• OSGI初识(理论篇)


    学着学着classloader,一不小心变了个道,到osgi的行车道上来了,呵呵。

    雨伞 首先,什么是OSGI?为什么会有这个东西,存在的意义和价值是什么?

    • 因“模块化”而生;
    • 其可将应用程序劈分为多个模块单元,这样就可以更容易地管理这些模块单元之间的交叉依赖关系,做个性化定制等;
    • OSGI,可理解为容器/环境/框架/规范;
    • 例如,可以这么理解,一种服务运行平台。通过实现能够提供服务的符合OSGi规范的组件,用户可以将其组件发布到OSGI运行平台,供用户和其他组件使用。OSGI组件提供的服务具有两个层面的含义:系统层面,即一个组件为其他组件提供服务,这些服务体现为Java接口的实现;业务层面,即一个组件为外部系统或用户提供某种业务服务实现。

    OSGI提供的功能:

    我们将OSGi运行平台与常用的Web应用服务服务器做一个比较,来看OSGi提供的功能。首先,以tomcat为例,在tomcat容器中可以运行多个Web应用,假设存在两个Web应用A和Web应用B,一般说来,Web应用A和B具有各自的运行空间,两者之间不存在任何关联,A和B具有自己独立的生命周期,如部署、启动、停止和卸载等。

    那么,是如何做到这一点的呢?很明显,这是通过JVM的类加载机制决定的。当tomcat运行并启动Web应用A和B时,tomcat为Web应用A和B各自构建了一个类空间,也可以看作是一个类域(Class Domain),Web应用A的类域包括JRE中的类,tomcat启动类路径上的类和Web应用A中WEB-INF目录下classes目录下的类和lib中的jar包;同样,Web应用B也有自己独立的类域,其范围除了JRE中的类,tomcat启动类路径上的类之外就是自己内部WEB-INF目录下classes目录下的类和lib中的jar包。现在提出一个问题,如果Web应用A需要使用Web应用B提供的Java类,怎么办?实现方式有多种,一种是将B提供的类打包,放置到应用A的WEB-INF/classes或WEB-INF/lib中;也可以将B提供的类放置到tomcat的类路径上,甚至是JRE的扩展目录下,但这样做在实际使用中或多或少存在一些问题。能不能在运行时Web应用A可以直接使用Web应用B提供的类呢?在运行时Web应用B能不能提供一个接口的实现,即类实例,由Web应用A使用呢?能不能提供一个应用C为应用A和应用B提供服务呢?显然,这些对于Web容器是不行的。

    带着上述问题我们回到OSGi运行平台。可以将OSGi看作是Web容器的泛化,是更高级别的抽象。运行在OSGi环境中的类似于Web容器中的Web应用的组件即Bundle,不再仅仅局限于一个业务应用的概念,它的粒度更加精细,即可以看作是一个Jar包,为其他Bundle提供帮助类;也可以是一个HTTP服务组件,为其他Bundle提供http服务;还可以是一个Web容器,为其他Bundle提供Web应用服务。

    那么,能不能解决上述提到的问题呢?我们假设在OSGi运行平台中包含了3个Bundle:A、B和C。对于问题一:Bundle A需要使用Bundle B中的某些实现类,如何实现?可以将Bundle B中的这些类通过Bundle B的元数据描述信息公开(Export)出去,使得这些类对OSGi平台中的所有Bundle可见,这些类资源仍然位于Bundle B中。Bundle A在其元数据描述信息中将Bundle B公开的类引入(Import)进来。在运行时,Bundle A就可以使用Bundle B提供的这些类,而不是需要将这些类拷贝到Bundle A中或其他位置。对于问题二:Bundle A可不可以直接使用Bundle B在运行时构建了类实例?Bundle B在运行时可以将Bundle A需要的类实例注册到OSGi运行平台的服务注册表中,类实例实现的接口可以通过上述问题一的方式使得Bundle A可见,那么,在运行时,Bundle A就可以通过该接口到OSGi平台服务注册表中查找Bundle B中提供的接口实现类实例,并调用该接口上的方法。现在来看问题三:Bundle C能不能为Bundle A和Bundle B共享呢?可以将上述问题二的解决方案中的Bundle B提供的接口定义提取到Bundle C中,并在Bundle C的元数据中公开,通过在Bundle A和Bundle B中同时引入Bundle C中发布的接口,Bundle B提供该接口的实现,Bundle A使用该接口实现提供的功能。这一切看上去是不是解决的非常完美呢?!

    模块化(bundle的概念)

    bundle,和普通的jar文件没有什么区别,只是多了一个MANIFEST.MF原数据文件来描述bundle的一些信息、依赖、行为等。

    OSGI实现机制

    从本质上说,OSGi是充分使用了Java的类加载机制,对模块和应用进行了更加精细粒度的控制,然后在类域上建立一系列松耦合应用。OSGi为每一个Bundle组件定义了一些元数据信息,通过这些元数据,OSGi在运行时为每一个Bundle构建了一个独立的类域(即类空间)。

    OSGi中的重要元素就是Bundle 和Service,Bundle提供了一种静态资源边界,类似于Web容器中的Web应用的概念。

    每一个Bundle通过一个元数据文件(MANIFEST.MF)描述。OSGi框架(即SystemBundle)通过解析这个元数据文件对该Bundle进行加载和管理。Bundle通过元数据中的"Export-Package"属性将内部的类包发布给OSGi系统中其他Bundle使用,通过"Import-Package","Requie-Bundle"属性引用OSGi系统中其他Bundle发布的类包。

    每一个Bundle有自己独立的类加载器(Fragment Bundle例外,其资源通过其Host Bundle加载),Bundle内部的资源(类,文件等)通过该类加载器查找和加载。Bundle的类加载器能够控制的类加载边界包括:启动类路径上的类资源,OSGi框架即SystemBundle上的类资源和Bundle内部的类资源。该类资源边界即形成该Bundle的类域。

    每一个Bundle在OSGi框架中具有自己的生命周期,其生命周期内的状态包括:INSTALLED、RESOLVED、STARTING、ACTIVE、STOPPING和UNINSTALLED。

    • INSTALLED状态是Bundle的初始状态,当该Bundle部署到OSGi系统的Bundle Repository中时,Bundle的状态标记为INSTALLED。
    • Bundle内部的资源在加载之前,首先由OSGi框架对其进行解析(Resolve),解析的过程就是分析Bundle的元数据的过程,详细过程参考OSGi规范。解析后的Bundle进入RESOLVED状态,解析失败时,仍然处于INSTALLED状态。

    Bundle内的资源被其它Bundle使用时,该Bundle被启动,也可以通过设定让OSGi框架在加载该Bundle时直接启动。

    Bundle内的资源通过BundleContext与其他Bundle进行交互。元数据中的"Bundle-Activator"属性指定了实现BundleActivator接口的实现类,Bundle通过该类得到BundleContext,通过BundleContext可以查找其他的Bundle,查找注册在OSGi中的服务(Service)与OSGi环境进行交互等等。Bundle可以在其提供的BundleActivator实现类中进行初始化的工作,也可以注册服务到OSGi的服务注册表中,供其他Bundle查找使用。

    OSGI核心架构

    image

    包括四个部分:服务注册、生命周期管理,models和运行环境。

    • 最中间的就是bundles运行所需的最小运行环境。
    • Life Cycle负责bundles的生命周期管理,如bundle的动态安装、启动、停止、更新和卸载等。
    • ServiceRegistry则是bundle的服务注册。
    • Modules则提供了强大的ClassLoader机制,在java中一般是由一个ClassLoader来加载所有的类和资源,而在OSGI中则是为每一个bundle提供单独的ClassLoader,OSGI的ClassLoader机制还提供了根据属性、版本等过滤的功能。

    OSGI中bunlder间的通信方式有两种:1.export/import 2.服务注册方式。

    OSGI可以使项目完全松偶合,一种很好的架构,以framework为核心,可挂接很多bundle,bundle间还能共享资源,这样项目不管在开发,调试,找错,架构上来说都相当的清晰.

    OSGi在R4种将功能分为几层,包括:安全层、模块层、生命周期层、服务层和实际的服务。OSGi的核心实现即为OSGi框架,它本身也是一个OSGi Bundle。

    • 安全层(Security Layer)是一个可选的实现,该层基于Java2 安全架构,位于OSGi服务平台的底层对OSGi环境中应用的部署和管理提供更好的安全控制。
    • 模块层(Module Layer)为基于Java的应用、组件的打包,部署和校验提供了一个通用的标准化的解决方案。其他类似的解决方案如JBoss、NetBeans。
    • 生命周期层(Life Cycle Layer)为Bundle组件的安全和生命周期操作提供了API定义,该层位于安全层和模块层之上。
    • 服务层(Service Layer)定义了一个与生命周期层紧密结合的组件动态交互模型。OSGi中的服务是实现了一个或多个Java接口的Java对象,通过将这些对象依据其实现的接口注册到服务注册表中,Bundle组件可以发布自己的服务,查找使用服务,注册监听处理服务的状态变更等。
    • 实际的服务(Actual Services)是OSGi定义的一些标准的服务接口如日志服务(Log Service),包管理服务(Package Admin Service)、启动级别服务(Start Level Service)、HTTP服务(Http Service)、配置服务(Config Admin Service)、用户管理服务(User Admin Service)等等,详细的服务定义参考OSGi规范

    如何使用?

    OSGi规范定义了两个东东,一是容器对外提供的服务,另一个是容器和您的应用程序之间必须遵守的契约。其中,服务对象是容器要实现的。如果想要在OSGi平台上进行开发,首先,必须要使用OSGi API来创建您的应用,然后将之部署到OSGi容器中。从开发者的角度看,OSGi具有以下优点:

    a) 您可以在不重启容器的情况下,动态地安装、卸载、启动和停止您的应用程序中的不同模块;

    b) 对于您应用程序中的某一特定模块,容器可以同时运行该模块的多个版本;

    开源的OSGI实现:

    Knopflerfish

    http://www.knopflerfish.org

    Oscar

    http://oscar.objectweb.org

    Equinox

    http://www.eclipse.org/equinox

    Flex

    http://incubator.apache.org/flex

    这里讲的不错,“OSGi概念入门”:http://www.diybl.com/course/3_program/java/javajs/2007917/71579.html

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