JXTA Platform JAVA參考實(shí)現(xiàn)源代碼分析(2)

2019-11-18 12:18:27

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供稿：網(wǎng)友

JXTA Platform JAVA參考實(shí)現(xiàn)源代碼分析(2)（圖一）

　　
　　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(shí)，管道在JXTA中是最基本的概念，是對等點(diǎn)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(shí)現(xiàn)方式，對比分析其異同，然后嘗試在JXTA中建立一個(gè)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(shí)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(gè)生活中的情景：現(xiàn)在有兩個(gè)地區(qū)A,B。A是石油生產(chǎn)區(qū)，B是石油消費(fèi)區(qū)，現(xiàn)在B地區(qū)需要消費(fèi)A地區(qū)的石油，當(dāng)然可以通過海運(yùn)，空運(yùn)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(gè)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(fèi)數(shù)據(jù)(write操作),管道負(fù)責(zé)連接它們(connect 操作)。其實(shí)，在實(shí)現(xiàn)時(shí)，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(gè)單向管道虛擬的，而非真實(shí)的連接方式。不難發(fā)現(xiàn)管道最要害的問題是如何協(xié)調(diào)輸出(A)與輸入(B)。這在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境會碰到不同的問題，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(gè)很現(xiàn)實(shí)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(shí)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(dú)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，就會明白管道把治理數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的重任交給了他自己，A,B均是圍繞這個(gè)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。
　　　 JXTA Platform JAVA參考實(shí)現(xiàn)源代碼分析(2)（圖二）

JXTA Platform JAVA參考實(shí)現(xiàn)源代碼分析(2)（圖二）

　　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(shí)例作為PipeOutputStream的一個(gè)屬性，以便調(diào)用
　　 snk.in = -1;//緩沖區(qū)的輸入位置，<0表示緩沖區(qū)為空
　　 snk.out = 0;//緩沖區(qū)的輸出位置
　　snk.connected = true;
　　}
　　
　　連接以后，PipeOutputStream的write操作直接調(diào)用sink.receive(b);這樣，對緩沖區(qū)buffer的維護(hù)，就變成了read()和receive()操作之間的線程同步。JDK對緩沖區(qū)的處理非常巧妙，采用了循環(huán)列表，它用緩沖區(qū)的標(biāo)志位的變化來代替數(shù)據(jù)的移動，類似于生活中的時(shí)鐘把線性的時(shí)間規(guī)范為24小時(shí)來表示。這不屬于本文的論述范圍，就不繼續(xù)分析了。
　　
　　read操作，正常情況下，從out位置讀取數(shù)據(jù)。緩沖區(qū)空時(shí)進(jìn)入等待狀態(tài)。以輪詢的方式（1秒間隔）來自我釋放。
　　
　　receive操作，正常情況下，向in位置寫入數(shù)據(jù)。緩沖區(qū)滿時(shí)進(jìn)入等待狀態(tài)。同樣，以輪詢的方式（1秒間隔）來自我釋放。
　　
　　4 JXTA對等管道的實(shí)現(xiàn)
　　通過對JDK的分析，我們可以了解到在集中式環(huán)境下，管道的架設(shè)方案是比較簡單的。在對等環(huán)境下（分布式環(huán)境下也類似），出于同樣的目標(biāo)，碰到的問題卻在急劇的擴(kuò)大。例如，管道入口和出口之間如何相互發(fā)現(xiàn)？數(shù)據(jù)如何保證在不同的環(huán)境下傳送？甚至，對管道本身的概念發(fā)生質(zhì)疑：一定是單入口，單出口嗎？
　　
　　JXTA規(guī)范中，管道是在端點(diǎn)之上的服務(wù)或應(yīng)用之間發(fā)送和接收信息的虛擬連接通道，管道提供在對等端點(diǎn)傳輸之上的網(wǎng)絡(luò)抽象。管道有點(diǎn)到點(diǎn)和廣播兩種通信模式。
　　
　　JXTA是通過管道廣告來唯一標(biāo)示管道的，輸出管道要找到與其廣告相同的輸入管道才能發(fā)送數(shù)據(jù)，廣告內(nèi)容如下
　　
　　<!DOCTYPE jxta:PipeAdvertisement>
　　<jxta:PipeAdvertisement XMLns:jxta="http://jxta.org";>
　　 <Id>
　　urn:jxta:uuid-59616261646162614A787461503250335003093E73074218AE3ABBE08EF3CBE303
　　 </Id>
　　 <Type>
　　　JxtaUnicast
　　 </Type>
　　 <Name>
　　　PipeExample
　　 </Name>
　　</jxta:PipeAdvertisement>
　　
　　假如您需要對JXTA管道有實(shí)例化的概念，請參考Sing Li的使p2p能進(jìn)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(shí)現(xiàn)的。
　　
　　4.1 客戶視角
　　
　　Project JXTA : Java Programmer's Guide Chapter7有個(gè)例子闡述如何去在對等點(diǎn)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(gè)對等點(diǎn)，并且構(gòu)建了兩個(gè)不同的類：一個(gè)負(fù)責(zé)接收（Pipelistener），一個(gè)負(fù)責(zé)發(fā)送(PipeExample)。具體的接收次序可以參考時(shí)序圖：
　　　 JXTA Platform JAVA參考實(shí)現(xiàn)源代碼分析(2)（圖三）

JXTA Platform JAVA參考實(shí)現(xiàn)源代碼分析(2)（圖三）

　　類Pipelistener實(shí)現(xiàn)了接口PipeMsgListener,類PipeExample實(shí)現(xiàn)了接口OutputPipeListener。
　　
　　由時(shí)序圖（這是兩個(gè)JVM中的類，所以時(shí)序符號是獨(dú)立標(biāo)示的）可以清楚的獲知，各個(gè)對等點(diǎn)的前1,2步是相互獨(dú)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(shí)，注重先建立輸入管道，然后建立輸出管道。因?yàn)椋敵龉艿涝谝欢ǖ臅r(shí)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，輕易讓網(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(shí)現(xiàn)的。JXTA中管道的實(shí)現(xiàn)比在JDK中實(shí)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(shí)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(qiáng)系統(tǒng)的開放性。其中Java參考實(shí)現(xiàn)，就是該協(xié)議實(shí)現(xiàn)的一個(gè)案例，以下將具體分析。
　　
　　首先看管道實(shí)現(xiàn)的類圖（以單播為例）：
　　　 JXTA Platform JAVA參考實(shí)現(xiàn)源代碼分析(2)（圖四）

JXTA Platform JAVA參考實(shí)現(xiàn)源代碼分析(2)（圖四）

　　要害的類：
　　
　　　InputPipeImpl ：輸入管道的實(shí)現(xiàn)類
　　　NonBlockingOutputPipe ：輸出管道的實(shí)現(xiàn)類
　　　PipeServiceImpl ：管道服務(wù)的實(shí)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(shí)現(xiàn)中有著龐雜的監(jiān)聽系統(tǒng)。本文嘗試用一個(gè)案例從兩個(gè)層次去解析這個(gè)問題，兩個(gè)層次分別是消息的具體形式，服務(wù)和端點(diǎn)協(xié)議的具體分發(fā)策略。很顯然，這里我們把注重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(gè)對等點(diǎn)alas 和sisal ,在一個(gè)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(diǎn)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(gè)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)

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