初探Java企業(yè)級開源框架OSGi
第一次接觸OSGi 是2006年看見的一則網(wǎng)上新聞，該新聞中提到BMW 汽車的通信-娛樂(infotainment)系統(tǒng)采用了OSGi 架構(gòu)，這套系統(tǒng)主要用來控制汽車上的音箱、燈光、導(dǎo)航和通訊等設(shè)備，整個系統(tǒng)由1000多個模塊組成，啟動時間卻只需要3.5秒鐘，這對于一個基于Java 的框架來講，具有兩個重大意義：一、說明了Java 執(zhí)行效率并不差；二、OSGi 框架的性能尤其優(yōu)秀。因此筆者對OSGi 框架產(chǎn)生了極大的興趣，后來終于在一個項目中負責(zé)研究和開發(fā)基于OSGi 框架的應(yīng)用程序，從此對它便情有獨鐘。令人欣慰的是，OSGi 在2007年取得了諸多戰(zhàn)果：BEA 公司、Eclipse 基金會和Interface21 公司相繼加入OSGi 聯(lián)盟；在EclipseCon 2007大會上引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注，其中以Spring-OSGi、Web Service 與OSGi 等技術(shù)最為引人注目，這也標志著OSGi 將在未來與企業(yè)應(yīng)用緊密結(jié)合；OSGi R4 標準發(fā)布，相關(guān)內(nèi)容被成功的寫入JSR 291 規(guī)范中；Spring 2.5 框架的發(fā)布，宣稱其所有jar 包都兼容OSGi 標準；雖然OSGi 沒能成功進入JavaEE 6 草擬計劃中，但是Sun 公司宣稱會在下一代Java EE 標準中重點考慮OSGi。因此筆者個人認為，在不久的將來OSGi 勢必會在企業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮出強大的作用，基于OSGi 框架的產(chǎn)品也將層出不窮。本文從OSGi 的歷史背景、OSGi 的特點、OSGi 開源框架介紹、OSGi 開發(fā)環(huán)境部署、OSGi 版的Hello World 五個部分對OSGi 框架進行概要的介紹，希望讀者能從中有所收獲。
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OSGi 的歷史背景
什么是OSGi 呢？OSGi——Open Service Gateway Initiative 字面上的意思是一個公共的服務(wù)平臺。1999年OSGi 聯(lián)盟成立，它是一個非盈利的國際組織，旨在建立一個開放的服務(wù)規(guī)范，為通過網(wǎng)絡(luò)向設(shè)備提供服務(wù)建立開放的標準，是開放業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)的發(fā)起者。OSGi 聯(lián)盟的初始目標是構(gòu)建一個在廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)或設(shè)備上展開業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)平臺。歷史總是具有驚人的相似性，正如Java 誕生于一個嵌入式開發(fā)的項目中，卻被應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)平臺的開發(fā)，對OSGi 的最早設(shè)計也是針對嵌入式應(yīng)用的，諸如機頂盒、服務(wù)網(wǎng)關(guān)、手機、汽車等都是其應(yīng)用的主要環(huán)境。后來，由于OSGi 的諸多優(yōu)秀特性（可動態(tài)改變系統(tǒng)行為，熱插拔的插件體系結(jié)構(gòu)，高可復(fù)用性，高效性等等），它被應(yīng)用于許多PC 上的應(yīng)用開發(fā)，因此逐步為開發(fā)者所知和鐘愛。現(xiàn)在人們對OSGi 的理解已經(jīng)遠遠不是它字面和初衷所能解釋的了，筆者認為稱其為一個輕巧的、松耦合的、面向服務(wù)的應(yīng)用程序開發(fā)框架更為確切一些。
OSGi 真正被大家所知還是和Eclipse 有密切關(guān)系的。Eclipse 很多年都是Java 開發(fā)者的首選IDE，相信只要是一個Java 開發(fā)者，應(yīng)該沒有人不知道Eclipse 的。在Eclipse 3.0 以前的版本中，它本身有一套自身的插件體系，而該插件體系的設(shè)計非常精巧細致，受到許多開發(fā)者的推崇，但是Eclipse 基金在Eclipse 3.0 發(fā)布的時候，做出了一個大膽的行為，就是將Eclipse 逐步遷移到OSGi 框架中，并自己實現(xiàn)了一個OSGi 開源框架，取名為Equinox，該框架隨著每次Eclipse 的發(fā)布也會相應(yīng)的更新。Eclipse 之所以這么做，其一是因為Eclipse 的插件體系與OSGi 的設(shè)計思想不謀而合，其二也是因為OSGi 更為規(guī)范，其對插件體系的定義也更為完整一些。事實證明Eclipse 在采用OSGi 架構(gòu)后，無論從性能、可擴展性這兩個方面來講還是從二次開發(fā)的角度來定義，都取得巨大的成功。下圖展示了Eclipse 與OSGi 框架的關(guān)系。
OSGi 的特點
在介紹OSGi 框架的特點之前，先簡單的介紹一下OSGi 框架的各個部分，如下圖所示。
解釋一下上圖中每一層的含義，其中OS 層和JVM 層可以不用詳細介紹了，重點需要關(guān)注的是應(yīng)用程序Bundles 層?？蚣鼙旧硖峁┑念惣虞d，生命周期管理，服務(wù)注冊和規(guī)范服務(wù)也都是針對Bundles 的。每一個在OSGi 框架中運行的邏輯單元稱為一個Bundle，Bundle 實際是一個符合特定形式的jar 文件。每一個Bundle 的功能可以是抽象的也可以是具體的。所謂抽象，就是它不是一個具體的應(yīng)用，沒有完成一些業(yè)務(wù)功能，而只暴露了一些接口或者功能給其他的Bundle 使用；所謂具體，就是該Bundle 可以獨立的完成一個功能，例如連接數(shù)據(jù)庫，獲取數(shù)據(jù)等等。Bundle 有六種狀態(tài)，分別是：installed（安裝完成，本地資源成功加載），resolved（依賴關(guān)系滿足，即該Bundle 要么是準備好運行了，要么是已經(jīng)被停止了），starting（Bundle 正在被啟動），stopping（Bundle 正在被停止），active（Bundle 被激活，正在運行中），uninstalled（Bundle 被卸載了）。OSGi 有它自身的類加載機制從而控制這些加載的Bundles 彼此之間的依賴關(guān)系，而生命周期管理也是OSGi 的一大亮點，由于可動態(tài)的對這些加載的Bundles 進行安裝、卸載、啟動、停止等操作，所以可以動態(tài)的改變應(yīng)用程序的運行狀態(tài)。當一系列的Bundles 存在于服務(wù)器中的時候，那么它們之間必然會存在通信協(xié)作的部分，比如說一個通過網(wǎng)頁捕獲用戶輸入的Bundle 執(zhí)行的時候，它必須首先需要一個Web 服務(wù)器服務(wù)的支持，那么這個時候服務(wù)注冊器就會從整個OSGi容器中尋找這個服務(wù)，如果能完成服務(wù)的匹配，那么相應(yīng)的功能就會很自然的實現(xiàn)了。OSGi 規(guī)范還規(guī)定了一組預(yù)設(shè)的服務(wù)，包括日志、服務(wù)管理等等，這些服務(wù)在主流的開源框架中都有實現(xiàn)。OSGi 框架中還包括一個安全層，OSGi 的安全層擴展了Java 的安全機制，增并加了一些新的約束以填補了Java安全機制中的遺漏。
#p#基于上述的介紹，讀者想必應(yīng)對OSGi 有個大致的概念了，那么接下來就讓我們來看看OSGi 究竟能夠給企業(yè)應(yīng)用帶來什么？它究竟有哪些功能值得我們把寶貴的時間投資在上面？
第一點，也是筆者認為最重要的一點，基于OSGi 的應(yīng)用程序可動態(tài)更改運行狀態(tài)和行為。筆者曾經(jīng)參與過開發(fā)J2EE 企業(yè)級項目，應(yīng)用服務(wù)器用的是IBM 的Websphere，主要開發(fā)基于EJB 2.1 的一些應(yīng)用程序。整個開發(fā)經(jīng)歷給筆者的最深印象是等待，排除編寫EJB 規(guī)范中要求的一系列繁雜的接口，單單對應(yīng)用程序進行部署和測試，反復(fù)啟動服務(wù)器就浪費掉很多時間。而在OSGi 框架中，每一個Bundle 實際上都是可熱插拔的，因此，對一個特定的Bundle 進行修改不會影響到容器中的所有應(yīng)用，運行的大部分應(yīng)用還是可以照常工作。當你將修改后的Bundle 再部署上去的時候，容器從來沒有重新啟過，在外界看來，這種過程似乎從未發(fā)生過。這種可動態(tài)更改狀態(tài)的特性在一些及時性很強的系統(tǒng)中尤其重要，比如說一個及時銷售系統(tǒng)，當你的服務(wù)器因為要更新某個組件從而花上數(shù)分鐘時間重新啟動的話，必然導(dǎo)致客戶的流失和利益的損失，但是采用OSGi 架構(gòu)的應(yīng)用則完全可以將損失降到最低。眾所周知，Spring 框架以其優(yōu)秀的特性，占據(jù)了當前企業(yè)應(yīng)用開發(fā)的半邊天空，而剛剛發(fā)布的2.5 版本，宣布所有jar 包均支持OSGi 特性，其維護的子項目Spring-OSGi 也是專門針對Spring 與OSGi 的集成。Spring 早前版本有一點被人所詬病，就是其無法動態(tài)的改變其運行狀態(tài)，被迫停止服務(wù)器，再修改配置文件，而與OSGi 的結(jié)合，必然導(dǎo)致這種狀態(tài)的終結(jié)。最后，筆者認為這種特性也保證了系統(tǒng)有足夠的靈活性和可擴展性，對開發(fā)人員也大大節(jié)省了需要等待的時間。
第二點，它是一個穩(wěn)定高效的系統(tǒng)。OSGi 是一個微核的系統(tǒng)，所謂微核是指其核心只有為數(shù)不多的幾個jar 包?；贠SGi 框架的系統(tǒng)可分可合，其結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢性導(dǎo)致具體的Bundle 不至于影響到全局，不會因為局部的錯誤導(dǎo)致全局系統(tǒng)的崩潰。每個Bundle 也只有當服務(wù)被調(diào)用的時候才會啟動，因此性能是較一般的框架高出許多。
第三點，可復(fù)用性強。OSGi 框架本身可復(fù)用性極強，很容易構(gòu)建真正面向接口的程序架構(gòu)，每一個Bundle 都是一個獨立可復(fù)用的單元。但是采用OSGi 框架進行企業(yè)開發(fā)是需要氣魄和勇氣的，因為當前的軟件企業(yè)，大多已經(jīng)積累了許多年，都會遺留下來一些可復(fù)用的工具箱程序，而采用OSGi 架構(gòu)需要重新對這些遺留系統(tǒng)進行封裝，更有可能的是需要把整個體系架構(gòu)打散了，進行重新的架構(gòu)和排列。這個開發(fā)成本不能說是不高，但筆者認為是值得的，因為從此以后企業(yè)可以利用OSGi 獨特的特性，將重復(fù)的知識輕易的過濾掉。對于新的開發(fā)，可以從企業(yè)的Bundles 庫中精簡出可復(fù)用的模塊，量身定做新的Bundles，最大限度的利用了以前的積累，這樣的過程更能促使企業(yè)競爭力的增強。
OSGi 開源框架介紹
當前的OSGi 開源框架主要包含如下幾個：
Equinox
最知名，也是更新最頻繁的，由于Eclipse 基金的支持，其功能越來越完善，筆者后續(xù)的具體開發(fā)都是基于該框架來實現(xiàn)的。當前已發(fā)布版本是3.3.1 與Eclipse 版本相同，實現(xiàn)了OSGi R4 規(guī)范，并提供很多平臺性質(zhì)的服務(wù)，包括：常用功能模塊、日志模塊、Web服務(wù)器模塊、Servlet 模塊、JSP 解析模塊等等。由于其與Eclipse 的天然聯(lián)系，使得開發(fā)基于Equinox 的應(yīng)用程序變得很簡單，筆者推薦采用此框架進行二次開發(fā)。具體內(nèi)容可以從http://www.eclipse.org/equinox/ 下載。
Knopflerfish
很早的，也很優(yōu)秀的一個OSGi 框架，也實現(xiàn)了OSGi R4 標準，去年十一月發(fā)布了其2.0.2版本。該項目的宗旨在于創(chuàng)建一個易于開發(fā)的OSGi 平臺，與Equinox 不同之處在于它本身提供一些小應(yīng)用實例，包括一個可視化控制臺等，也提供基于Eclipse 的插件。具體內(nèi)容可以從http://www.knopflerfish.org/ 下載。
Felix
很新的一個OSGi 框架，社區(qū)很活躍，更新頻率高，是Apache 的開源項目。該項目2007年8月才出1.0 版，也實現(xiàn)了OSGi R4 規(guī)范，也提供相關(guān)的基礎(chǔ)服務(wù)和擴展服務(wù)功能。具體內(nèi)容可以從http://felix.apache.org/site/index.html 下載。
OSGi 開發(fā)環(huán)境部署
講了那么多原理，如果不動手實踐一下，總是難以令人信服的。那么現(xiàn)在我們就開始動手搭建開發(fā)環(huán)境吧。
首先，你需要準備好Eclipse 筆者用的是Eclipse 3.3.1 ，還有從Equinox 網(wǎng)站上下載到的Equinox SDK。
其次，將Equinox SDK 解壓，解壓后是一個Eclipse 目錄，將該目錄下的所有內(nèi)容拷貝至你的Eclipse 安裝目錄下，就像平時手動安裝Eclipse 插件一樣。
最后，測試下是否安裝成功。啟動你的Eclipse，選擇Run>Open Run Dialog...在彈出的界面中，如果出現(xiàn)了OSGi Framework 的選項，那基本上就是成功了。點擊新建一個OSGi Run方式，這時會列出一系列的加載組件，你可以檢查一下，如果里面有org.eclipse.osgi ，org.eclipse.osgi.services 和一系列以org.eclipse.equinox 開頭的組件，那么就真的安裝成功了。選中org.eclipse.osgi 和org.eclipse.osgi.services，點擊Run 按鈕，控制臺會出現(xiàn)“osgi>”的提示，輸入“ss”，就會看到你運行的這兩個Bundles 的ID和狀態(tài)了。每次輸入錯誤的時候，控制臺會打印出完整的命令列表，讀者可以在此參考。#p#
OSGi 版HelloWorld
到了真的寫一個HelloWorld 的時候了，該應(yīng)用設(shè)計如下圖：
這個應(yīng)用包含五個Bundles：SayHello Bundle 包含一個接口，只有唯一的方法sayHello()；BobSays、RodSays、KentSays 三個Bundles 分別實現(xiàn)了三個具體的sayHello()；而SayHelloService Bundle 提供了說hello 的機會，是具體的一個服務(wù)應(yīng)用，在功能上有點類似于main 函數(shù)的味道。這個HelloWorld demo 的目的不但可以讓讀者小試牛刀，而且可以同時體會一下OSGi 最大的優(yōu)點——服務(wù)狀態(tài)的可更改性。BobSays、RodSays、KentSays 實現(xiàn)了SayHello 暴露的接口，它們是sayHello 的具體執(zhí)行者，但是在SayHelloService 調(diào)用的過程中，我們可以動態(tài)的改變到底是誰來說。為了實現(xiàn)這個demo，還需要簡單介紹一下OSGi 最簡單的實現(xiàn)機制：OSGi Bundles 之間包的依賴關(guān)系。每一個OSGi Bundle 的類文件可分為私有的、引入的、暴露的三種，如下圖所示
在OSGi 中Exported Classes 是以包的方式暴露的，如圖所示，SayHello 中暴露了接口所在的包，對應(yīng)的BobSays等三個Bundles 和SayHelloService Bundle 都引入了該包，這是OSGi 中最簡單的通信方式，OSGi 規(guī)范中推薦使用面向服務(wù)的通信方式，這里只是舉一個簡單的實例，因此不用做的那么復(fù)雜。
回到正題，啟動你的Eclipse，新建一個名為SayHello 的plug-in project，在Target Platform 選項中，選擇an OSGi Framework：Equinox。筆者自己設(shè)置了Activator 路徑為org.osgi.demo.sayHello.Activator，每個Activator 都具有兩個方法，start() 和 stop()，這兩個方法是該bundle 啟動、停止的時候，調(diào)用的方法，通常在這里注冊、初始化或注銷該Bundle 服務(wù)的過程，這里不需要更改任何Activator 中的內(nèi)容，用系統(tǒng)自動生成的就可以了。在建立好項目后，會出現(xiàn)對SayHello 項目的配置，這里可以通過dependencies 選項卡，設(shè)置需要的plug-in 和引入的package；可以通過runtime 選項卡的設(shè)置，確定暴露哪些包。我們新建一個org.osgi.demo.say 包，并建立SayHello 接口，只有一個返回void的方法sayHello() ，并將此包設(shè)為暴露的。這些設(shè)置都保存在項目的META-INF目錄下的MANIFEST.MF文件中，以后要更改的話，只需打開該文件即可。 SayHello 接口的代碼如下：
public interface SayHello {
public void sayHello();
}
|
同樣類似的新建一個名為BobSays 的plug-in project。筆者設(shè)置的包為org.osgi.demo.bob，這里需要在配置dependencies 的時候，將包org.osgi.demo.say 引入。創(chuàng)建新的類BobSays，代碼如下：
public class BobSays implements SayHello {
public void sayHello() {
System.out.println("Bob says \"Hello OSGi world\"");
}
} |
這里需要覆寫在BobSays Bundle 中的Activator 的兩個方法，具體代碼如下：
public class Activator implements BundleActivator {
private ServiceRegistration serviceReg = null;
public void start(BundleContext context) throws Exception {
serviceReg = context.registerService(SayHello.class.getName(),
new BobSays(), null);// 1
}
public void stop(BundleContext context) throws Exception {
if (serviceReg != null)
serviceReg.unregister();// 2
}
}
|
完成的主要功能是：1、在啟動服務(wù)的時候，注冊BoySays 服務(wù)為一個SayHello 服務(wù)；2、在停止服務(wù)的時候，從上下文中卸載該服務(wù)。
類似的創(chuàng)建KentSays、RodSays 兩個project。
最后，創(chuàng)建一個名為SayHelloService 的plug-in project。筆者設(shè)置的包為org.osgi.demo.service，同樣在配置dependencies 的時候，將包org.osgi.demo.say 引入。創(chuàng)建SayHelloService類，代碼如下：
public class SayHelloService {
private SayHello say;
public void helloWorld() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
System.err.println("Thread can't sleep");
}
say.sayHello();
}
}
public void setSay(SayHello say) {
this.say = say;
}
}
|
這里采用依賴注入的方式，所以有一個setSay() 方法，來設(shè)置一個具體的SayHello。helloWorld() 方法就是調(diào)用特定的SayHello.sayHello() 來完成的，用10秒鐘的時間打印十次sayHello() 的具體內(nèi)容。該Bundle 的Activator 代碼如下：
public class Activator implements BundleActivator {
private ServiceRegistration serviceReg = null;
public void start(BundleContext context) throws Exception {
SayHelloService sayService = new SayHelloService();
serviceReg = context.registerService(SayHelloService.class.getName(),
sayService, null);// 1
ServiceReference serviceRef = context
.getServiceReference(SayHello.class.getName());// 2
sayService.setSay((SayHello) context.getService(serviceRef));// 2
sayService.helloWorld();// 3
}
public void stop(BundleContext context) throws Exception {
if (serviceReg != null)
serviceReg.unregister();
}
}
|
完成的主要功能是：1、注冊SayHelloService 服務(wù)；2、獲取一個的SayHello 服務(wù)；3、并注入到SayHelloService 服務(wù)中，現(xiàn)在注入的服務(wù)是從服務(wù)上下文中具體獲取的，而到底是哪個，只有在運行時狀態(tài)才能決定。
至此，所有的Bundles 我們都已經(jīng)完成了，選擇Open Run Dialog...，并選中上述五個Bundles 和OSGi 核心Bundle，點擊Run 按鈕。輸入“ss”，列出了6個Bundles 的狀態(tài)，此時，如果你的SayHelloService Bundle 狀態(tài)是Resolved，那么你可以通過命令“start ‘SayHelloService Bundle 狀態(tài)的id’”，啟動SayHelloService，此時你會看到打印出的10條hello world信息。讀者可以手動利用用命令“start” 和“stop” 改變sayHello 的具體執(zhí)行者，動態(tài)的更換實際sayHello 的執(zhí)行者。這個簡單的HelloWorld 應(yīng)用，可以說明SayHelloService 在具體執(zhí)行的過程中行為是可動態(tài)改變的，并且改變只是局部的。
小結(jié)
讀完本文，實際動手做過HelloWorld，想必讀者對OSGi 框架也應(yīng)該有所了解了，OSGi 框架在國外關(guān)注率是挺高的，但是在國內(nèi)的推廣和使用卻不夠廣泛，可能是因為OSGi 字面上的意思太過于抽象，因此筆者在這里將這個優(yōu)秀的框架介紹給大家，本片只是一個簡單的介紹，并不涉及OSGi 框架深入的知識。
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