MINA网络框架和RMI的对比研究

第２７卷第９期　２０１０年９月　计算机应用与软件　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｖ０１．２７　Ｎｏ．９　Ｓｅｐ．２０１０　ＭＩＮＡ网络框架和ＲＭＩ的对比研究　杨铁军　黄　琳　（桂林工学院电计系　广西桂林５４１００４）　摘　要　分析比较了ＭＩＮＡ网络应用程序框架和ＲＭ１分布式对象技术的网络中间层应用特点。首先剖析了这两种技术的实现　原理，指出它们同属于网络中间层技术；然后分别运用这两种技术设计了一个简单的请求一应答系统。通过对比研究，ＭＩＮＡ框架　更接近于套接字层，具有灵活、高性能等特点；而ＲＭＩ更接近于应用层，简单易用。　关键词　Ｍ／ＮＡ网络框架　远程方法调用　中间『牛　ＣｏＭＰＡＲＡＴＩＶＥ　ＳＴＵＤＹ　ｏＮ　ＭＩＮＡ　ＡＮＤ　ＲＭＩ　Ｙａｎｇ　Ｔｉｅｊｕｎ　Ｈｕａｎｇ　Ｌｉｎ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｇｕｉｌｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ　５４１００４，Ｇｕａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｎｅｔｗｏｒｋ’Ｓ　ｍｉｄｄｌｅ　ｌａｙｅｒ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅ　ｍｉｄｄｌｅ　ｌａｙｅｒ　ｒｅｆｅｒｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉｐｕｒｐｏｓｅ　ｉｎｆｒａ—　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｆｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（ＭＩＮＡ）ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｏｂｊｅｃｔｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｒｅｍｏｔｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎｖｏｃａｔｉｏｎ（ＲＭＩ）．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎ－　ｔａｔｉｏｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ＭＩＮＡ　ａｎｄ　ＲＭＩ　ａｒｅ　ａｎｔｏｍｉｓｅｄ，ｓｔａｔｉｎｇ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｙ　ｂｏｔｈ　ｂｅｌｏｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｎｅｔｗｏｒｋ’Ｓ　ｍｉｄｄｌｅ　ｌａｙｅｒ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｗｏ　ｓｉｍｐｌｅ　ｒｅｑｕｅｓｔ—ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｙｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｂｏｖｅ　ｔｗｏ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ　ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ＭＩＮＡ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ｉｓ　ｍｕｃｈ　ｃｌｏｓｅｒ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｏｃｋｅｔ　ｌａｙｅｒ　ａｎｄ　ｉｓ　ｆｌｅｘｉｂｌｅ　ａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ＲＭＩ　ｉｓ　ａ　ｌｉｔｔｌｅ　ｂｉｔ　ｃｌｏｓｅｒ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｐｐｌｉ－　ｃａｔｉｏｎ　ｌａｙｅｒ　ａｎｄ　ｉｓ　ｓｉｍｐｌｅ　ａｎｄ　ｅａｓｙ　ｔｏ　ｕｓｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ＭＩＮＡ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　Ｒｅｍｏｔｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎｖｏｃａｔｉｏｎ　Ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ　编程接口，如ＭＩＮＡ架构和ＲＭＩ等。　０　引　言　面向网络编程是Ｉｎｔｅａｃｒｔ飞速发展的必然趋势。从最初的　１．１　Ｍ　Ａ网络框架　ＭＩＮＡ是由自由软件组织Ａｐａｃｈｅ开发的一种异步网络应　用程序框架，基于Ｊａｖａ技术实现　。该框架的特点是：运用Ｊａ．　ｖａ异步输入输出（ＮＩＯ）技术（底层为ｓｏｃｋｅｔ），可支持ＴＣＰ／ＵＤＰ　协议；用户可以根据实际需要选择符合自身的线程模型，灵活实　现多线程模型；支持多种编码方式，如字节流、文本，或者更加复　串口通信，到现在庞大高速的互联网，我们经历了网络世界发展　的几个不同阶段。随着ＴｃＰ／Ｊｐ的盛行，套接字（ｓｏｃｋｅｔ）诞生　了，它是步入网络编程的一扇门。然而，用这样一个底层网络接　口直接实现复杂的应用需要花费较大的代价。于是，各种中间　层网络通信技术层出不穷，如分布式对象模型（ＯＭＧ的ＣＯＲ—　ＢＡ　、微软的ＤＣＯＭ、．ＮＥＴ　Ｒｅｍｏｔｉｎｇ和Ｓｕｎ的Ｊａｖａ　ＲＭＩ等）和　杂的如ＡＳＮ．１编码等。ＭＩＮＡ框架主要由１／Ｏ服务管理（１ｏＳｅｒ－　ｖｉｃｅ）、／Ｏ过滤器链（Ｉ１ｏＦｉｈｅｒＣｈａｉｎ）、Ｉ／Ｏ处理器（ＩｏＨａｎｄｌｅｒ）和　网络应用程序框架技术（如ＡＣＥ、ＭＩＮＡ等）。本文将分别使用　ＭＩＮＡ框架和ＲＭＩ技术来实现一个简单的请求一应答系统，通　过比较两种技术在实际应用中的不同来说明这两类技术各自的　特点和应用场合。　Ｉ／０会话管理（ＩｏＳｅｓｓｉｏｎ）等模块组成。这些模块的运行机制如　下：ＩｏＳｅｒｖｉｃｅ负责与远端客户进行通信底层操作，远端发送的数　据首先由ＩｏＳｅｒｖｉｃｅ接收并转化为系统内部可识别的事件，ＩｏＳｅｒ－　ｖｉｃｅ有两个实现类ＩｏＡｃｃｅｐｔｏｒ和］ｏＣｏｎｎｅｃｔｏｒ，分别对应服务器端　和客户端的Ｉ／Ｏ服务管理类；接着，ＩｏＦｉｌｔｅｒＣｈａｉｎ接收由ｌｏｓｅｒ－　ｖｉｃｅ转化的事件，并使用链中包含的过滤器（ＩｏＦｉｈｅｒ）进行处理，　１关键技术　套接字是实现网络通信的应用程序基本接口，封装了对通　如日志记录、编码／解码、压缩／解压缩和黑名单过滤等；然后，过　滤器链处理后的事件交给ＩｏＨａｎｄｌｅｒ进行处理，ＩｏＨａｎｄｌｅｒ是业务　信数据报文的底层操作。起初只支持ＴＣＰ／ＩＰ协议，现在已经发　展到可以支持多种协议。套接字可以帮助开发人员高效实现计　算机进程间通信，使用ＩＰ地址和端口号作为通信接口，通过该　接口可以与任何一个具有套接字接口的计算机通信。在应用开　发中，可以对套接字的输入／输出流分别进行读、写操作，就像对　逻辑的主要实现模块。处理完成后需要发送响应给远端，由Ｉｏ－　Ｓｅｓｓｉｏｎ负责，即使用Ｉｏｅｓｓｓｉｏｎ向远端发送的消息，该消息的发　送顺序与接收的处理Ｊ顺序刚好相反，如图１所示。　收稿日期：２００９—０２—２３。杨铁军，博士，主研领域：软件工程，数字　图像处理。　文件操作一样。在它的基础上，衍生了多种更高级的应用程序　第９期　杨铁军等：ＭＩＮＡ网络框架和ＲＭＩ的对比研究　２２３　息帧，考虑到网络会延时，所以一般使用流式解码器进行解码，　即码流如果不完整，则保留当前码流并等待剩余码流都接收后　再进行解码。解码后为消息帧对象。然后，服务器创建监听型　Ｉ／０服务ＩｏＡｅｃｅｐｔｏｒ，并指定对应的ＩｏＨａｎｄｌｅｒ，加入该编码解码　过滤器。最后，在ＩｏＨａｎｄｌｅｒ中对消息帧进行业务处理，可以根　据不同的帧类型细分子处理器。处理完成后，使用ＩｏＳｅｓｓｉｏｎ向　远端发送响应。于是，基于ＭＩＮＡ的服务器就设计完成了。　２．２基于ＲＭＩ的服务器　图１　ＭＩＮＡ系统结构　１．２远程方法调用（ＲＭＩ）　ＲＭＩ是一种基于Ｊａｖａ技术的分布式对象模型，由Ｓｕｎ公司　与ＭＩＮＡ相比，基于ＲＭＩ的服务器设计要简单得多。服务　器的业务逻辑处理封装在接口中，并公开该接口供客户端调用，　接口的输人参数即为请求，返回值即为响应。底层的通信由　ＲＭＩ基础设施来完成，对用户完全透明。ＲＭＩ的使用方法可以　实现　。。ＲＭＩ也是基于套接字的，是界于低层ＴＣＷＩＰ通信层　和高层应用层之间的一个中间层。ＲＭＩ技术使我们可以将注意　参考文献［４］，这里不做介绍。　力集中在业务逻辑上，而无需为网络底层的请求／应答协议增加　投入。ＲＭＩ技术使得程序员调用远程接口时，就像在调用本地　方法，而实际上是在调用时将相应的参数发送到远程对象，是远　２．３对比分析　ＭＩＮＡ与ＲＭＩ同处于套接字网络层和应用层之问的中间　层，但是所处位置还是有明显的区别（如图３所示）。ＭＩＮＡ框　程对象在进行处理，最后将结果返回给调用者。ＲＭＩ技术的层　次结构如图２所示。ＲＭＩ系统实现了由客户机到服务器通信的　细节：通过端头（ｓｔｕｂ）与客户机交互，使用框架（ｓｋｅｌｅｔｏｎ）与服　架更靠近套接字网络层，如果说　ｌ　ＲＭＩ处于第２层，那么它位于　ｒ…应用层　……ｌ　一．１　务器交互。传输层对使用ＲＭＩ系统的用户来说是透明的，用户　甚至不用知道远程对象的位置。ＲＭＩ作为一种分布式对象模　式，它相对于ＤＣＯＭ等分布式对象模型的优势是：对象可以在　１．５层，ＭＩＮＡ框架的使用虽然　：　　曼　ｌｌ；　较为复杂，但是它提供了非常大　．　±　的灵活性，如用户可以根据自身　：Ｌ　需求定制通信协议，包括不同的厂—　丽　：　：　远程方法调用中作为参数传递。与纯套接字通信相比，ＲＭＩ的　使用要更加简单、方便。　编码方式、加密算法、日志记录　一　等，实现起来非常灵活、方便；而　图３　ＭＩＮＡ与ＲＭＩ层次比较　中申［二蔓　虚拟连接申　庠　ＲＭＩ处于相对的高层，它的目标是使远端用户像调用本地接口　一样使用远程服务，所以用户的操作被大大简化，同时也失去了　一定的灵活性。所以，ＭＩＮＡ更多的应用于应用协议的实现，如　邮件服务器、流媒体服务器和即时通信服务器等；而ＲＭＩ则更　多地应用于企业级的信息系统中。　在实例系统中，我们基于这两种中间层技术设计了一套简　网络连接—－｛二　图２　ＲＭＩ系统结构　单的请求／响应协议，即当客户发送一个字符串给服务器时，服　２应用实例　这里分别使用这两种技术来实现一个简单的请求一应答系　统，来比较ＭＩＮＡ框架和ＲＭＩ在应用上各自的特点。该系统分　为两部分：服务器和客户端。服务器主要实现对客户端请求的　接收与处理，并将处理结果返回给客户端等；客户端主要实现与　客户的交互（接收客户的请求输入、显示给客户需要了解的内　务器就知道怎样来进行处理，相反客户端也知道怎样处理服务　器返回的字符串。这种通信模式是最为常见的。如果直接基于　ｓｏｃｋｅｔ来实现，那么实现该协议不仅要处理业务逻辑，而且对底　层的ｓｏｃｋｅｔ操作也很费时，特别是调试方面；而基于ＭＩＮＡ和　ＲＭＩ技术来实现，用户可以把大部分精力集中于对业务的处理，　避免了复杂耗时的ｓｏｃｋｅｔ编程，大大提高了开发效率。　在基于ＲＭＩ的系统中，ＲＭＩ本身就实现了一个较复杂的网　容等）、封装并发送客户提交的请求等。因为客户端是服务器　的简化版本，这里仅讨论服务器端的设计。　络中间层。它可以远程传输对象，可以像调用本地方法一样调　用远程方法，使我们可以专注于业务逻辑，无需花费很大代价去　完成套接字的底层操作。虽然ＲＭＩ的操作简单性失去了一定　２．１基于ＭＩＮＡ的服务器　服务器端主要实现：监听客户端发送的请求；根据客户端发　送的请求进行相应的处理；将处理结果返回给客户端等。由于　是多用户并发访问，所以服务器需要支持并发处理，这可以通过　ＭＩＮＡ框架的多线程模型快速实现。基于ＭＩＮＡ框架构建该服　的灵活性，但可以借助应用服务器来弥补。例如同步数据库、连　接的重复使用（连接池）、异步消息处理和事务处理等。实际上　已经有很多应用服务器（如ＩＢＭ　Ｗｅｂｓｐｈｅｒｅ、Ｗｅｂｌｏｇｉｃ和ＪＢｏｓｓ　等）实现了这些功能，借助于这些强大的网络中间件，就可以更　加高效地实现用户需求。　务器要做的工作较多，当然较直接套接字编程要少得多，例如监　听客户端请求，只需要创建监听型Ｉ／Ｏ服务ＩｏＡｅｃｅｐｔｏｒ，并指定　对应的ＩｏＨａｎｄｌｅｒ即可。稍微复杂一点的是对客户端请求的处　理及响应，下面以自底向上的顺序来介绍基于ＭＩＮＡ框架的系　统设计。　首先需要构造编码器和解码器。编码器将消息帧编码成码　流，消息帧可以采用自定义方式编码。解码器将码流解析成消　３结论　本文主要采用ＭＩＮＡ框架和ＲＭＩ技术构建了一种简单的　请求一应答系统，分析了ＭＩＮＡ框架和ＲＭＩ技术在网络应用中　（下转第２３９页）　第９期　３．３实验结果分析　刘凤龙等：基于ＥＭＤ与ＰＮＮ的机械故障检测　表２识别对比实验结果　２３９　本文对滚动轴承常见问题　进行了模拟实验。其信号状　态为正常信号和三种故障信号：内圈点蚀、外圈划痕、滚动体划　痕。采样频率为１０ｋＨｚ，一次采集１００００个数据点。通过ＥＭＤ　特征提取方式　不经过ＥＭＤ分解　经过ＥＭＤ分解　分类算法　ＢＰ　ＰＮＮ　识别正确率　７６．１％　８７．５％　分解，得到８个ＩＭＦ分量，因此可以把ＰＮＮ拓扑结构做如下设　置：输入层为８个节点，分别对应８个ＩＭＦ分量；输出层为４个　节点，分别对应正常状态和３种故障状态，模式层和累加层的节　点数会随样本空间的变化而变化。　ＢＰ　ＰＮＮ　８９．７％　９８．２％　４结论与展望　为了验证ＥＭＤ分解对故障信号分析的效果，本文在训练阶　段进行了对比实验：由图４和图５可知，当预定目标精度为ｌ０－３　时，未经ＥＭＤ分解的原始信号需要约３００个时间单位的训练才　能达到；而经过ＥＭＤ分解后的ＩＭＦ只需要１２０个时间单位即可　达到１Ｏ　的预定目标。这是因为原始信号的特征量并不明显，　神经网络需要较长的时间才能把握信号的特征，而ＥＭＤ分解将　信号中不同尺度的ＩＭＦ逐一分解开来，分离了原信号中不同的　局部特征，因此训练的效果要明显优于前者，具体训练效果如表　１所示　图５经过ＥＭＤ分解的ＩＭＦ分量训练误差曲线　在识别过程中，由于利用了差分演化算法对平滑参数　进　行了处理，因此将达到较高的识别率；同时，为了验证算法，本文　与ＢＰ分类算法进行了对比实验。由表２的对比实验结果可知，　ＥＭＤ分解以及改进的ＰＮＮ算法都能有效的提高识别率，而将　两者结合起来更是达到了９８．２％的识别率。　表１切Ｉ练对比实验结果　特征提取方式　训练正确率　训练次数　不经过ＥＭＤ分解　１ｏｏ％　３０ｏ　经过ＥＭＤ分解　１００％　１２０　本文将ＥＭＤ分解及ＰＮＮ算法结合起来进行故障检测，实　验结果表明该方法是有效的。由于ＥＭＤ分解后的ＩＭＦ分量所　含信息量自上而下是逐级递减的，因此，在保证识别率的基础上　可以考虑只用一部分而非全部ＩＭＦ来设计ＰＮＮ网络，这样可以　进一步提高识别速度。　参考文献　［１］Ｈｕａｎｇ　Ｅ，Ｚｈｅｎｇ　Ｓ，Ｓｔｅｖｅｎ　Ｒ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅ　ｅｍｐｉｒｉｃａｌ　ｍｏｄｅ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｈｉｌｂｅｒｔ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｆｏｒ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ａｎｄ　ｎｏｎ－－ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ　ｔｉｍｅ　ｓｅｒｉｅｓ　ａｎａｌｙ－・　ｓｉｓ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｒｏｙａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ｌｏｎｄｏｎ　Ｓｅｒｉｅｓ，１９９８，　４５４：９０３—９９５．　［２］Ｐａｕｌ　Ａ　Ｈｗａｎｇ，Ｎｏｒｄｅｎ　Ｅ　Ｈｕａｎｇ，Ｄａｖｉｄ　Ｗ　Ｗａｎｇ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＥＭＤ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　Ｈｉｌｂｅｒｔ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｆａｕｌｔ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ｏｆ　ｒｏｌｌｅｒ　ｂｅａｒｉｎｇｓ　［Ｊ］．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　Ｓｉｎｇａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２００５，１９：２５９—２７０．　［３］赵协广，戴炬．基于ＥＭＤ分解与小波包的滚动轴承故障诊断［Ｊ］．　轴承，２００９（７）：３３—３７．　［４］于德介，程军圣，杨宇．一种基于ＥＭＤ和ＳＶＭ的齿轮故障诊断方　法［Ｊ］．机械工程学报，２００５，４１（１）：１４０一ｌ４４．　［５］Ｓｐｅｃｈｔ　Ｄ　Ｆ．Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｅ　Ｎｅｕｒａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．Ｎｅｕｒｌａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ，１９９０，３　（２）：１０９—１１８．　［６］杨鼎强，肖淑苹，蒋加伏．基于差异演化概率神经网络的纹理图像　识别［Ｊ］．计算机工程与应用，２００８，４４（１１）：１７９—１８１．　［７］Ｙａｎｇ　Ｈ　Ｙ，Ｍａｔｈｅｗ　Ｊ，Ｍａ　Ｌ．Ｆａｕｌｔ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ｏｆ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｂｅａｒｉｎｇｓ　ｕｓｉｎｇ　ｂａｓｉｓ　ｐｕｒｓｕｉｔ［Ｊ］．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　Ｓｉｎｇａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，　２００５，１９：３４１—３５．　（上接第２２３页）　各自的特点。套接字是比较底层的通信接口，而Ｊａｖａ　ＲＭＩ作为　一种分布式对象模式，提供了强大的应用层与ＴＣＰ／ＩＰ通信底层　之间的中间层，使程序员可以将注意力集中在业务逻辑上；而　ＭＩＮＡ框架提供了一种灵活的、可扩展的网络中间层，可以帮助　用户快速构建高性能的网络应用程序。通过比较这两种类型的　网络中间层技术，可以为构建不同类型的网络系统提供有利的　参考。网络中间层技术的发展是实现高效、安全的网络通信的　强大推动力。　参考文献　［１］姚跃华，陈一栋，李慧芳．分布式对象模型ＣＯＲＢＡ和ＲＭＩ的应用　研究［Ｊ］．计算机工程与科学，２００８，３０（０９）：１５１—１５３．　［２］剧忻，苗放．基于ＭＩＮＡ开发高性能网络应用程序——以实现　ＸＭＰＰ协议Ｏｐｅｎｆｉｒｅ３．３．３为例［Ｊ］．重庆工学院学报：自然科学，　２００８，２２（１０）：１２１—１２５，１６０，　［３］杨晖，卢苇，严斌宇，等．ＲＭＩ技术研究及其在ＥＪＢ中的应用［Ｊ］．　四川大学学报：自然科学版，２００３，４０（０１）：４５—５０．　［４］杜风雷．用ＲＭＩ开发基于Ｊａｖａ的分布式应用［Ｊ］．微电子学与计　算机，２００６，２３（０７）：７２—７５．