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Java 網路程式設計 —— RMI 框架

2023-06-15 18:00:50

概述

RMI 是 Java 提供的一個完善的簡單易用的遠端方法呼叫框架，採用客戶/伺服器通訊方式，在伺服器上部署了提供各種服務的遠端物件，使用者端請求存取伺服器上遠端物件的方法，它要求使用者端與伺服器端都是 Java 程式

RMI 框架採用代理來負責客戶與遠端物件之間通過 Socket 進行通訊的細節。RMI 框架為遠端物件分別生成了使用者端代理和伺服器端代理。位於使用者端的代理必被稱為存根（Stub），位於伺服器端的代理類被稱為骨架（Skeleton）

當用戶端呼叫遠端物件的一個方法時，實際上是呼叫本地存根物件的相應方法。存根物件與遠端物件具有同樣的介面。存根採用一種與平臺無關的編碼方式，把方法的引數編碼為位元組序列，這個編碼過程被稱為引數編組。RMI 主要採用Java 序列化機制進行引數編組。存根把以下請求資訊傳送給伺服器：

  • 被存取的遠端物件的名字
  • 被呼叫的方法的描述
  • 編組後的引數的位元組序列

伺服器端接收到使用者端的請求資訊，然後由相應的骨架物件來處理這一請求資訊，骨架物件執行以下操作：

  • 反編組引數，即把引數的位元組序列反編碼為引數
  • 定位要存取的遠端物件
  • 呼叫遠端物件的相應方法
  • 獲取方法呼叫產生的返回值或者異常，然後對它進行編組
  • 把編組後的返回值或者異常傳送給客戶

使用者端的存根接收到伺服器傳送過來的編組後的返回值或者異常，再對它進行反編組，就得到呼叫遠端方法的返回結果

JDK5.0 之後，RMI 框架會在執行時自動為運程物件生成動態代理類（包括存根和骨架類），從而更徹底地封裝了 RMI 框架的實現細節，簡化了 RMI 框架的使用方式


建立 RMI 應用

建立一個 RMI 應用包括以下步驟：

  • 建立遠端介面：繼承 java.rmi.Remote 介面
  • 建立遠端類：實現遠端介面
  • 建立伺服器程式：負責在 RMI 註冊器中註冊遠端物件
  • 建立客戶程式：負貴定位遠端物件，並且呼叫遠端物件的方法

1. 建立遠端介面

遠端介面中宣告了可以被客戶程式存取的遠端方法，並直接或間接繼承 java.rmi.Remote 介面

import java.rmi.*;

public interface HelloService extends Remote {
    public String echo(String msg) throws RemoteException;
}

2. 建立遠端類

遠端類必須實現一個遠端介面，此外，為了使遠端類的範例變成能為遠端客戶提供服務的遠端物件，可通過以下兩種途徑之一把它匯出為遠端物件：

  • 使遠端類繼承 java.rmi.server.UnicastRemoteObjcct 類，並且遠端類的構構方法必宣告丟擲 RemoteException

    import java.rmi.*;
import java.rmi.server.UnicastRemoteObjoct;

public class HelloServlceImpl extends UnicagtRemoteObject implements HelloService {
    
    private String name;
    
    public HelloServicelmpl(String name) throws RemoteException {
        this.name = name;
    }
    
    public String echo(String msg) throws RemoteException {
        System.out.println(name + ":測用echo()方法");
        return "echo;" + msg + " from" + name;
    }
}

  • 如果一個遠端類已經繼承了其他類，無法再繼承 UnicastRemoteObiect 類，那麼可以在構造方法中呼叫 UnicastRemoteObject 類的靜態 expotObject 方法，同樣，遠端類的構造方法也必須宣告丟擲 RemoteException

    public class HelloServlceImpl extends OtherClass implements HelloService {
    
    private String name;
    
    public HelloServicelmpl(String name) throws RemoteException {
        this.name = name;
        //引數 port 指定監聽的埠，如果取值為0，就表示監聽任意一個匿名埠
        UnicagtRemoteObject.exportobject(this, 0);
    }
    
    public String echo(String msg) throws RemoteException {
        System.out.println(name + ":測用echo()方法");
        return "echo;" + msg + " from" + name;
    }
}

3. 建立伺服器程式

RMI 採用一種命名服務機制來使得客戶程式可以找到伺服器上的一個遠端物件，RMI註冊器提供這種命名服務。好比電話查詢系統，那些希望對外公開聯絡方式的單位先到查詢系統登記，當客戶想知道某個單位的聯絡方式時，只需向查詢系統提供單位的名字，查詢系統就會返回該單位的聯絡方式

啟動 RMI 註冊器有兩種方式。一種方式是直接執行 rmiregistry.exe 程式，在 JDK 的安裝目錄的 bin 子目錄下有一個 rmiregistry.exe 程式，它是提供命名服務的註冊器程式。儘管 rmiregistry 註冊器程式也可以單獨執行在一個主機上，但出於安全的原因,通常讓 rmiregistry 註冊器程式與伺服器程式執行在同一個主機上

啟動 RMI 註冊器的另一種方式是在伺服器程式中呼叫 java.rmiregistry.LocateRegistry 類的靜態方法 createRegistry()

//預設的監聽路口為1099
Registry registry = LocateRegistry.createRegigtry(1099);

向註冊器註冊遠端物件有三種方式：

//建立遠端物件
HelloService service1 = new HelloServiceImpl("service1");

//方式1:呼叫 java.i.registry.Registy 介面的 bind 或 rebind 方法
Registry registry = LocateRegistry.createRegistry(1099);
registry.rebind("HelloService1", service1);

//方式2:呼叫命名服務類 java.rmi.Naming 的 bind 或 rebind 方法
Naming.rebind("HelloService1"， service1);

//方式3:呼叫 JNDI API 的 javax.naming.Context 介面的 bind 或rebind 方法
Context namingContext = new InitialContext();
namingContext.rebind("rmi:HelloService1", service1);

下例的 SimpleServer 類建立了兩個 HelloServicelmpl 遠端物件，接著建立並啟動 RMI 註冊器，然後把兩個遠端物件註冊到 RMI 註冊器

import java.rmi.*;
import java.rmi.registry.LocateRegistry;
import java.rmi.registry.Registry;

public class SimpleServer {
    
    public static void main( String args[]) {
        try {
            HelloService service1 = new HelloServiceImpl("service1");
            HelloService service2 = new HelloServiceImpl("service2");
            
            //建立並啟動註冊器
            Registry registry = LocateRegistry.createRegistry(1099);
            //註冊遠端物件
            regigtry.rebind("HelloService1", service1);
            regigtry.rebind("HelloService2", service2);
        } catch(Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

關於向 RMI 註冊器註冊遠端物件，需要注意的是，遠端物件即使沒有在註冊器中註冊，也可被遠端存取

4. 建立客戶程式

下例的 SimpleClient 類先獲得遠端物件的存根物件，接著呼叫它的遠端方法

import java.rmi.*;
import java.rmi.registry.LocateRegistry;
import java.rmi.registry.Registry;

public class SimpleClient {
    
    public static void main(String args[]) {
        try {
            //返回本地主機的RMI註冊器物件,引數port指定RMI註冊器監聽的埠
            Registry registry = LocateRegistry.getRegistry(1099);
            //查詢物件,返回與引數name指定的名字所繫結的物件
            //返回的是一個名為"com.sun.proxy.$Proxy0"的動態代理類的範例
            HelloService service1 = (HelloService) registry.lookup("HelloService1");
            HelloService service2 = (HelloService) registry.lookup("HelloService2");
            
            System.out.println(service1.echo("hello"));
            System.out.println(service2.echo("hello"));
        }
    }
}

遠端方法中的引數與返回值傳遞

當用戶端呼叫伺服器端的遠端物件的方法時，使用者端會向伺服器端傳遞引數，伺服器端則會向用戶端傳遞返回值。RMI 規範對引數以及返回值的傳遞的規定如下所述：

  • 只有基本型別的資料、遠端物件以及可序列化的物件才可以被作為引數或者返回值進行傳遞
  • 如果引數或返回值是一個遠端物件，那麼把它的存根物件傳遞到接收方。也就是說接收方得到的是遠端物件的存根物件
  • 如果引數或返回值是可序列化物件，那麼直接傳遞該物件的序列化資料。也就是說接收方得到的是傳送方的可序列化物件的複製品
  • 如果引數或返回值是基本型別的資料，那麼直接傳遞該資料的序列化資料。也就是說，接收方得到的是傳送方的基本型別的資料的複製品

分散式垃圾收集

在 Java 虛擬機器器中，對於一個本地物件，只要不被本地 Java 虛擬機器器內的任何變數參照，它就會結束生命週期，可以被垃圾回收器回收。而對於一個遠端物件，不僅會被本地 Java 虛擬機器器內的變數參照，還會被遠端參照

伺服器端的一個遠端物件受到三種參照：

  • 伺服器端的一個本地物件持有它的本地參照
  • 這個遠端物件已經被註冊到 RMI 註冊器，可以理解為，RMI 註冊器持有它的參照
  • 使用者端獲得了這個遠端物件的存根物件，可以理解為，使用者端持有它的遠端參照

RMI 框架採用分散式垃圾收集機制來管理遠端物件的生命週期，當一個遠端物件不受到任何本地參照和遠端參照時，這個遠端物件才會結束生命週期，並且可以被本地 Java 虛擬機器器的垃圾回收器回收。

伺服器端如何知道使用者端持有一個遠端物件的遠端參照呢？當用戶端獲得了一個伺服器端的遠端物件的存根後，就會向伺服器傳送一條租約通知，告訴伺服器自己持有這個遠端物件的參照了。使用者端對這個遠端物件有一個租約期限，預設值為 600000ms。當至達了租約期限的一半時間，客戶如果還持有遠端參照，就會再次向伺服器傳送租約通知。使用者端不斷在給定的時間間隔中向伺服器傳送租約通知，從而使腸務器知道使用者端一直持有遠端物件的參照。如果在租約到期後，伺服器端沒有繼續收到使用者端的新的租約通知，伺服器端就會認為這個客戶已經不再持有遠端物件的參照了


動態載入

遠端物件一般分佈在伺服器端，當用戶端試圖呼叫遠端物件的方法時，如果在使用者端還不存在遠端物件所依賴的類檔案，比如遠端方法的引數和返回值對應的類檔案，客戶就會從 java.rmi.server.codebase 系統屬性指定的位貿動態載入該類檔案

同樣，當伺服器端存取使用者端的遠端物件時，如果伺服器端不存在相關的類檔案，腐務器就會從 java.rmi.server.codebase 屬性指定的位置動態載入它們

此外，當伺服器向 RMI 註冊器註冊遠端物件時，註冊器也會從 java.rmi.server.codebase 屬性指定的位置動態載入相關的遠端介面的類檔案

前面的例子都是在同一個 classpath 下執行伺服器程式以及客戶程式的，這些程式都能從本地 classpath 中找到相應的類檔案，因此無須從 java.rmi.server.codebase 屬性指定的位置動態載入類。而在實際應用中，客戶程式與伺服器程式執行在不同的主機上，因此當用戶端呼叫伺服器端的遠端物件的方法時，有可能需要從遠端檔案系統載入類檔案。同樣，當伺服器端呼叫使用者端的遠端物件的方法時，也有可能從遠端檔案系統載入類檔案

我們可以且把這些需要被載入的類的檔案都集中放在網路上的同一地方，啟動時將java.rmi.server.codebase 設定為指定位置，從而實現動態載入

start java -Djava.rmi.server.codebase=http://www.javathinker.net/download/