從寫單個(gè)類的打印Hello World小程序到OSGi模塊化開發(fā),確實(shí)存在較大的難度,本文將從模塊化、OSGI模型以及OSGI在OpenDaylight中的應(yīng)用等方面進(jìn)行介紹。
一、模塊化
我們學(xué)習(xí)Java語(yǔ)言時(shí),最初寫的程序便是在控制臺(tái)打印Hello World,此時(shí),我們寫的代碼放在一個(gè)類中;慢慢地,我們編寫的代碼需要放在幾個(gè)的類時(shí),我們就要考慮如何設(shè)計(jì)類與類之間的關(guān)系,你需要面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則和模式;工作中我們要做一個(gè)小項(xiàng)目,就可能涉及到數(shù)百個(gè)類了,我們會(huì)根據(jù)不同的業(yè)務(wù)職責(zé)將這些類進(jìn)行邏輯上的劃分,分隔不同的小模塊,每個(gè)小模塊賦予相應(yīng)的職責(zé),也就是將一個(gè)系統(tǒng)分解為多個(gè)較小的互相協(xié)作的單元,并設(shè)定單元之間的邊界來(lái)改善系統(tǒng)的維護(hù)性和封裝性。大致過(guò)程如下圖①②③所示:
至目前為止,我們所做的事情是對(duì)類進(jìn)行了邏輯的包裝,而實(shí)質(zhì)上并沒有對(duì)類進(jìn)行物理隔離。通常情況下,軟件在初始構(gòu)建時(shí),并不是很復(fù)雜,但隨著時(shí)間的推移、業(yè)務(wù)特性的增加、不規(guī)范的代碼調(diào)用以及為趕進(jìn)度而忽略架構(gòu)的設(shè)計(jì),就使得軟件變得復(fù)雜起來(lái),甚至極難維護(hù)。如同雙11爆倉(cāng)時(shí)凌亂不勘的場(chǎng)景:
圖片來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)
那么如何降低軟件的復(fù)雜性呢?生活中的貨物運(yùn)輸或許是一個(gè)很好的借鑒例子,我們將零散的貨物打包在一起,形成封閉的空間;然后,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的接口裝載到集裝箱運(yùn)輸船。
事實(shí)上,早在1972年國(guó)際軟件工程大師David Parnas在《On the Criteria To Be Used in Decomposing Systems into Modules》一文中就提出了模塊化編程的思想:“每項(xiàng)任務(wù)構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的、特有的程序模塊。實(shí)現(xiàn)時(shí),每個(gè)模塊及其輸入/輸出都有確定含義的......系統(tǒng)以模塊化的方式進(jìn)行維護(hù)”,其實(shí)質(zhì)就是軟件模塊劃分應(yīng)該以基于信息隱藏為目的,以職責(zé)劃分為手段,從而封裝變化。聯(lián)想到集裝箱的例子,軟件的模塊可以類比為集裝箱,如下圖所示:
我們現(xiàn)在正式介紹軟件模塊,在《Java應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計(jì) 模式與OSGI》一書中進(jìn)行了描述:軟件模塊是可部署的、可管理的、原生可重用的、可組合的、無(wú)狀態(tài)的軟件單元,它為用戶提供了簡(jiǎn)潔的接口。
①可部署:模塊是一個(gè)獨(dú)立的部署單元,它能夠與其他軟件模塊共處。EAR、WAR以及JAR文件。
②可管理:在運(yùn)行時(shí),模塊可以進(jìn)行安裝、卸載以及更新。實(shí)體樣例:EAR、WAR以及JAR文件。
③原生可調(diào)用:模塊總是原生可調(diào)用的。也就是說(shuō),模塊暴露的操作是通過(guò)直接調(diào)用方法觸發(fā)的。
④可組合:一般指的是粗粒度的模塊是由細(xì)粒度的模塊組成的。
⑤無(wú)狀態(tài):特定版本的模塊只會(huì)存在一個(gè)實(shí)例。
由前面的分析可知,Java模塊化支持局限于細(xì)粒度的面向?qū)ο笾С?,需要有更高抽象粒度的模塊。OSGi便是Java模塊化需求其中一個(gè)解決方案。
一、OSGi
- 什么是OSGi?
OSGi(Open Services Gateway initiative,開放服務(wù)網(wǎng)關(guān)協(xié)議)是由 1999 年成立的 OSGi 聯(lián)盟提出的一個(gè)開放的服務(wù)規(guī)范,最早用于嵌入式設(shè)備。在2004年,Eclipse發(fā)布于基于OSGi的運(yùn)行時(shí)模型,把 Equinox 作為底層運(yùn)行平臺(tái)。借助于Eclipse,OSGi在商業(yè)化軟件企業(yè)中得到廣泛的關(guān)注?,F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備、桌面應(yīng)用以及企業(yè)應(yīng)用服務(wù)器。
- OSGi框架
OSGi框架是應(yīng)用的執(zhí)行環(huán)境。OSGi框架規(guī)范定義了OSGi的行為,現(xiàn)已有Apache Felix、Eclipse Equinox以及Knopflerfish等多個(gè)開源實(shí)現(xiàn)。OSGi的分層架構(gòu)如下:
模塊層定義了模塊,稱為Bundle,體現(xiàn)為一個(gè)JAR文件,由類文件、資源文件和MANIFEST.MF組成。和普通的jar文件唯一不同的就是MANIFEST.MF文件的內(nèi)容,基本上都是標(biāo)識(shí)Bundle的屬性,Import-Package聲明了請(qǐng)求JAR文件中的代碼所需要的外部包。其文件樣例為:
生命周期層定義了動(dòng)態(tài)安裝和管理Bundle,即可以在框架中安裝和卸載bundle,而不需要重啟應(yīng)用進(jìn)程。
服務(wù)層定義了面向服務(wù)的應(yīng)用編程模型,涉及面向服務(wù)的發(fā)布、查找和綁定交互模式:服務(wù)提供者將服務(wù)發(fā)布到服務(wù)注冊(cè)中心,然后服務(wù)請(qǐng)求者通過(guò)搜索服務(wù)注冊(cè)中心,查找可供使用的服務(wù)。這種機(jī)制稱為VM中的SOA。事實(shí)上,服務(wù)就是Java接口。
3.OSGi生態(tài)
4.Bundle交互
了解了OSGi基礎(chǔ)知識(shí)后,我們來(lái)看下Bundle交互的實(shí)現(xiàn)方式:
(1) Export和Import:即通過(guò)Package的Export和Import來(lái)進(jìn)行。服務(wù)提供者Bundle對(duì)外Export自己的package,而服務(wù)請(qǐng)求者則根據(jù)業(yè)務(wù)需要Import外部的Package;
(2) service:服務(wù)提供者Bundle對(duì)外提供Service,而服務(wù)請(qǐng)求者查找Service。而提供Service的方式又有:
①通過(guò)BundleContext(Bundle上下文)來(lái)提供和獲??;
②通過(guò)Declarative Service來(lái)實(shí)現(xiàn);
③通過(guò)Blueprint來(lái)實(shí)現(xiàn);
在這里,我們重點(diǎn)介紹第3種方式--Blueprint。Blueprint提供一個(gè)依賴注入框架來(lái)實(shí)現(xiàn)OSGI,并在OSGI Compendium R4.2里被OSGI組織標(biāo)準(zhǔn)化。Blueprint的強(qiáng)大之處在于即具有Spring強(qiáng)大且非侵入性的企業(yè)級(jí)編程模型又具有OSGi的動(dòng)態(tài)性、模塊化的特性。
Bundle間的交互使用類似Spring Bean的方式配置定義,Blueprint的XML文件定義和描述不同Bundle的組裝。一個(gè)簡(jiǎn)單的Blueprint示例如下:
XML文件的命名空間標(biāo)識(shí)blueprint 1.0.0版本。頂級(jí)的blueprint元素標(biāo)識(shí)XML文件作為一個(gè)blueprint模塊來(lái)定義;reference元素標(biāo)識(shí)從OSGi服務(wù)注冊(cè)中心為組件獲得一個(gè)服務(wù);bean元素標(biāo)識(shí)與Spring Bean相同的含義。
一、OSGi在OpenDaylight中的應(yīng)用
Java模塊化的局限和OSGi框架的模塊化標(biāo)簽,使得Java和OSGi走在了一起,進(jìn)而增加了Java模塊化開發(fā)的能力。
作為SDN控制器,OpenDaylight使用了Java語(yǔ)言編寫,SDN控制器本身的功能與協(xié)議繁多導(dǎo)致了其子項(xiàng)目眾多,如何更好地按需動(dòng)態(tài)加載所需的項(xiàng)目成為技術(shù)選型的一個(gè)重要因素。而OSGi的如下特性也使得其在OpenDaylight中發(fā)揮很大的作用:
①將一個(gè)程序打包成邏輯上獨(dú)立的JAR文件,并且只部署那些某個(gè)安裝所需要的部分。
②將一個(gè)程序打包成邏輯中獨(dú)立的JAR文件,聲明哪些代碼可以被其他JAR文件訪問(wèn),并且強(qiáng)調(diào)可見性。
③為程序提供一個(gè)插件式的擴(kuò)展機(jī)制。OSGi模塊化特別適合提供強(qiáng)大的擴(kuò)展機(jī)制,包括支持執(zhí)行時(shí)的動(dòng)態(tài)性。
OpenDaylight采用了OSGi框架之后,那開發(fā)一個(gè)應(yīng)用程序的流程又是怎樣的呢?下面給出一般方法:
①根據(jù)應(yīng)用的業(yè)務(wù)場(chǎng)景設(shè)計(jì)Bundle,并設(shè)計(jì)Bundle的服務(wù);
②使用IDE實(shí)現(xiàn)Bundle,配置Blueprint容器XML文件;
③打包和部署B(yǎng)undle的JAR文件;
④啟動(dòng)類似Karaf之類的部署環(huán)境,并根據(jù)業(yè)務(wù)需要安裝Bundle。
事實(shí)上,OpenDaylight不僅采用了OSGi框架,而且還使用了Apache Karaf這個(gè)企業(yè)級(jí)容器,下篇文章我們將探討Apache Karaf的基礎(chǔ)知識(shí)。
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