OSGI动态加载删除Service bundle

OSGi模块化框架是很早就出来的一个插件化框架,最早Eclipse用它而出名,但这些年也没有大热虽然OSGi已经发布了版本1到版本5。现在用的最多的,也是本文讲述基于的是Equinox的OSGi实现,同时也是Eclipse核心,Spring Dynamic Module也是基于EquinoxOSGi框架为java系统提供了一个通用的容器,该系统中的 bundle,无需停止系统,即可实现 bundle 的安装、卸载。OSGi是Java中目前唯一的一个模块化、动态化的规范。在模块化方面OSGi联盟已经研究了很多年了,因此OSGi规范对于模块的物理隔离、模块的交互、多版本这些方面都有了非常完善的机制,并且也得到了现在几乎所有的App Server厂商或开源社区的认可,但至今没有被JAVA纳入语言级(有待观察)。OSGi的突出特点有:

  • 可以动态加载、更新和卸载模块而不用停止服务
  • 实现系统的模块化、版本化,允许多版本bundule同时服务
  • Service model允许模块/插件相互依赖但松耦合,分享服务更简单

OSGi运行在JVM之上,其架构图如下图所示:

osgi_framework

OSGi适用场景

很多人错误的使用了OSGi, 套用了OSGi架构把系统复杂化。在我看来,OSGi的用处在于“模块化”和“热插拔”。模块化包括模块化、版本化和面向服务的设计。热插拔也就是说模块/bundle的热插拔,它可以实现更新和升级模块/bundle(即系统的一部分)而无需重启整个系统。

如果你的系统套用了OSGi架构,bundle的相互依赖关系复杂,又没有bundle动态加载、动态更新、动态卸载和动态监听的机制,都是静态启动所有bundle,那就是为了OSGi架构而OSGi架构,把问题复杂化了。其代价也是很大的,因为原来你的jar包用maven来处理依赖关系和自动更新也很方便,而由于整个系统建立在OSGi规范上,你的应用所依赖的其他组件也“不得不”迁移到OSGI上来,再加上OSGI独特的ClassLoader设计,使bundle间的类互相访问受到一定的约束,一切都需要迁移到OSGi的约束上来。

举个例子来说,就像Eclipse提供了动态加载、更新和删除插件的机制,因为它里面有一个插件注册和反注册的接口和插件加载、更新和删除的监听线程,这样允许你动态加载、更新和删除Eclipse插件而无需重启Eclipse。当然,如果你当前进程调用了某插件,比如js语法高亮,而某插件更新了,那么当前的js实例还是需要重新打开的。但整个Eclispe无需重启。

Java模块化的难点

OSGi的一个重要特性就是模块化,OSGi提供了一套模块化的体系,这其中则会有明确的模块之间接口暴露以及依赖的定义,因此能够更好的实现高内聚和低耦合。那么,Java模块化难点在哪?模块的实现和传统的编程方法确实有一些差别,主要体现在模块之间类访问的隔离、版本选择这两个方面。如希望更好的设计模块化的系统,开发者需要掌握ClassLoader机制、模块之间类的交互方法(这包括了模块怎么样对外提供可访问的package、怎么样访问其他模块提供的package、如何选择适合版本的package等)。如果不懂以上这些,贸然套用OSGi框架会误入歧途。

重要概念:Bundle

Bundle — A bundle is a JAR file with special OSGi entries in its manifest and containing classes, resources, and other JARs。Bundle,可以将其理解为自描述的 JAR 文件。Bundle在OSGi中是部署的最小单位,因此,可以把它理解为模块。在 bundle 的 manifest 文件中,会有对本 bundle 的标识、提供的功能 (Export-package) 及依赖性 (Import-Package/Require-Bundle) 的定义。每个 bundle 在运行时自己的类加载器 (Class Loader),这样可以做到一方面把不同的 bundle 里面的类区别开来,当 bundle 被卸载时,只有这个 bundle 的类加载器中的信息会丢失;另一方面,可以在自己的 bundle 内部充分利用 Java 的成员访问控制机制。

Bundle通过MANIFEST.MF进行自描述,下面是一个例子:

Manifest-Version: 1.0
Bundle-ManifestVersion: 2
Bundle-Name: Popup Plug-in
Bundle-SymbolicName: com.example.myosgi; singleton:=true
Bundle-Version: 1.0.0
Bundle-Activator: com.example.myosgi.Activator
Require-Bundle: org.eclipse.ui,
 org.eclipse.core.runtime
Bundle-ActivationPolicy: lazy
Bundle-RequiredExecutionEnvironment: JavaSE-1.6 

Bundle类隔离机制

每个Bundle均为独立的ClassLoader,是java动态化实现的基础。默认情况下有Boostrap classLoader (jre/lib/classes)、Extension classloader (jre/lib/ext)、 System classloader (classpath指定),应用可以自行实现classloader及动态的加载类,或加载特定目录下的类。

 

Bundle的生命周期

Lifecycle — A lifecycle is the sequence of states a bundle goes through: uninstalled, installed, resolved, starting, stopping, active. 生命周期图如下所示:

osgi_lifecycle

要注意的是:bundle状态变为Resolved并不表示能提供服务,所以启动所有的bundle不表示类都已经加载到内存了。Resolve bundle做以下的几件事情:寻找bundle依赖的包是否存在以及被resolve,寻找匹配的import package,required bundle,如寻找则进入检查,检查没有冲突就形成绑定关系,以便加载类的时候能直接加载(但仅仅Resolved,不代表类被加载了)。如果你的BundleActivationPolicy是LAZY惰性加载,bundle.loadClass()调用才会到达Active状态。如果你的bundle的MANIFEST.MF中配置的Bundle-activator存在,那就调用其start方法,从starting进入active状态。

osgi> ss
  "Framework is launched."
  id      State       Bundle
  15      STARTING    com.example.serviceconsumer_1.0.0.X
  16      RESOLVED    com.example.serviceprovider_1.0.0.X

xds50.gif.pagespeed.ic.DzxMZ781Q5

下面的图更详细的解释了这一点:

OSGiBundleStateDiagram

 

OSGi Service

Service — A service is an object instance exposed under the one or more interfaces that it implements and a map of properties. 简单来说,Service model允许每个bundle对外分享一组服务,其它的bundle都可以调用这些接口的服务。这也就是OSGi bundle之间调用的方式。Service可以用来:

  • Export functionality from a bundle to other bundles
  • Import functionality from other bundles
  • Register listeners for events from other bundles
  • Expose external devices, such as UPnP devices or even hardware, to other OSGi bundles. See the Device and UPnP APIs
  • Expose java code running in OSGI to an external network, e.g. via the UPnP or SOAP protocols.
  • Bundle configuration, using the Configuration Manager

实际做法来看,通常会把接口和实现分开。接口放到一个bundle里面。实现(service)放到另外一个bundle里面,类似下面的图示中,bundle A和B是Service,其interface放到Bundle C:

dfhpj_osgiframework

也可以是提供一个jar包,里面定义了扩展接口,然后规定新的扩展bundle必须实现该jar包里面定义的interface。实现示意图如下所示(OsgiCommand接口定义在扩展点jar包里面,新的bundle必须包含):

2014-02-13_16h14_59

Bundle的Service之间交换方式和注册方式:

第二种通过ServiceTracker 来查询或侦听服务注册和注销的例子代码:

package com.ibm.osg.example.mygetservice;

import org.osgi.framework.BundleActivator;
import org.osgi.framework.BundleContext;
import org.osgi.util.tracker.ServiceTracker;
import com.ibm.osg.example.mtservice.MyTestService;

public class MyBundleActivator 
       implements BundleActivator, Runnable
{
      private boolean done=false;
      private ServiceTracker testServiceTracker;

      // Bundle Activator Start Method
      public void start(BundleContext context)
      {
         /* Here we initialize and open our ServiceTracker. 
            It will track any service registering under
            the "com.ibm.osg.example.mtservice.MyTestService" 
            interface. 
         */

       testServiceTracker = 
          new ServiceTracker(context,
                        "com.ibm.osg.example.mtservice.MyTestService",
                        null);
       testServiceTracker.open();

       // Here we start a thread that will continue 
       // to use our service until
       // the bundle is stopped.

       Thread t = new Thread(this);
       t.setName("mygetservice thread");
       t.start();

     }
    /*Bundle Activator Stop Method -- here we stop 
    the thread and close the
    ServiceTracker*/

    public void stop(BundleContext context)
    {
           done=true;
           testServiceTracker.close();
    }
    //Here is a method that uses the service 
    //we are tracking.  First we get
    //the service 
    //from the tracker, then we call its printMessage 
    //method.

    public void useService(String message){
           MyTestService testService = (MyTestService)
                         testServiceTracker.getService();

       if( testService != null )
       {
             // If the service is available then use it.
                testService.printMessage(message);
       }
       else{
             // If the service is not available then perform an acceptable action.
             // Here we just print the message to standard out and indicate the service
             // was not available.
             System.out.println("No MyTestService available - " + message);
       }
    }

    // Simply continues to use the test service 
    // every second until the done flag is set.
    public void run(){
       int i = 0;
       done = false;
       while (!done) {
          useService("message from test " + i++);
          try{
                     Thread.sleep(1000);
          }
                 catch( InterruptedException ie ){
          }
       }
     }
} 

 

OSGi简单起步

从Eclipse创建OSGi的bundle是非常简单的,简单起步可以参考这几篇文章:<Creating a new OSGi Bundle using Eclispe>,以前这篇

Slideshare: OSGi理论与实战

OSGi动态加载删除bundle

分布式OSGi(Distributed OSGi)

OSGi容器可以包含几千个bundlue没有问题,但如何应对几十万个的情况?如何像EJB3一样具有分布式部署和便携性呢?有一个OSGi的子项目:分布式OSGi(Distributed OSGi)

dosgi_cxf

 

上图是一个demo演示,两个分布式OSGi Container,都部署了Greeter接口bundle,都基于分布式OSGi实现,能实现分布式调用OSGi Service。分布式OSGi(Distributed OSGi)还可以与RESTful Service (JAX-RS / JSR-339)整合。分布式OSGi有几十万个bundle怎么管理,这是个麻烦,而且如何启动停止,启动顺序怎么样?可管理性是个麻烦,ACE项目试图解决这个事情。

DOSGi的原理(由Distribution provider来给OSGi Service创建Endpoint,使这些Service在OSGi Container外部可访问,另外一端则创建代理;此外,有监听器来侦听OSGi Service的创建和启停等):

remote-services-spec

分布式OSGi与ZooKeeper

ZooKeeper是Hadoop的一个子项目,它是一个针对大型分布式系统的可靠协调系统,提供的功能包括:配置维护、名字服务、分布式同步、组服务等。ZooKeeper的目标就是封装好复杂易出错的关键服务,将简单易用的接口和性能高效、功能稳定的系统提供给用户。

分布式OSGi(Distributed OSGi)在Discovery这一块使用了ZooKeeper。所谓Discovery模块就是用来发现和侦听分布式的远端的可用的Endpoints。Discovery Ditributed with Zookeeper的架构图

cxf-dosgi-discovery-distributed

参考:DOSGi使用ZooKeeper server的安装Demo

 

就写到这把,具体的代码就不放上来了,公司的项目保密要求。原理上面都讲了,自己去研究吧。

posted on 2014-02-13 17:00  Mainz  阅读(...)  评论(...编辑  收藏

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