JXTA : Java Programmer's Guide Chapter7有個例子闡述如何去在對等點之間發(fā)送信息，讀者可以到www.jxta.org下載源碼。現(xiàn)在從客戶視角簡要的分析它的傳送原理，要深入的了解可以看下一節(jié)的系統(tǒng)視角分析。該例中，有兩個對等點，并且構(gòu)建了兩個不同的類：一個負(fù)責(zé)接收（Pipelistener），一個負(fù)責(zé)發(fā)送(PipeExample)。具體的接收次序可以參考時序圖： IMG http://www-900.cn.ibm.com/developerWorks/cn/java/l-jxta2/3.gif[/IMG]類Pipelistener實現(xiàn)了接口PipeMsgListener,類PipeExample實現(xiàn)了接口OutputPipeListener。由時序圖（這是兩個JVM中的類，所以時序符號是獨立標(biāo)示的）可以清晰的獲知，各個對等點的前1,2步是相互獨立的。各自的第3步，采用回調(diào)的方式建立輸入和輸出管道。一旦對等系統(tǒng)探測到對方的存在，就分別觸發(fā)各自的事件發(fā)送或接收消息。顯然JXTA中管道是異步的。調(diào)試該例程時，注意先建立輸入管道，然后建立輸出管道。因為，輸出管道在一定的時間和次數(shù)內(nèi)探測不到輸入管道的存在，就會主動放棄。否則，容易讓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在這些無休止的探測中癱瘓。4.2 系統(tǒng)視角從上面的例程中，可以了解對等管道的創(chuàng)建方法，以及數(shù)據(jù)流程，但是不能明確對等系統(tǒng)是如何去實現(xiàn)的。JXTA中管道的實現(xiàn)比在JDK中實現(xiàn)要復(fù)雜得多，具體的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可以參考對等管道綁定協(xié)議(PBP),此協(xié)議規(guī)范了JXTA中管道的概念，但并沒有涉及到如何去實現(xiàn)，這同樣是所有JXTA協(xié)議的特征。它們的目標(biāo)是闡述what it is,而把how to do it留給開發(fā)者，這樣有利于增強系統(tǒng)的開放性。其中Java參考實現(xiàn)，就是該協(xié)議實現(xiàn)的一個案例，以下將具體分析。首先看管道實現(xiàn)的類圖（以單播為例）： IMG http://www-900.cn.ibm.com/developerWorks/cn/java/l-jxta2/4.gif[/IMG]關(guān)鍵的類： InputPipeImpl ：輸入管道的實現(xiàn)類 NonBlockingOutputPipe ：輸出管道的實現(xiàn)類 PipeServiceImpl ：管道服務(wù)的實現(xiàn)類，負(fù)責(zé)創(chuàng)建輸入輸出管道 PipeResolver ：提供管道綁定的解析服務(wù) 通過客戶視角的分析，可以得知系統(tǒng)外部是通過PipeServiceImpl來獲取輸入輸出管道。那么消息是如何在對等系統(tǒng)中通過管道過濾和傳遞的？ 從程序?qū)崿F(xiàn)的角度，涉及到太多的技術(shù)細(xì)節(jié)，JXTA的參考實現(xiàn)中有著龐雜的監(jiān)聽系統(tǒng)。本文嘗試用一個案例從兩個層次去解析這個問題，兩個層次分別是消息的具體形式，服務(wù)和端點協(xié)議的具體分發(fā)策略。很顯然，這里我們把注意力放在了管道的架構(gòu)路徑上，而把如何去架構(gòu)放在了一邊，我想它們是有先后關(guān)系的，并且距離并不遙遠(yuǎn)。5 案例描述現(xiàn)在假設(shè)有兩個對等點alas 和sisal ,在一個局域網(wǎng)內(nèi)，按照客戶視角那一節(jié)的例程sisal先建立輸入管道，alas建立輸出管道。由于同一網(wǎng)內(nèi)可以用廣播的方式發(fā)送查詢信息，可以不設(shè)rendevous,并且路由是兩點間的，消息傳遞過程得到了一定的簡化。6 案例分析以上案例中，從輸入輸出管道的建立到完成對接并傳輸數(shù)據(jù)總共有5個步驟：sisal建立輸入管道 alasl建立輸出管道，需要查找輸入管道，通過廣播向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出管道查詢消息 sisal獲得alas的管道查詢消息，通過單播向sisal發(fā)出響應(yīng)表示 alas獲得sisal的響應(yīng)，通過單播向alas發(fā)出數(shù)據(jù) sisal獲得數(shù)據(jù) 6.1 輸入管道的建立sisal通過管道服務(wù)(pipeserviceImpl)創(chuàng)建輸入管道InputPipeImpl,并將自己注冊端點服務(wù)和管道解析服務(wù)中。6.2 輸出管道的建立alas通過管道服務(wù),分析管道廣告，把自己注冊于管道服務(wù)和管道解析服務(wù)。然后轉(zhuǎn)交管道解析服務(wù)，查詢是否存在本地或緩存中，不存在則通過集中服務(wù)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送廣播。rendevous首先將廣播消息給端點服務(wù)，由端點服務(wù)決定用哪一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，本案例中，端點服務(wù)采用TCP協(xié)議發(fā)送廣播。廣播消息的內(nèi)容如下(消息是名稱，類型，內(nèi)容構(gòu)成的三元組，類型可以是xml也可以是二進制，以下列出的均用xml格式，所以省略了type)name=RendezVousPropagatecontent=<?xml version='1.0'?> jxta:RendezVousPropagateMessage> 7urn:jxta:uuid-DEADBEEFDEAFBABAFEEDBABE0000000205jxta-NetGroupOResurn:jxta:uuid-59616261646162614A78746150325033BFED264F86E14966B71A855134C813A5031023521770614 name=RendezVousPropagateurn:jxta:jxta-NetGroupcontent=<?xml version='1.0'?> jxta:RendezVousPropagateMessage> 7urn:jxta:uuid-DEADBEEFDEAFBABAFEEDBABE0000000205jxta-NetGroupORes urn:jxta:uuid-59616261646162614A78746150325033BFED264F86E14966B71A855134C813A5031023521770614 name=jxta-NetGroupORescontent=<?xml version='1.0'?> jxta:ResolverQuery> JxtaPipeResolver 0 urn:jxta:uuid-59616261646162614A78746150325033BFED264F86E14966B71A855134C813A503<?xml version='1.0'?> jxta:PipeResolver> Query urn:jxta:uuid-59616261646162614A757874614D504725184FBC4E5D498AA0919F662E40028B04 JxtaUnicast 6.3 響應(yīng)查詢信息sisal的網(wǎng)絡(luò)端口監(jiān)聽到alas的廣播消息，將消息轉(zhuǎn)發(fā)給端點服務(wù)處理。端點服務(wù)查詢了消息的內(nèi)容，又轉(zhuǎn)發(fā)給集中服務(wù)，集中服務(wù)又將查詢的內(nèi)容轉(zhuǎn)交解析服務(wù)處理，然后解析服務(wù)轉(zhuǎn)交給管道解析服務(wù)，此時發(fā)現(xiàn)本地注冊的廣告就是所要查詢的廣告，因此返回響應(yīng)消息給了解析服務(wù)，然后有端點服務(wù)負(fù)責(zé)發(fā)送回應(yīng)消息。響應(yīng)的內(nèi)容： <?xml version='1.0'?> jxta:PipeResolver> Answerurn:jxta:uuid-59616261646162614A757874614D504725184FBC4E5D498AA0919F662E40028B04JxtaUnicasturn:jxta:uuid-59616261646162614A7874615032503386E8880590814538A64682785564B9A603對等點廣告，內(nèi)容較多，所以省略了 6.4 接收響應(yīng)消息，發(fā)送數(shù)據(jù)alas的網(wǎng)絡(luò)端口收到sisal發(fā)送的響應(yīng)消息，轉(zhuǎn)交端點服務(wù)，對路由信息處理以后轉(zhuǎn)交解析服務(wù)，然后到管道解析服務(wù)，發(fā)現(xiàn)注冊表中含有客戶端的事件(listener)。則觸發(fā)該事件發(fā)送數(shù)據(jù)。6.5 獲得數(shù)據(jù)sisal的網(wǎng)絡(luò)端口收到alas發(fā)送的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)交端點服務(wù)，對路由信息處理以后，發(fā)現(xiàn)注冊表中含有客戶端的監(jiān)聽事件，則觸發(fā)該事件分析數(shù)據(jù)。從下面的消息內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)所得到的數(shù)據(jù)就是：Hello from peer alas獲得的消息如下name= jxta:EndpointSourceAddresscontent = tcp://192.168.0.58:9703/name= jxta:EndpointDestinationAddresscontent = tcp://192.168.0.58:9701/EndpointRouter/jxta-WorldGroupname = Jxta:EndpointRoutercontent = <?xml version='1.0'?> jxta:EndpointRouterMessage> jxta://uuid-59616261646162614A78746150325033A85AC96048BF4C5A98438038268F5E7003 jxta://uuid-59616261646162614A7874615032503386E8880590814538A64682785564B9A603/PipeService/urn:jxta:uuid-59616261646162614A757874614D504725184FBC4E5D498AA0919F662E40028B04 jxta://uuid-59616261646162614A78746150325033A85AC96048BF4C5A98438038268F5E7003 1 name = PipeListenerMsgcontent = Hello from peer alas6.6 小結(jié)從消息的傳遞與處理可以看出JXTA系統(tǒng)中，各個服務(wù)之間有著清晰的職責(zé)劃分。這樣的體系結(jié)構(gòu)非常有利于提供給客戶透明的管道。相對于用戶而言，在JXTA使用管道和在集中式的環(huán)境下(Jdk)下的區(qū)別僅僅在于增加了管道的廣告來標(biāo)示管道，而不需將輸入管道和輸出管道放在一起成對使用。從上面的案例中，還會發(fā)現(xiàn)如果用的是同一個管道廣告，可以有多個發(fā)送者一個接收者。這相比成對使用輸入輸出用途更廣。當(dāng)然，JXTA還支持多對多的廣播管道，不過實現(xiàn)方式與單播不太一致，并且正在完善中。7 如何去構(gòu)建一個全雙工的對等管道上述的例程中，A是信息的發(fā)送者，B是信息的接收者，信息單向傳輸。能否A，B既是發(fā)送者又是接受者呢？解決辦法很簡單，再建立一條從B到A的管道，然后將這兩條管道綁定在一起。JXTA的工具包net.jxta.impl.util含有BidirectionalPipeService類實現(xiàn)了這一目標(biāo)。類圖如下： IMG http://www-900.cn.ibm.com/developerWorks/cn/java/l-jxta2/5.gif[/IMG]類圖下面的三個類和一個接口均是內(nèi)部類。Pipe是一個封裝完好的雙向管道，建立管道的過程如下時序圖：（這一時序圖的視角是客戶對象A,B是如何外部連接的） IMG http://www-900.cn.ibm.com/developerWorks/cn/java/l-jxta2/6.gif[/IMG]以上時序圖中，A的accept()和B的connect()是一個異步操作，他們互相連通以后返回Pipe類的對象pipe。Pipe的inputPipe和outputPipe負(fù)責(zé)從對方獲取信息和向?qū)Ψ桨l(fā)送信息。它們互不干擾，當(dāng)然同步性也沒有控制，很像實際生活中的IP電話。A的accept()和B的connect()，完成了A與B的兩次通信過程，建立了兩個獨立的管道其過程如下：（首先外部已建立了從B到A的臨時管道）A監(jiān)聽B的信息 B創(chuàng)建輸入管道的廣告，以此產(chǎn)生輸入管道inputPipe，然后按消息name=inputPipeAdv將廣告發(fā)送出去 A收到B的消息，以inputPipeAdv的內(nèi)容作為管道廣告，創(chuàng)建輸出管道outputPipe。然后創(chuàng)建輸入管道的廣告，以此產(chǎn)生輸入管道inputPipe，然后按消息name=inputPipeAdvAck將廣告發(fā)送出去 B收到A的消息，以inputPipeAdvAck的內(nèi)容作為管道廣告，創(chuàng)建輸出管道outputPipe。 A,B均返回 new Pipe(inputPipe,outputPipe) 8 總結(jié)漫長的論述過程，完成了一個目標(biāo)，弄明對等點A與B是如何通過管道通訊的。對于JXTA程序開發(fā)人員一個很重要的原則，就是明白自己的程序所在的協(xié)議層次，維護好JXTA協(xié)議的清晰的層次結(jié)構(gòu)對于整個系統(tǒng)的可擴展和和可維護性均是至關(guān)重要的。管道在JXTA內(nèi)部的構(gòu)建過程，可以讓我們感覺到JXTA協(xié)議的職責(zé)在Java參考實現(xiàn)中有著明確的劃分。在復(fù)雜的對等環(huán)境中，對等點之間的有價值的通信是非常重要的，而如何通信又是一個很復(fù)雜的問題。管道服務(wù)提供了這種便捷的通信的抽象，留給服務(wù)的享受者只有三個概念：管道廣告，入口，出口。所以，我想這就是JXTA采用管道作為基本的數(shù)據(jù)傳輸手段的一個很重要的思想方式。參考文獻(xiàn)官方的 Jxta 社區(qū)位于 Jxta.org。您可在這里找到最新的規(guī)范、文檔、源代碼和二進制文件 在 developerWorks Java 技術(shù)專區(qū)查找更多 Java 參考資料。 Early Adopter JXTA 作者 Sing Li 關(guān)于作者：潘大為，華中科技大學(xué)計算機學(xué)院2000級碩士研究生，研究方向網(wǎng)絡(luò)對等計算，網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)。 Email： [email protected] Java, java, J2SE, j2se, J2EE, j2ee, J2ME, j2me, ejb, ejb3, JBOSS, jboss, spring, hibernate, jdo, struts, webwork, ajax, AJAX, mysql, MySQL, Oracle, Weblogic, Websphere, scjp, scjd