摘? 要: 異步方法處理AMH是一種針對服務器的新型異步工作模型。本文提出了AMH中間服務器的邏輯結構和服務對象群理論,并給出了AMH/AMI混合服務器的結構和工作原理。

　　關鍵詞: CORBA技術? 異步方法處理? 多線程? N層體系? 服務對象群

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　　標準的CORBA遠程方法激發是同步執行的,客戶機在等待應答時發生阻塞,直到服務器完成方法的處理并返回結果。這種分布式對象通信方式稱為同步方法激發(Synchronous Method Invocation,SMI),SMI模型如圖1所示。在SMI模型中,客戶機一旦阻塞就不能執行其他任務,這對于需要實時交互的應用是不可取的。異步單向激發(Asynchronous Oneway Invocation,AOI)可以解決客戶機同步等待問題,它將標準的阻塞調用分解為一對單向(oneway)操作?？蛻魴C發起單向請求后可以執行其他任務而不用阻塞,服務器處理完請求后,通過另一個單向方法將結果返回。AOI模型如圖2所示。

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　　真正的異步調用機制是CORBA 2.4規范提出的異步方法激發(Asynchronous Method Invocation,AMI)。AMI允許客戶機發起請求后不必阻塞即可返回控制,從而極大地提高了系統的吞吐量和反應能力,也為客戶機在單線程中并發處理多個請求提供了可能。AMI模型支持二種異步調用方法:一種是在AMI Polling模型中,客戶機完成請求后可立即返回控制,此后利用Poller對象檢測其返回,如圖3所示;另一種是在AMI Callback模型中,客戶機發起請求時產生一個ReplyHandler對象,當結果返回后由ORB回調該對象并提示應用系統,如圖4所示。

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　　AMI通過分離客戶機請求的發送和接收來提高異步處理能力,進而提高客戶機的吞吐量。由于AMI對服務器是透明的,故當多個客戶機同時發起請求時,服務器的處理能力可能成為系統的瓶頸。多線程并發機制在增強服務器處理能力的同時,也存在一些不足:在線程池模型中,當并發請求的數量大于池內線程數時,系統會無法接收新的客戶機請求,尤其是當請求為長期事務時,會嚴重影響其服務能力;在線程請求模型中,系統為每個請求創建一個新的線程,當大量請求到達時會造成線程創建和撤消的開銷過高,以至降低了服務器的處理效率。

　　針對這種情況,ACE-TAO CORBA平臺中提出了服務器端異步模型——異步方法處理(Asynchronous Method Handler,AMH)機制。

1?異步方法處理規范

　　ACE-TAO平臺采用隱式IDL方法定義AMH的接口,由IDL編譯器將用戶IDL映射為隱式IDL,進而產生客戶機存根(stub)和服務對象框架(skeleton)。AMH隱式IDL接口采用了與原接口同名的方法,但沒有返回值。原有方法的返回值類型被映射為void,傳遞方向為out的參數在映射過程中被省略,in和inout參數映射為in參數。在每個方法中增加一個傳遞方向為in的ResponseHandler對象,用于返回執行結果。

　　下面的示例說明了一個簡單接口對象的AMH隱式IDL語法和映射邏輯。

　　示例中每個AMH方法均有一個AMH_QuoteResponseHandler參數,用于對客戶機發送返回信息。從邏輯上看,AMH_*ResponseHandler接口對象是從ResponseHandler繼承的。當請求到達服務器后,ORB會創建一個ResponseHandler接口對象,將客戶機請求信息保存在其中,以返回處理結果。表1給出了ResponseHandler接口的主要屬性和訪問方法。

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　　在AMH_*ResponseHandler中,原IDL接口對象中out、inout參數和返回值被映射為in參數,原有的in參數在AMH_QuoterResponseHandler中被忽略,而ResponseHandler及其繼承接口中的方法都返回void類型。

　　服務器端的用戶異常和系統異常也進行了AMH映射,在示例中為AMH_Quoter ExceptionHolder。原接口中的每個方法在AMH_*ExceptionHolder中映射成一個含raise的異常處理方法,如raise_get_quote()。

2? AMH的應用設計

2.1 多線程AMH設計模型

　　在ACE-TAO的IDL編譯選項中增加-GH即可產生AMH服務對象框架,此時系統為單線程結構。盡管AMH功能允許服務器無阻塞地接收客戶機并發請求,但系統的處理仍然要按順序執行。要滿足實時應用對并發處理的要求,應采用多線程服務器結構。AMH技術能夠兼容各種CORBA多線程模型,如線程連接和線程池等。由于一般的CORBA平臺都提供了對多線程模型的支持,開發者只要進行簡單的配置即可實現多線程設計。在這種情況下,AMH多線程服務器與普通多線程服務器的設計和工作原理相同。

另一種多線程設計方法采用了AMH線程池結構。AMH服務器為每個客戶機請求創建了一個ResponseHandler(實際為其繼承AMH_*Response Handler)對象,原有方法中的out、inout參數及方法的返回值在ResponseHandler中映射為in參數。開發者可以隨時調用活動的ResponseHandler對象,以向客戶機返回輸出結果。

　　AMH服務器對客戶機請求的接收、處理和返回是分開執行的,系統通過主線程接收請求,通過工作線程處理請求并返回結果。與普通CORBA線程池模型相似,應用程序需要預先啟動一池的線程,在主線程接收到客戶機請求后,將請求的ResponseHandler(簡稱rh)、客戶機的輸入參數in及其上下文信息(如時間戳)保存在請求隊列中,執行入隊列操作enqueue(rh,in)。此后由工作線程執行出隊列dequeue(rh,in)操作,將數據取出并處理。如果需要處理的請求多于正在等待的工作線程,請求將停留在隊列中,直至有線程為其服務。在工作線程執行出隊列時,首先執行請求的處理,再調用ResponseHandler將結果返回客戶機。AMH線程的工作模型如圖5所示。

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　　在AMH線程池模型中,由于ResponseHandler的加入,使請求的處理和返回變成了一種用戶可控制的過程。用戶可以根據應用的需要決定何時進行處理及何時返回結果。而AMH工作線程隊列也為系統提供了進一步的處理能力,如按優先級的處理以及允許客戶機進行請求的取消等。

2.2 AMH在N層服務器結構中的應用

　　在二層體系中,AMH服務器同樣需要利用多線程來提高系統的處理效率,使異步處理的優勢未得到體現。在三層和N層服務器體系中,AMH異步服務器的長處才真正被體現。

　　在分布式N層服務體系中,中間服務器起到對象分配和導航等作用。如圖6所示,中間服務器中用于受理客戶機請求的服務對象構成服務受理對象群,其功用是將客戶機請求信息中轉到終端服務器進行處理的服務對象構成服務中轉對象群。根據業務邏輯的要求,中間服務器中可以設置多個服務中轉對象群,而每個服務中轉對象群可以對應多個終端服務器,每個終端服務器是一個基本的業務處理單元,它提供了最終的服務處理對象群,用于處理請求信息。在這種服務對象群結構中,請求由中間服務器均勻分配給終端服務器,當服務中轉對象群為多個時,則對應不同的服務處理對象群。由服務對象群構成的分布式N層結構中,可能含有一個或若干個業務中轉單元(中間服務器),也包含若干組業務處理單元(終端服務器),進而構成一個復雜的服務網絡。

　　在N層結構中,中間服務器起著在服務受理對象群和服務中轉對象群間進行對象導航的功能。如何有效提高其中轉和導航能力,使客戶機請求快速分發到其歸屬服務中轉對象群,進而發送到相應的終端服務器,以避免處理瓶頸,是中間服務器設計時需要考慮的重要問題。

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　　AMH技術為中間服務器在單線程中無阻塞地處理大量客戶機請求提供了可能。系統的服務受理對象群所接收的請求可以表示為以下集合:

　　{ (rh1(in1′),in1),(rh2(in2′),in2),……,(rhn(inn′),inn)}

　　其中:

　　n為服務受理對象群中對象的個數;

　　rh為ResponseHandler;

????in為客戶機的輸入參數集合,包括傳遞方向為in、inout的參數;

????out為中間服務器向客戶機輸出參數集合,包括傳遞方向為out、inout和方法的返回值;

　　in′為ResponseHandler的輸入參數,與對客戶機的輸出參數集合相同,即ini′=outi。

　　當請求到達服務中轉對象群時,服務中轉對象負責將請求發送到終端服務器,由終端服務器執行請求處理,并將結果返回服務中轉對象。中間服務器的服務中轉對象屬于終端服務器的客戶機。要提高其請求中轉效率,可以采用AMI異步處理結構,這樣的中間服務器結構稱為AMH/AMI混合服務器模型。將(rh,in)作為AMI Callback對象的輸入參數,向終端服務器發出服務請求。在終端服務器完成請求的處理后向中間服務器返回out參數。中間服務器采用out參數作為ResponseHandler的輸入參數in′調用rh(in′),將結果返回客戶機。

　　中間服務器的這種AMH/AMI混合服務模型提供了一條暢通的消息傳遞通路,很適合用于N層服務器體系。在中間服務器中,輸出請求可以使用AMI從ORB中快速返回控制,在此期間保持ResponseHandler句柄的活動性,直到結果返回客戶機。這樣在單個線程中即完成了大量客戶機請求的并發處理。AMH/AMI混合服務器模型如圖7所示。

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　　對于需要實時響應的分布式應用來說,也可以考慮使用AMI-AMH/AMI模型。在客戶機端采用AMI模型,中間服務器采用AMH/AMI混合模型,并設置多個終端服務器,以提高客戶機請求的處理效率。

3? 總? 結

　　AMH是一種新型CORBA異步方法處理模型,它提供了客戶機的請求與處理分離的機制,大大提高了系統的吞吐量,使得在多層服務結構中采用單線程設計的服務器也能實現并發處理功能。

　　本文在分析AMH語法規范及其在ACE-TAO平臺的實現方法基礎上,進一步研究了AMH在二層和N層體系中的應用。本文提出了AMH中間服務器的邏輯結構和服務對象群理論,并給出AMH/AMI混合服務器的結構和工作原理。目前,AMH還不是OMG規定的CORBA標準,其規范和設計方法仍處于進一步的研究和發展中。

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參考文獻

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