RMI 基础

原文地址：jGuru: Remote Method Invocation (RMI)

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这篇文章讲述Java2 平台中远程方法调用(RMI)技术的基础。

简介：使用RMI进行分布式计算

RMI(Remote Method Invocation，远程方法调用)，在JDK1.1中被首次引入，它将网络编程提升到一个更高的层面。尽管相对来说，RMI比较易用，它仍然是一个引人注目的强大技术。它为普通的java开发者揭开了一个全新的角度——分布式对象计算的世界。

这篇文章将对这个通用的技术作一个深度的介绍。RMI技术被认为形成于JDK1.1，在Java 2 SDK中得到显著提升。在应用时，RMI在这两个版本中的不同点将会予以指明。

目标

对RMI的设计者而言，首要目标就是：允许程序员在开发分布式Java程序和非分布式程序时使用的语法和语义。为了做到这一点，他们的必须小心的将Java类和对象在单个JVM中的工作模型映射到分布式计算环境（多个JVM）中Java类和对象的新工作模型。

本节从分布式或远程Java对象的角度来介绍RMI框架，并分析它们与本地Java对象的行为上的不同。RMI框架定义了对象如何执行逻辑，异常何时和怎样发生，内如如何管理，和参数如何传递给远程方法，并获取返回值。

对比：分布式程序和非分布式程序

RMI架构力图使分布式Java对象与本地Java对象的使用方式相类似。虽然设计者成功的实现了这一点，但是仍有一些重要的不同点，如表所示：

即使你无法理解表中的所有不同点，也不必担心。但你分析RMI架构的时候，这些会变得清晰。你可以把这张表当作你学习RMI时的参考。

	本地对象	远程对象
对象定义	本地对象由一个Java类定义	远程对象的外在行为由一个继承自Remote接口的接口定义。
对象实现	本地对象由它的Java类所实现	远程对象的行为由一个实现了Remote接口的Java类执行
对象创建	使用new运算符创建本地对象的一个新实例	在远程主机上使用new运算符创建一个远程对象的新实例。客户端不能直接创建远程对象（除非使用Java 2 的远程对象激活）
对象访问	本地对象可以使用对象引用直接访问	远程对象的访问，则需要使用一个指向代理对象(proxy stub)的引用，这个代理对象实现了远程接口。
引用	在单JVM中，一个对象引用直接指向JVM堆中一个对象。	“远程引用”是本地JVM堆中的代理对象的引用。这个代理对象包含一些信息，这些信息使得代理对象可以与远程对象进行交互。远程对象包含对应方法的实现。
终结化(Finalization)	如果一个对象实现了finalize()方法，在被垃圾回收器回收前，finalize()方法会被调用。	如果一个对象实现了unreferenced接口，在所有的远程引用断开时，接口中unreferenced方法会被调用。
垃圾回收	当对象的所有本地引用断开后，对垃圾回收器而言，该对象可回收。	分布式的垃圾回收器和本地垃圾回收器器共同工作。如果没有远程引用，并且所有远程对象的本地引用都断开了，那么对垃圾回收器而言，它可以通过正常的方式回收。
异常	要么是运行时异常，要么是编译时异常。Java编译器要求所有程序处理所有的编译时异常。	RMI迫使程序处理任何可能抛出的RemoteException 对象。这是为了保证分布式应用程序的健壮性。

Java RMI架构

RMI架构的设计目标是创建一个Java分布式对象模型，使之与Java编程语言和本地对象模型自然的集成。RMI架构成功了。针对分布式计算世界，它创建了一个系统。该系统继承了Java架构的安全性和健壮性。

接口：RMI的核心

RMI架构基于一个重要的原则：行为的定义和行为的实现是相互独立的概念。RMI允许行为定义的代码和行为的实现代码相分离和运行在各自独立的JVM中。

该原则很好的符合分布式系统的要求。在分布式系统中，客户端只关心服务的定义，服务端则关注服务的提供。

特别的，在RMI中，远程服务被定义在Java接口中；而远程服务的实现则在类中。因此，接口定义行为，类则定义行为的实现。理解RMI的关键是记住这一点。

下图说明了这种相互独立。

记住，Java接口并不包含运行的代码。RMI支持两个实现相同接口的类。第一个是行为的实现，它运行在服务端，第二个类作为远程服务的代理在客户端运行。如下图所示。

客户端程序通过代理对象调用服务方法，RMI将请求发送给远程JVM，然后将请求交给实现。实现提供的返回值被送回给代理，然后交给客户端程序。

RMI层级架构

在对RMI架构的上层理解后，来看看上层覆盖之下的底层实现吧。

RMI的实现本质上构建了三个抽象层。第一层是桩和框架层（the Stub and Skeleton layer），它正好位于开发者的视角之下。当客户端调用接口中定义的方法时，这一层拦截该方法调用并重定向到一个远程的RMI服务。

下一层是远程引用层。这一层知道如何拦截并管理远程服务对象的引用，这些引用由客户端创建。在JDK1.1中，这一层连接客户端和在服务器上运行的远程服务对象。该连接是一个一对一的连接。在Java 2 开发工具包中，这一层得到了强化，通过远程对象激活（Remote Object Activation），使其支持对处于休眠状态的远程服务对象的激活。

传输层是基于在一个网络中机器间的TCP/IP连接。它提供基本的连接以及一些防火墙穿透策略。

采用层级架构，可以在不影响系统其他部分的情况下，加强或替换某一层。例如，传输层可以使用UDP/IP协议替代，而无需影响上层。

桩和框架层(Stub and Skeleton Layer)

RMI的桩和框架层正好处于Java开发者的视线之下。在这一层，RMI使用了GOF的《设计模式》中的代理设计模式。在代理设计模式中，一个上下文中的对象是另一个上下文中对象的代理。代理对象在参与的对象间转寄方法调用。下图是代理模式的说明。

对于代理模式，在RMI中的运用，桩类(stub)代表代理，远程服务实现类代表真实对象(RealSubject)。

框架就是为使用RMI而产生的一个帮助类。框架知道如何通过RMI连接与桩类通信。框架会和桩进行会话。它读取来自连接的方法调用中的参数，调用远程服务实现对象，接受返回值，然后将返回值回写到给Stub对象。

在RMI的Java 2 SDK实现中，新的线协议废弃了框架类。RMI使用反射来产生对远程服务对象的连接。只有在JDK1.1或兼容JDK1.1的系统实现中，你才需要考虑框架类和对象。

远程引用层

远程引用层定义并支持对RMI连接的语义级调用。这一层提供一个远程引用对象。该对象代表了对远程服务实现对象的连接。

桩对象使用调用RemoteRef的invoke()方法转寄方法调用。远程引用对象对远程服务进行语义级的调用。

在RMI的JDK1.1实现版本中，只给客户端提供了一种连接到远程服务对象的方法：单向传播的、点对点的连接。在远程服务能被客户端使用之前，它必须在服务器上被实例化，并导出到RMI系统中（如果是首选服务，他必须命名并在RMI注册器上注册）。

RMI的Java2 SDK实现版本为客户-服务器连接增加了一个新的语义。在这个版本中，RMI支持可激活的远程对象。为了（调用）可激活的对象（的服务方法），客户端对代理产生一个方法调用，RMI根据远程对象是否处于休眠状态作出决定。如果它处于休眠状态，RMI将实例化这个对象，并从硬盘文件中恢复它的状态。一旦可激活对象加载到内存中，它就如同JDK1.1版本中的远程服务实现对象。

其它类型的连接在语义上是可能的。例如，采用多路广播，单个代理能同时将方法请求发给多个实现，并接受第一个回复（这勊改善相应时间，或许还可以改善可用性）。在将来，Sun会给RMI增加更多的语义调用。

传输层

传输层产生JVM间的连接。所有的连接都是基于流的网络，并采用TCP/IP。

即使是运行在同一个物理主机的两个JVM，它们之间仍然通过主机的TCP/IP协议栈进行通信（这是为什么如果你要运行本课的练习，在你的电脑上必须有一个可用的TCP/IP配置）。下图显示了在JVM间TCP/IP的自由使用。

正如你所知，在两台基于IP地址和端口号的主机间，TCP/IP提供持久的、基于流的连接。通常情况下，我们使用域名来代替IP地址。这意味着谈论flicka.magelang.com:3452和rosa.jguru.com:4432间的TCP/IP连接接。

在TCP/IP的顶端，RMI使用一个称为JRMP(Java Remote Method Protocol)的线级协议。JRMP是一个专有的，基于流的协议。目前，JRMP被部分地在两个版本中详细说明。RMI的第一个版本随着JDK1.1一起发布的，需要在服务器上使用框架类；第二个版本随着Java 2 SDK一起发布的。它在性能上得到优化，并无需框架类。（需要指出的是：一些可选的实现，例如BEA Weblogic 和 NinjaRMI并不使用JRMP，取而代之的是他们字节线级协议。“对象空间公司（ObjectSpace,一个软件公司）”的航海者（Voyager,该公司的产品）识别JPMP,可以在线级协议上与RMI进行交互。）

SUN和IBM联合致力于下一版的RMI，称为RMI-IIOP，它将会出现在Java 2 SDK 1.3中。关于RMI-IIOP，最有趣的事情是：在客户端和服务器通信时，它采用OMG(Obeject Management Group)的互联网内部对象请求代理协议（Internet Inter-ORB Protocol）取代JRMP协议。OMG是一个有800多名会员的组织，它定义了一个厂商中立的，分布式对象架构，叫做公共对象请求代理体系架构(CORBA，Common Object Request Broker Architecture)。CORBA的对象请求代理客户端和服务器端采用IIOP进行通信。随着CORBA的对象传值扩展和从Java语言到接口定义语言(IDL, Interface Description Language)的映射的采用，为直接将RMI和CORBA集成的基础工作宣告完成。新版的RMI-IIOP实现支持大部分的RMI特性集，除了：

• Java.rmi.server.RMISocketFactory
• UnicastRemoteObject
• Unreferenced
• The DGC interfaces

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RMI传输层的设计，是为了创建客户端和服务器端的连接，即使是在面临网络障碍的时候。

在一个客户端和服务器间，尽管传输层更喜欢使用多个TCP/IP连接，但是某些网络配置只允许使用单个TCP/IP连接（对于小程序(applet)，一些浏览器只允许它和主机服务器间使用单个网络连接）。

在这种情况下，传输层使用单个TCP/IP连接，采用多路传输的方式虚拟多个连接。

远程对象命名

在展示RMI架构的时候，有一个问题被多次跳过，那就是：客户端如何找到RMI远程服务。现在，你会找到这个问题的答案。通过使用命名和目录服务，客户端才能找到远程服务。这看起来像个循环逻辑。一个客户端如何能通过使用一个服务来定位另一个服务。事实上，情况就是这样。一个命名和目录服务运行在一个广为人知的主机和端口上。

（广为人知，意味着在组织中的每个人都知道那是什么）。

RMI可以使用许多不同的目录服务，包括Java命名和目录接口(JNDI)。RMI本身包括一个叫做RMI注册器的简单服务，rmiregistry。RMI注册器运行在每一台机器上，默认使用1099端口，持有远程服务对象并接受查询。

使用RMI

现在，是时候构建一个可运行RMI系统了，从而获得一些亲身体验。在这一节，你将构建一个简单的远程计算服务，并通过客户端程序使用它。

一个可运行的RMI系统有以下几部分构成：

• 远程服务的接口定义
• 远程服务的实现
• 一台维持远程服务的服务器
• 一个RMI命名服务，使得客户端能够找到该远程服务。
• 一个类文件提供商（一个HTTP或FTP服务器）
• 一个需要远程服务的客户端程序

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在下一节中，通过手把手的方式，你将构建一个简单的RMI系统。建议你在电脑上新建一个文件夹，当你读到对应的步骤时，建立那些文件。

为了简单起见，对客户端代码和服务器代码使用一个目录。从同一个目录中运行客户端和服务器端，你不需要启动一个HTTP或FTP服务器来提供类文件。（至于，具体如何使用HTTP和FTP服务器作为类文件提供商，这个问题将在“分布和安装RMI软件”一节中具体阐述。）

假设RMI系统已经有了设计，通过以下步骤，你就可以实现这个系统。

1. 编写并编译接口的Java代码。
2. 编写并编译实现类的Java代码
3. 使用实现类来生成桩和框架类
4. 编写提供远程服务的服务器程序
5. 开发RMI客户端程序
6. 安装和运行RMI系统

<!--[if !supportLists]-->

<!--[if !supportLists]-->1. <!--[endif]-->接口

第一步是编写并编译服务的接口的Java代码。Calculator接口定义了所能提供的全部服务。

Public interface Calculator
        extends java.rmi.Remote{
    public long add(long a, long b)
       throws java.rmi.RemoteException;
    public long sub(long a, long b)
       throws java.rmi.RemoteException;
    public long mul(long a, long b)
       throws java.rmi.RemoteException;
    public long div(long a, long b)
       throws java.rmi.RemoteException;
}

请注意，该接口继承自Remote ，每个方法签名都声明会抛出RemoteException对象。

拷贝该文件到你的文件夹中，并编译它：

javac Calculator.java

实现

下一步，你要编写远程服务的实现。这是CalculatorImpl类：

public class CalculatorImpl
    extends
       java.rmi.server.UnicastRemoteObject
    implements Calculator {
   
    //必须指定构造器声明会抛出RemoteException异常
    public CalculatorImpl()
        throws java.rmi.RemoteException {
       super();
}
 
public long add(long a, long b)
throws java.rmi.RemoteException {
return a + b;
}
 
public long sub(long a, long b)
    throws java.rmi.RemoteException {
    return a - b;
}
 
public long mul(long a, long b)
    throws java.rmi.RemoteException {
    return a / b;
}
}

再一次拷贝到这些代码到你的文件夹中，并编译它。

实现类使用UnicastRemoteObject 来连接RMI系统。在例子中，实现直接继承自UnicastRemoteObject。这并非必须。如果一个类不继承自UnicastRemoteObject，可能使用它的exportObject() 方法来连接RMI系统。

当一个类继承UnicastRemoteObject，它必须提供一个构造器，该构造器声明可能抛出RemoteException对象。当这个构造器调用super()方法时，它执行了UnicastRemoteObject中的某些代码，这些代码执行连接RMI和初始化远程对象的任务。

<!--[if !supportLists]-->2. <!--[endif]-->桩和框架

下一步是，使用RMI编译器——rmic，来生成桩和框架文件。该编译器使用远程服务实现类文件来执行。

>rmic CalculatorImpl

在你的目录下执行该命令。在你执行完rmic命令后，你将会发现Calculator_Stub.class文件，如果你在Java 2 SDK环境下，还有Calulator_Skel.class文件。

JDK1.1的RMI编译器rmic，可选项如下：

命令格式：rmic <options> <class names>

<options>包括：

-keep 不删除中间生成文件

-keepgenerated (与”-keep”相同)

-g 生成调试信息

-depend 递归的重编译过期文件

-verbose 输出关于编译器正在做什么的信息

-classpath <path> 指定寻找输入源文件和类文件

-d <directory> 指定生成文件存放路径

-J <runtime flag> 向java解释器传递参数

Java 2平台的rmic增加了三项新参数

-v1.1 创建JDK1.1桩协议版本的桩和框架

-vcompat (默认) 创建兼容JDK1.1和Java 2的桩协议版本的桩和框架

-v1.2 只创建Java 2桩协议版本的桩

<!--[if !supportLists]-->3. <!--[endif]-->主机

远程RMI服务必须驻留在一个服务器进程中。类CalculatorServer是一个非常简单的服务器，它提供了最基本的要素。

import java.rmi.Naming;
 
public class CalculatorServer {
 
  public CalculatorServer() {
    try {
      Calculator c = new CalculatorImpl();
      Naming.rebind("
      rmi://localhost:1099/
              CalculatorService", c);
    } catch (Exception e) {
      System.out.println("Trouble: " + e);
    }
  }
 
  public static void main(String args[]) {
    new CalculatorServer();
  }
}

<!--[if !supportLists]-->4. <!--[endif]-->客户端

客户端源代码如下：

import java.rmi.Naming;
import java.rmi.RemoteException;
import java.net.MalformedURLException;
import java.rmi.NotBoundException;
 
public class CalculatorClient {
 
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Calculator c = (Calculator)
                          Naming.lookup(
                "rmi://remotehost
                       /CalculatorService");
            System.out.println( c.sub(4, 3) );
            System.out.println( c.add(4, 5) );
            System.out.println( c.mul(3, 6) );
            System.out.println( c.div(9, 3) );
        }
        catch (MalformedURLException murle) {
            System.out.println();
            System.out.println(
              "MalformedURLException");
            System.out.println(murle);
        }
        catch (RemoteException re) {
            System.out.println();
            System.out.println(
                        "RemoteException");
            System.out.println(re);
        }
        catch (NotBoundException nbe) {
            System.out.println();
            System.out.println(
                       "NotBoundException");
            System.out.println(nbe);
        }
        catch (
            java.lang.ArithmeticException
                                      ae) {
            System.out.println();
            System.out.println(
             "java.lang.ArithmeticException");
            System.out.println(ae);
        }
    }
}

<!--[if !supportLists]-->5. <!--[endif]-->运行RMI系统

现在，请准备运行该系统！需要启动三个控制台，一个给服务器，一个给客户端，一个给RMI注册器。

启动注册器，你必须切换到包含刚才你写的类文件的目录下。然后，输入如下命令：

rmiregistry

如果一切正常，注册器将会开始运行，你可以转换到下一个控制台。

在第二个控制台中，启动服务器，执行CalculatorService, 输入如下命令：

>java CalculatorServer

在最后一个控制台中，启动客户端程序

>java CalculatorClient

如果一切正常，你将会看到以下输出：

1

9

18

3

确是如此；你已经创建一个可运行的RMI系统。尽管你在同一台计算机上运行了三个控制台，在三个独立的JVM中，RMI仍然使用网络栈和TCP/IP来通信。这是一个全面的RMI系统。