張瑞 2001/05/31

隨著現(xiàn)代企業(yè)的分支機構(gòu)越來越多，應(yīng)用系統(tǒng)的負載和數(shù)據(jù)量也日趨龐大。應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過了主機/終端和客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的歷程，現(xiàn)在正由客戶/服務(wù)器方式轉(zhuǎn)向三層結(jié)構(gòu)方式。所謂三層結(jié)構(gòu)是指在客戶/服務(wù)器兩層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上加入中間層，中間層叫應(yīng)用服務(wù)器或中間件，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 應(yīng)用系統(tǒng)三層結(jié)構(gòu)

CORBA和EJB在技術(shù)上日趨成熟，三層結(jié)構(gòu)的技術(shù)標準也日益完善，與客戶/服務(wù)器方式相比，三層結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點：

(1) 可實現(xiàn)應(yīng)用級和數(shù)據(jù)庫級的全面分布。應(yīng)用分為用戶界面和業(yè)務(wù)邏輯，業(yè)務(wù)邏輯以組件的形式分布在應(yīng)用服務(wù)器上。服務(wù)器根據(jù)需要分布在整個網(wǎng)絡(luò)的任何節(jié)點上，盡管整個應(yīng)用在物理上是分布式的，但邏輯上卻是一個整體。當前的分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)已經(jīng)非常成熟，能保證分布數(shù)據(jù)的完整性和一致性。

(2) 實現(xiàn)大用戶量、大吞吐量下的負載平衡。隨著Internet的迅速發(fā)展，在Web上需要實現(xiàn)很多關(guān)鍵業(yè)務(wù)（如網(wǎng)上購物、訂票等），這些應(yīng)用的最大特點是并發(fā)用戶量大，三層結(jié)構(gòu)比以前的結(jié)構(gòu)更能承擔大業(yè)務(wù)量。三層結(jié)構(gòu)將應(yīng)用縱向均勻分布在客戶端、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，橫向分布在多個應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，應(yīng)用的分布實現(xiàn)了負載的平衡。因此，在大用戶量、大吞吐量情況下，仍能迅速響應(yīng)每個客戶端的需求。

(3) 如果使用Java技術(shù)，可實現(xiàn)應(yīng)用的跨平臺。Java是一種跨平臺的語言，不論是在客戶端，還是在應(yīng)用服務(wù)器上使用Java技術(shù)，都可使應(yīng)用在一個操作系統(tǒng)上編寫，并能無縫移植到其他操作系統(tǒng)上。

(4) 能實現(xiàn)組件級的開發(fā)。應(yīng)用服務(wù)器的組件既能用于傳統(tǒng)的客戶端，也能應(yīng)用于Web，提高了代碼的重用率。

(5)中間層的存在，大大提高了數(shù)據(jù)的安全性。Web或其他客戶端不直接訪問數(shù)據(jù)庫，從而加強了數(shù)據(jù)的安全性。

基于以上優(yōu)點，分布式的體系結(jié)構(gòu)目前已被眾多的應(yīng)用系統(tǒng)所采用。

總體結(jié)構(gòu)和技術(shù)平臺

1. 總體結(jié)構(gòu)

為了更好地說明應(yīng)用服務(wù)器的功能以及應(yīng)用和數(shù)據(jù)的分布，需要用一個實例描述，因此我們構(gòu)造了一個虛擬的應(yīng)用——分布式呼叫中心管理系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的呼叫中心不同，這是一個全國范圍的呼叫中心，數(shù)據(jù)、應(yīng)用和座席需要分布在全國各個節(jié)點。各節(jié)點的受理員可受理全國各地的客戶，并且能訪問全網(wǎng)內(nèi)任何節(jié)點的數(shù)據(jù)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 分布式呼叫中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

可以看出：我們把數(shù)據(jù)庫建在省受理中心（內(nèi)部數(shù)據(jù)庫）或其他業(yè)務(wù)部門（外部數(shù)據(jù)庫），根據(jù)各地的需求，一個應(yīng)用服務(wù)器可對應(yīng)一個或多個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。應(yīng)用服務(wù)器細分為業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)邏輯，業(yè)務(wù)邏輯響應(yīng)客戶端的請求，從客戶端獲得參數(shù)，返回結(jié)果，業(yè)務(wù)邏輯的組件將整個業(yè)務(wù)封裝，業(yè)務(wù)邏輯調(diào)用數(shù)據(jù)邏輯，實現(xiàn)對不同地點異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的訪問。

受理席可以是中心內(nèi)部的受理席或遠程外包受理席；客戶端為普通Windows應(yīng)用，瀏覽器為動態(tài)HTML（CGI、ASP、JSP）和Java Applet。它們都是瘦客戶端，僅有用戶界面，可訪問應(yīng)用服務(wù)器的業(yè)務(wù)邏輯; 業(yè)務(wù)可由插件的方式改變，這些都可通過應(yīng)用服務(wù)器的業(yè)務(wù)邏輯改變來實現(xiàn)。 整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接由TCP/IP上層協(xié)議CORBA、Http、Socket實現(xiàn)。

2. 技術(shù)平臺

各個關(guān)鍵模塊都采用了當前流行和通用的技術(shù)平臺。中間件采用EJB(Enterprise Java Beans)技術(shù)實現(xiàn)分布式應(yīng)用技術(shù); Java使應(yīng)用具有跨平臺特性，即在一個操作系統(tǒng)平臺上編寫的程序移植到其他操作系統(tǒng)平臺上時，不用修改源代碼。

利用中間件中的數(shù)據(jù)邏輯，使應(yīng)用無需改變客戶端即可訪問其他節(jié)點的數(shù)據(jù)。應(yīng)用分布式數(shù)據(jù)庫可實現(xiàn)整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性和一致性。

客戶端可用普通Windows應(yīng)用、JSP/ASP/CGI、Java等實現(xiàn)，通過IIOP協(xié)議訪問應(yīng)用服務(wù)器的業(yè)務(wù)邏輯。異地的受理席之間語音傳輸用VoIP實現(xiàn)。

1. 應(yīng)用和數(shù)據(jù)分布產(chǎn)生的問題

(1) 應(yīng)用分布產(chǎn)生的問題

由于整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的客戶端和應(yīng)用服務(wù)器眾多，有以下3個問題需要解決：客戶端該如何確定請求哪個應(yīng)用服務(wù)器；客戶端如何調(diào)用遠程應(yīng)用服務(wù)器的組件; 各應(yīng)用服務(wù)器之間如何協(xié)調(diào)工作。

(2) 數(shù)據(jù)分布產(chǎn)生的問題

由于客戶端的數(shù)據(jù)可能同時取自多個點，所以任何一個客戶端都可能要同時訪問異地數(shù)據(jù)庫，并且需要訪問IP地址經(jīng)常變化的數(shù)據(jù)庫。因此，若需要新增一個節(jié)點時，需考慮系統(tǒng)的應(yīng)用和數(shù)據(jù)如何劃分，客戶端如何使正在處理中的業(yè)務(wù)實現(xiàn)平穩(wěn)過渡。

2. 解決的方法

(1) 應(yīng)用分布問題的解決

應(yīng)用分布問題可通過設(shè)計客戶端和應(yīng)用服務(wù)器的訪問規(guī)則來解決。訪問應(yīng)遵循以下規(guī)則: 每一客戶端有且只有一個應(yīng)用服務(wù)器為之服務(wù)，一般是該客戶端本地的應(yīng)用服務(wù)器；客戶端需要訪問遠程服務(wù)器時應(yīng)該通過為之服務(wù)的應(yīng)用服務(wù)器; 每個應(yīng)用服務(wù)器都運行所有業(yè)務(wù)邏輯組件和它訪問的數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)邏輯組件，在業(yè)務(wù)量大的中心可做群集（Cluster）。

解決數(shù)據(jù)分布的問題稍為復(fù)雜，首先要確定數(shù)據(jù)存放原則和數(shù)據(jù)訪問規(guī)則。

數(shù)據(jù)存放的原則：采用分布式數(shù)據(jù)庫，對業(yè)務(wù)性數(shù)據(jù)采取就近分布存儲的策略，而對于控制性數(shù)據(jù)則利用事務(wù)日志來保持各點數(shù)據(jù)的一致性。系統(tǒng)應(yīng)用同時支持數(shù)據(jù)的遠程訪問，支持大吞吐量的聯(lián)機事務(wù)處理，支持災(zāi)難恢復(fù)。 數(shù)據(jù)訪問的規(guī)則: 每個客戶端有且只有一個連接的應(yīng)用服務(wù)器，每一數(shù)據(jù)庫有且只有一個連接的應(yīng)用服務(wù)器。而每個應(yīng)用服務(wù)器可有多個客戶端，也可連接多個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。通過建立多個連接緩存的方法，實現(xiàn)不同節(jié)點和異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的訪問。如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)訪問

為了實現(xiàn)遠程的訪問，需要在每一節(jié)點有應(yīng)用服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫對照表和遠程調(diào)用的方法。應(yīng)用服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫對照表記錄的是被使用的應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫連接緩存的關(guān)系。

對每一個客戶端訪問數(shù)據(jù)的請求，由遠程調(diào)用方法確定客戶端調(diào)用的數(shù)據(jù)是本地的還是遠程的。若是本地，可通過本地應(yīng)用服務(wù)器的數(shù)據(jù)邏輯直接訪問; 若為遠程，查詢對照表確定調(diào)用哪個遠程應(yīng)用服務(wù)器，再通過本地應(yīng)用服務(wù)器訪問該遠程服務(wù)器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問。遠程數(shù)據(jù)訪問過程如圖4所示。

圖4 遠程數(shù)據(jù)訪問過程

在圖4中，訪問順序為：

A點客戶端→A點應(yīng)用服務(wù)器→B點應(yīng)用服務(wù)器→B點數(shù)據(jù)庫。這一調(diào)用程序說明了，客戶端是如何同時通過應(yīng)用服務(wù)器訪問本地和遠程數(shù)據(jù)庫。

當增減應(yīng)用服務(wù)器節(jié)點時，需要增減對照表記錄，各節(jié)點對照表的一致性通過數(shù)據(jù)庫日志來保持。當增加數(shù)據(jù)庫節(jié)點時，將舊數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)存放原則轉(zhuǎn)入新數(shù)據(jù)庫(無論是處理完成或正在處理的的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)入)，在舊數(shù)據(jù)庫中做數(shù)據(jù)移動的日志，同時修改應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫對照表。

維護工作量的評估

1. 新增節(jié)點工作量的評估

新增節(jié)點可分為3個層次：只需客戶端、需應(yīng)用服務(wù)器和需數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

只需客戶端: 只需安裝客戶端軟件，并將其連接到應(yīng)用服務(wù)器上。

需應(yīng)用服務(wù)器: 需在新節(jié)點安裝應(yīng)用服務(wù)器，同時需修改各應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫對照表。

需數(shù)據(jù)庫服務(wù)器: 需在新節(jié)點安裝數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，將其連接到應(yīng)用服務(wù)器，增加應(yīng)用服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫連接緩存; 還需分離原節(jié)點中的數(shù)據(jù)到新節(jié)點，同時記錄轉(zhuǎn)移日志。

2. 平臺移植工作量評估

操作系統(tǒng)平臺的移植: 支持所有主流Unix平臺和NT平臺，移植到不同平臺上。由于代碼是由Java編寫，所以改變操作系統(tǒng)平臺時無需改變代碼。

數(shù)據(jù)庫平臺：支持ODBC、JDBC和其他專用數(shù)據(jù)庫專用接口。對以上接口的支持，保證了對主流數(shù)據(jù)庫平臺的支持。數(shù)據(jù)庫平臺的改變只需改變數(shù)據(jù)邏輯，而無需更改業(yè)務(wù)邏輯和客戶端。

3. 客戶端或應(yīng)用服務(wù)器代碼改變

應(yīng)用服務(wù)器數(shù)量有限，客戶端卻數(shù)量眾多，為減少工作量，應(yīng)盡可能將修改工作放在應(yīng)用服務(wù)器端。

在三層結(jié)構(gòu)中，客戶端為瘦客戶端，只有用戶界面。因此只有用戶界面發(fā)生變化時，才需改變客戶端; 若是業(yè)務(wù)發(fā)生變化時，則只需改變應(yīng)用服務(wù)器的組件。

4. 安裝和日常管理工作量

安裝: 對于只進行業(yè)務(wù)處理的部門和只需受理客戶端軟件的部門，可從統(tǒng)一網(wǎng)址下載軟件，安裝即可使用。對于需要應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的部門，需技術(shù)人員現(xiàn)場安裝。

維護: 對于應(yīng)用服務(wù)器組件的升級，技術(shù)人員可遠程操作。客戶端軟件的升級需用戶從網(wǎng)上下載，重新安裝。