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何千軍, 軟件工程師, 獨立顧問(wèn)和自由撰稿人
2002 年 10 月 16 日 在很多大型軟件項目中，都有一些極為重要的后臺服務(wù)程序，它們并不處理具體的系統業(yè)務(wù)邏輯，但對整個(gè)系統資源和服務(wù)的協(xié)調管理卻是不可或缺。本文討論如何完整地編寫(xiě)一個(gè)后臺服務(wù)管理程序，并通過(guò)一個(gè)具體的后臺服務(wù)管理例子來(lái)說(shuō)明這一技術(shù)實(shí)現的技巧。 為什么需要后臺服務(wù)程序？ 在許多大型軟件項目中，后臺服務(wù)程序都扮演著(zhù)極為重要的角色。它們無(wú)處不在，例如操作系統的內核程序處理各種對操作系統的內部調用；數據庫系統的核心管理進(jìn)程處理各種對數據庫的讀寫(xiě)操作和進(jìn)程、資源的管理；大型ERP軟件的內核管理程序要完成各種應用模塊的資源、通訊管理等等。它們使系統的各種服務(wù)、資源與應用的表示之間形成了一個(gè)松耦合關(guān)系，這樣就極大地增加了軟件系統的穩定性和伸縮性。后臺服務(wù)程序也就是相當于軟件系統的管理調度中心，它是軟件系統的中央處理器，是保證應用高效運行的內核程序。 在不同的軟件系統中，由于軟件的復雜程度和功能的不同使得各種軟件系統的后臺服務(wù)程序都有存在較大的差異。但是后臺服務(wù)程序還是有很多共同的特點(diǎn)，一個(gè)基本的后臺服務(wù)程序大概可以由四個(gè)部分構成：通用服務(wù)器框架、服務(wù)與監聽(tīng)、服務(wù)控制、服務(wù)器實(shí)現。下面我們就使用具體的代碼來(lái)實(shí)現一個(gè)基本的后臺服務(wù)器程序。
通用服務(wù)器框架 在開(kāi)發(fā)后臺服務(wù)程序中，我們首先實(shí)現一個(gè)通用服務(wù)器框架類(lèi)，它能在多個(gè)端口提供多線(xiàn)程的服務(wù)（由多個(gè)Service對象定義），并且能夠在系統運行時(shí)動(dòng)態(tài)地調用和實(shí)例化Service類(lèi)并加載新的服務(wù)或卸除已加載的服務(wù)。 清單 1顯示了如何編制一個(gè)通用服務(wù)器框架類(lèi)文件。 【清單 1：通用服務(wù)器框架類(lèi)文件Server.java】import java.util.*;import java.io.*;import java.net.*;public class Server { protected Map services; Set connections; int maxConnections; int freeConn; ThreadGroup threadGroup; private int currentConn; private PrintWriter log = new PrintWriter(System.out, true); public boolean connected = false; public Properties proPort, proNum; public synchronized void setControlFlag() { connected = true; } public synchronized void removeControlFlag() { connected = false; } public void setProperty(Properties proPort, Properties proNum) { this.proPort = proPort; this.proNum = proNum; } public Server(int maxConn) { this.maxConnections = maxConn; this.freeConn=maxConnections; this.threadGroup = new ThreadGroup(Server.class.getName()); currentConn = 0; this.services = new HashMap(); this.connections = new HashSet(maxConnections); } public synchronized void addService(Service service,int port, int maxConn) throws IOException { String servicename = service.getClass().getName(); Integer key = new Integer(port); if (services.get(key) != null) throw new IllegalArgumentException("端口:" + port + " 已經(jīng)被占用！"); if (getfreeConnections(maxConn)>=0) { Listener listener = new Listener(this, port, service, maxConn); services.put(key,listener); log.println("啟動(dòng)" + servicename + "服務(wù)在" + port +"端口上"); listener.start(); } else { System.err.println("系統并發(fā)連接限制已經(jīng)達到最大值!"); System.err.println("服務(wù)" + servicename + " 啟動(dòng)失敗!"); } } public synchronized void addService(Service service,int port) throws IOException { this.addService(service,port,10); } public synchronized boolean removeService(int port) { Integer key = new Integer(port); int maxConn =10; final Listener listener = (Listener) services.get(key); if (listener == null) { log.println("Service " + " isn‘t started on port " + port); return false; } services.remove(key); listener.pleaseStop(); freeConn+=listener.maxConn; log.println("Close " + listener.service + " on port " + port); return true; } public synchronized void displayStatus(PrintWriter out) { Iterator keys = services.keySet().iterator(); while (keys.hasNext()) { Integer port = (Integer) keys.next(); Listener listener = (Listener) services.get(port); out.println("服務(wù)" + listener.service + "運行" + port + "\n"); } out.println("連接限制為" + maxConnections); Iterator conns = connections.iterator(); while (conns.hasNext()) { Socket s = (Socket) conns.next(); int sport = s.getLocalPort(); Listener listen = (Listener) services.get(new Integer(sport)); String servicename = listen.service; out.println(servicename + "響應請求在" + s.getInetAddress().getHostAddress() + "的" + sport + "端口上"); } out.println("當前連接數為" + currentConn); out.println("當前系統空閑連接數為" + freeConn); } private synchronized int getfreeConnections(int maxConn) { int num = -1; if (freeConn >= maxConn) { freeConn-=maxConn; num = freeConn; } return num; } public synchronized int getConnections() { return currentConn; } public synchronized int addConnections(Socket s) { connections.add(s); return currentConn++; } public synchronized int removeConnections(Socket s) { connections.remove(s); try { s.close(); } catch (Exception e) { System.out.println(e.getMessage()); } return currentConn--; } public synchronized int getConnections(int connections) { int num = 0; if ((num=freeConn-connections) >= 0) { freeConn = num; } else num = -1; return num; } private synchronized int getFreeConn() { return freeConn; }}
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如上所述可知，服務(wù)器框架類(lèi)Server主要是通過(guò)端口到監聽(tīng)器影射的散列表services來(lái)管理服務(wù)對象，Server類(lèi)的幾個(gè)主要方法說(shuō)明如下： - addService方法：此方法能夠在特定的端口上創(chuàng )建新的服務(wù)，即在指定端口上運行指定的Service對象。
- removeService方法：此方法使服務(wù)器停止指定端口上的服務(wù)，并不終止連接，僅使服務(wù)器停止接受新的連接。
- displayStatus方法：此方法用于打印指定流上服務(wù)器的狀態(tài)信息。
服務(wù)與監聽(tīng) 每個(gè)服務(wù)都對應著(zhù)一個(gè)監聽(tīng)對象，監聽(tīng)指定端口的連接并在獲得連接請求時(shí)調用addConnection( Socket s, Service service )方法來(lái)取得（釋放）一個(gè)連接。清單 2顯示了如何編制一個(gè)監聽(tīng)類(lèi)文件。 【清單 2：Listener.java的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)現】import java.util.*;import java.io.*;import java.net.*;public class Listener extends Thread { private ServerSocket listener; private int port; String service; Set connections; private Service runService; private boolean stop_flag = false; int maxConn; private PrintWriter log = new PrintWriter(System.err, true); private ThreadGroup group; private int currentConnections = 0; Server server; Socket client = null; public Listener(Server server, int port, Service service, int maxConn, boolean bl) throws IOException { this.server = server; this.port = port; this.service = service.getClass().getName(); this.maxConn = maxConn; this.group = server.threadGroup; this.connections = server.connections; listener = new ServerSocket(this.port); if (bl == false) listener.setSoTimeout(600000); this.runService = service; if (!stop_flag) { for (int i=0;i<this.maxConn;i++) { ConnectionHandler currentThread = new ConnectionHandler(server,logStream); new Thread(this.group, currentThread, this.service+this.port+i).start(); this.logStream.realLog("向線(xiàn)程組" + group.toString() + "添加一個(gè)線(xiàn)程" + this.service+this.port+i); } } else throw new IllegalArgumentException("系統并發(fā)連接限制已經(jīng)超過(guò)最大值!！"); } public Listener(Server server, int port, Service service, int maxConn) throws IOException { this(server, port, service, maxConn, false); } public void pleaseStop() { this.stop_flag = true; try { listener.close(); } catch (Exception e) { } this.interrupt(); } public void run() { while(!stop_flag) { try { client = listener.accept(); addConnection(client,runService); } catch (Exception e) {} } try { client.close(); } catch (IOException e) {} } private synchronized void addConnection(Socket s, Service service) { ConnectionHandler.requestToHandler(s, service); }}
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在實(shí)際處理過(guò)程中，Listener對象通過(guò)在指定端口上與指定服務(wù)的綁定實(shí)現監聽(tīng)過(guò)程，主要的幾個(gè)方法說(shuō)明如下： - pleaseStop：以禮貌的方法停止接受連接。
- addConnection：把指定要處理的服務(wù)放到線(xiàn)程池中，以等待空閑的線(xiàn)程處理服務(wù)。
監聽(tīng)對象通過(guò)傳遞一個(gè)Service對象并喚醒它的serve()方法才真正提供了服務(wù)。下面我們就來(lái)實(shí)現一個(gè)具體的服務(wù)： - 服務(wù)接口Service只有一個(gè)抽象方法serve(InputStream in, OutputStream out)，它所有服務(wù)實(shí)現所必須重寫(xiě)的一個(gè)方法，Listing 3顯示了一個(gè)Service接口的定義。
【清單 3：定義一個(gè)Service接口】import java.io.*;import java.net.*;public interface Service { public void serve(InputStream in, OutputStream out) throws IOException;}
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- 編寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的顯示時(shí)間服務(wù)類(lèi)：見(jiàn)清單4。
【清單 4：一個(gè)顯示系統當前時(shí)間的服務(wù)類(lèi)Timer.java】import java.util.*;import java.text.*;import java.io.*;import java.net.*;public class Timer implements Service { public Timer() { } public void serve(InputStream in, OutputStream out) throws IOException { String timeFormat = "yyyy-MM-dd hh:mm:ss"; SimpleDateFormat timeFormatter = new SimpleDateFormat(timeFormat); BufferedReader from_client = new BufferedReader(new InputStreamReader(in)); PrintWriter outPrint = new PrintWriter(out); String sDate = timeFormatter.format(new Date()); outPrint.println("當前時(shí)間是:" + sDate); outPrint.flush(); try { from_client.close(); outPrint.close(); }catch (Exception e){} }}
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通過(guò)實(shí)現Service接口可以編寫(xiě)很多的服務(wù)實(shí)現提供各種不同的服務(wù)，讀者有興趣也可自己編寫(xiě)一個(gè)服務(wù)來(lái)測試一下。
服務(wù)控制 服務(wù)控制是在服務(wù)器運行時(shí)動(dòng)態(tài)地操作控制服務(wù)器，如系統運行時(shí)，動(dòng)態(tài)地裝載（卸載）服務(wù)，顯示服務(wù)器的狀態(tài)信息等等。為了簡(jiǎn)化基本后臺服務(wù)系統的復雜程度，我們采用創(chuàng )建一個(gè)ControlService服務(wù)實(shí)例來(lái)在運行時(shí)管理服務(wù)器。ControlService實(shí)現了基于命令的協(xié)議，可用密碼保護操縱服務(wù)器，代碼如清單 5所示： 【清單 5：服務(wù)控制類(lèi)文件ControlService.java】import java.io.*;import java.util.*;import java.net.*;import dvb.kuanshi.kssms.util.*;import dvb.kuanshi.kssms.server.Server;public class ControlService implements Service { Server server; String password; public ControlService(Server server, String password) { this.server = server; this.password = password; } public void serve(InputStream in, OutputStream out) throws IOException { boolean authorized = false; BufferedReader from_client = new BufferedReader(new InputStreamReader(in)); PrintWriter to_console = new PrintWriter(System.out, true); to_console.println("后臺管理服務(wù)響應請求！\n"); PrintWriter to_client = new PrintWriter(out); synchronized (this) { if(server.connected) { to_client.println("已經(jīng)有用戶(hù)連接，本服務(wù)僅允許一個(gè)連接！\n"); to_client.close(); return; } else server.setControlFlag(); } to_client.println("Remote Console>"); to_client.flush(); String line; while ((line=from_client.readLine())!=null) { int len = line.indexOf("Remote Console>"); line = line.substring(len+1,line.length()); String printStr; try { StringTokenizer st = new StringTokenizer(line); int count = st.countTokens(); if (!st.hasMoreElements()) continue; String first = st.nextToken().toLowerCase(); if (first.equals("password")) { String pwd = st.nextToken(); if (pwd.equals(this.password)) { to_client.println("OK"); authorized = true; } else to_client.println("密碼無(wú)效,請重試！\n"); } else if (first.equals("add")) { if(!authorized) to_client.println("請登陸！\n"); else { count--; String servicename; int Port; boolean flag = true; if (count>0) { servicename = st.nextToken(); Port = Integer.parseInt(st.nextToken()); server.addService(loadClass(servicename1), Port); to_client.println("服務(wù)" + servicename + "已經(jīng)加載\n"); flag = false; } if (flag) to_client.println("系統不能啟動(dòng)非法服務(wù)：" + servicename); else {to_client.println("請輸入服務(wù)名！\n");} } } else if (first.equals("remove")) { if(!authorized) to_client.println("請登陸！\n"); else { count--; if (count>0) { int port = Integer.parseInt(st.nextToken()); boolean bl = server.removeService(port); if (bl) to_client.println("端口: " + port +"上的服務(wù)已經(jīng)卸載\n"); else to_client.println("端口: "+ port +"上無(wú)任何服務(wù)運行，卸載操作失??！\n"); } else to_client.println("請輸入端口名！\n"); } } else if(first.equals("status")) { if(!authorized) to_client.println("請登陸！\n"); else server.displayStatus(to_client); } else if(first.equals("help")) { if(!authorized) to_client.println("請登陸！\n"); else printHelp(to_client); } else if(first.equals("quit")) break; else to_client.println("命令不能識別！\n"); } catch(Exception e) {to_client.println("系統后臺出錯" + e.getMessage() +"\n"); printHelp(to_client); } to_client.println("Remote Console>"); to_client.flush(); } to_client.flush(); authorized = false; server.removeControlFlag(); to_client.close(); from_client.close(); } private void printHelp(PrintWriter out) { out.println("COMMANDS:" + "\tpassword <password>\n" + "\t\tadd <servicename> <port>\n" + "\t\tremove <port>\n" + "\t\tstatus\n" + "\t\thelp\n" + "\t\tquit\n"); } protected Service loadClass(String servicename) { Service s = null; try { Class serviceClass = Class.forName(servicename); s = (Service) serviceClass.newInstance(); } catch (Exception e) { } return s; }}
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服務(wù)器實(shí)現和運行
服務(wù)器實(shí)現主要完成服務(wù)器的初始化，啟動(dòng)服務(wù)控制實(shí)例等工作，代碼如清單 6所示： 【清單 6：runServer.java的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)現】import java.util.*;public class runServer { public runServer() { } public static void main(String[] args) { try { int argLen = args.length; System.out.println("正在初始化系統請等待......"); System.out.println(""); int maxConn = 30; Server server = new Server(maxConn); System.out.println("################################################################"); System.out.println("# #"); System.out.println("# 后臺服務(wù)管理系統 #"); System.out.println("# #"); System.out.println("################################################################"); System.out.println(); if (argLen>2) { for (int i = 0;i<argLen;i++) { if (args[i].equals("-s")) { i++; String password = args[i]; i++; int port = Integer.parseInt(args[i]); server.addService(new ControlService(server,password), port, 2); } else { String servicename = args[i]; i++; int port = Integer.parseInt(args[i]); server.addService(loadClass(servicename), port); } } } else throw new IllegalArgumentException("參數數目不正確!"); System.out.println("系統啟動(dòng)，進(jìn)入監聽(tīng)服務(wù)模式......"); } catch (Exception e) { throw new IllegalArgumentException(e.getMessage()); } } protected static Service loadClass(String servicename) { Service s = null; try { Class serviceClass = Class.forName(servicename); s = (Service) serviceClass.newInstance(); } catch (Exception e) { } return s; }}
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下面我們就可以啟動(dòng)示例程序來(lái)測試一下了。 如清單 7所示，以密碼保護方式（密碼為test）啟動(dòng)后臺服務(wù)，在6809啟動(dòng)服務(wù)控制實(shí)例，在6810端口啟動(dòng)。 【清單 7：?jiǎn)?dòng)后臺服務(wù)程序】 % java runServer -s test 6809 Timer 6810
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在另外一個(gè)窗口，執行如下命令，將顯示當前系統的時(shí)間。 % java clientConnect 6810
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在另外一個(gè)窗口，執行如下命令，你將能查看系統服務(wù)狀態(tài)信息，并動(dòng)態(tài)地裝載你寫(xiě)的服務(wù)對象，你可以測試一下。 % java clientConnect 6809
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現在，一個(gè)基本的后臺服務(wù)程序即編制完成了。實(shí)際上，一個(gè)大型軟件的后臺服務(wù)程序是非常復雜的，上面的例子希望能起到拋磚引玉的效果。要寫(xiě)出性能良好的后臺服務(wù)程序還有很多工作要做。
參考資料
關(guān)于作者 | | 何千軍，軟件工程師，獨立顧問(wèn)和自由撰稿人。參加了多項大型軟件系統設計，主要從事分布式Internet系統的開(kāi)發(fā)?？梢酝ㄟ^(guò) heqianjun@163.net 和我聯(lián)系。 |
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