實時SOA從消息總線開始

SOA組件的最佳組合

實時應用程序需要面向服務的基礎組件的最佳組合。SOA系統有三種基礎組件：消息總線、信息轉換/處理引擎和數據存儲庫（見圖1）。一般來說，這些組件會集成到企業服務總線中（ESB），并使用J2EE應用程序服務器。

圖1

而在這些基礎組件中，消息總線是最重要的，因為它是所有其它組件交互的中介。
低性能的SOA系統或許會使用HTTP協議作為“消息總線”實現各組件間的消息交換。這種方案只適用于非實時應用程序。HTTP協議缺乏可靠性、帶寬有限、延遲大，并且在系統暫時無法使用時不能提供緩沖或消息隊列以延時遞交。
解決方案是采用高性能的消息中間件，比如RTI Data-Distribution Service、IBM WebSphere MQ、TIBCO或SonicMQ等。這些中間件平臺在開發時充分考慮了可擴展性和表現性能。而且，它們為不同的應用方案采用不同的優化架構。

為什么消息性能很重要？

這是計算機實時超越人類實時的需求與期望。若系統中存在人類這一環節，實時即指信息可以在一秒到幾秒反應時間內隨時可??；而在計算機到計算機環境中，卻必須以毫秒甚至微秒級別的速度處理信息。
計算機實時對消息基礎設施的要求更為嚴格：每個處理組件和存儲組件每秒都會收到幾十萬的消息或事件，延遲不能超過微秒級別，最差不能超過毫秒級別。這意味著消息中間件必須可以在系統范圍內每秒傳送幾百萬的消息。
消息總線的負載能力也必須滿足基礎硬件設施的負載要求，并且不能在基礎硬件設施的限制（中央處理器速度、核心、速度和網絡帶寬）外再有其它限制。隨著中央處理器和網絡速度的提升，那些可以因硬件升級而提升性能的系統將獲得更大的競爭優勢。比如，在一個自動交易系統中，決定性因素并不是判定交易所用的絕對時間，而是要在競爭交易發生前做出判定并執行。
關于計算機實時，SOA系統的最后一個問題是，它們的“反向性能負載效應曲線”，也就是系統在高負載下運作時的及時響應能力非常重要。一般的效應曲線，比如人類實時系統，由于負載的加重而使性能有所下降是可以接受的。這是因為人類的期望與耐性是隨情況改變的，比如，人們明白在度假高峰期預定機票必須忍受較長的等待時間。而對計算機實時系統的要求卻與此相反。高負載時期正是“最關鍵業務”發生的時期，也是需要系統表現最佳性能的關鍵時期。比如，業務繁忙時必須更快地處理交易判定。
人類實時系統與計算機度實時系統的區別在表1中做了概要說明。

表1

為實時SOA選擇消息中間件

消息中間件是實時SOA系統的實現關鍵。雖然如此，仍然有許多問題需要考慮。如何為實時SOA系統選擇最佳的消息中間件呢？可以從架構、服務質量（QoS）控制與過濾器、性能提升技術、實時判定機制和度量指標五個方面考慮。

1. 架構
消息中間件有四種基本架構：星型拓撲（hub-and-spoke）架構、集群拓撲架構、聯合架構和對等架構（peer-to-peer）。（見圖2）

圖2

星型拓撲架構用一個服務器作為消息交換的路由，實現包含所有消息隊列的消息“服務”。
集群拓撲架構使用一組服務器，分別處理不同種類的消息（比如消息隊列或主題所有權）。每條消息通過一個服務器，但不是所有消息都用同一個服務器。
聯合架構也使用一組服務器，但這組服務器是作為“資源庫”使用。比如，消息隊列可以出現在多個服務器中。消息可能只經過一個服務器代理，也可能經過多個服務器代理。
對等架構不在傳輸路徑中使用任何代理。消息直接從發送方傳向接收方。
各種架構都有其優缺點。星型拓撲型容易管理，便于操作，但表現性能、容錯率和可擴展性比較差。集群架構可擴展性比星型架構好，但容錯性同樣較差，并且只能在網格范圍內為附近的客戶端提供較好的表現性能。聯合架構的擴展性更好一些，但其延遲更大，因為每條消息都要經過至少兩個服務器的代理。對等架構提供了最好的可擴展性、表現性能，最低的延遲和最高的容錯率，但實現起來很困難，并且對業務的支持有限。
隨著需求越來越具實時性，對性能、可預見性和平衡的要求越來越傾向于對等架構。這就是為什么像IP語音通信和IP視頻傳播（比如Skype）之類的需求網絡會采用對等的設計方案
服務質量控制與過濾器
服務質量控制是以低延遲、高處理能力提供及時數據的關鍵。中央處理器、內存和網絡帶寬資源必須在所有通信過程中共享。然而，并不是所有的通信都需要相同的帶寬或有相同的緊急性和重要性。如果沒有服務質量控制，應用程序就無法分辨不同的信息類別和反應需求。這會導致中間件不能靈活地做出判定，對信息進行優化處理或滿足應用需求。
比如，使用TCP協議（傳輸控制協議）的傳統網絡環境中，一個小而緊急的警告消息可能在TCP連接中被排在一個較大的文件傳輸后面。因為TCP無視消息源，并穩定有序地傳輸每一個字節。這個警告消息只有在傳完整個文件之后才能被成功接收到。可以假想在廣域網（WAN）中轉播直播節目的情況。網絡阻塞可能會造成圖像丟失；由于沒有服務質量控制，中間件就會繼續查找丟失的圖像，而不是選擇傳送最新的圖像。這樣就不只是丟失幾張圖片的問題，極有可能圖像會凍結，直到成功取得丟失的圖像。所以，即使硬件可以提供不錯的表現性能，系統的整體性能仍然大打折扣。
為實現計算機速度的實時性能，消息中間件必須至少滿足以下服務質量控制要求：穩定性、緩沖計算、流量控制、生命周期、歷史記錄和傳輸優先級。（見表2）

表2

過濾功能是系統擴展性與表現性能的關鍵。支持過濾的中間件可以只為各組件傳送最重要的內容，這可以節省大量網絡帶寬和CPU資源，使系統可以處理更多的信息。比如，事件處理引擎可能會查找關系到某些計算機或網絡單元，或者屬于某種協議的網絡活動。中間件并不會將所有網絡事件都傳送到引擎，并讓引擎過濾掉不相關數據，而是先進行過濾處理，然后再發送相關數據，這樣可為事件處理引擎節省網絡帶寬與CPU資源。
主要有兩種過濾器：一種是基于時間的，另一種是基于內容的?；跁r間的過濾器會限制信息頻率，比如每秒最多允許發送10次更新信息?；跁r間的過濾器對應用程序非常有用，例如以人為本的儀表板，只需要獲得走向與概要信息即可。