J2EE應(yīng)用程序的Web層狀態(tài)復(fù)制

2019-11-18 14:06:03

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供稿：網(wǎng)友

　　大多數(shù)具有一定重要性的 Web 應(yīng)用程序都要求維護(hù)某種會(huì)話(huà)狀態(tài)，如用戶(hù)購(gòu)物車(chē)的內(nèi)容。如何在群集服務(wù)器應(yīng)用程序中治理和復(fù)制狀態(tài)對(duì)應(yīng)用程序的可伸縮性有顯著影響。許多 J2SE 和 J2EE 應(yīng)用程序?qū)顟B(tài)存儲(chǔ)在由 Servlet API 提供的 Httpsession 中。本文作者分析了狀態(tài)復(fù)制的一些選項(xiàng)以及如何最有效地使用 HttpSession 以提供好的伸縮性和性能。

　　不管正在構(gòu)建的是 J2EE 還是 J2SE 服務(wù)器應(yīng)用程序，都有可能以某種方式使用 java Servlet —— 可能是直接地通過(guò)像 jsp 技術(shù)、Velocity 或者 WebMacro 這樣的表示層，也可能通過(guò)一個(gè)基于 servlet 的 Web 服務(wù)實(shí)現(xiàn)，如 Axis 或者 Glue。Servlet API 提供的一個(gè)最重要的功能是會(huì)話(huà)治理 —— 通過(guò) HttpSession 接口進(jìn)行用戶(hù)狀態(tài)的認(rèn)證、失效和維護(hù)。

　　會(huì)話(huà)狀態(tài)

　　幾乎每一個(gè) Web 應(yīng)用程序都有一些會(huì)話(huà)狀態(tài)，這些狀態(tài)有可能像記住您是否已登錄這么簡(jiǎn)單，也可能是您的會(huì)話(huà)的更具體的歷史，如購(gòu)物車(chē)的內(nèi)容、以前查詢(xún)結(jié)果的緩存或者 20 頁(yè)動(dòng)態(tài)問(wèn)卷表的完整響應(yīng)歷史。因?yàn)?HTTP 協(xié)議本身是無(wú)狀態(tài)的，所以需要將會(huì)話(huà)狀態(tài)存儲(chǔ)在某處并與瀏覽會(huì)話(huà)以某種方式相關(guān)聯(lián)，使得下次請(qǐng)求同一 Web 應(yīng)用程序的頁(yè)面時(shí)可以輕易地獲取。幸運(yùn)的是，J2EE 提供了幾種治理會(huì)話(huà)狀態(tài)的方法 —— 狀態(tài)可以存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)層，用 Servlet API 的 HttpSession 接口存儲(chǔ)在 Web 層，用有狀態(tài)會(huì)話(huà) bean 存儲(chǔ)在 EnterPRise JavaBeans（EJB）層，甚至用 cookie 或者隱藏表單字段將狀態(tài)存儲(chǔ)在客戶(hù)層。不幸的是，會(huì)話(huà)狀態(tài)治理不當(dāng)會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的性能問(wèn)題。

　　假如應(yīng)用程序能夠在 HttpSession 中存儲(chǔ)用戶(hù)狀態(tài)，這種方法通常比其他方法更好。在客戶(hù)端用 HTTP cookie 或者隱藏表單字段存儲(chǔ)會(huì)話(huà)狀態(tài)有很大的安全風(fēng)險(xiǎn) —— 它將應(yīng)用程序的一部分內(nèi)部?jī)?nèi)容暴露給了非受信任的客戶(hù)層。（一個(gè)早期的電子商務(wù)網(wǎng)站將購(gòu)物車(chē)內(nèi)容（包括價(jià)格）存儲(chǔ)在隱藏表單字段中，從而可以很輕易被非法利用，讓任何了解 Html 和 HTTP 的用戶(hù)可以以 0.01 美元購(gòu)買(mǎi)任何商品。噢）此外，使用 cookie 或者隱藏表單字段很混亂，輕易出錯(cuò)，并且脆弱（假如用戶(hù)禁止在瀏覽器中使用 cookie，那么基于 cookie 的方法就完全不能工作）。

　　在 J2EE 應(yīng)用程序中存儲(chǔ)服務(wù)器端狀態(tài)的其他方法是使用有狀態(tài)會(huì)話(huà) bean，或者在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)會(huì)話(huà)狀態(tài)。雖然有狀態(tài)會(huì)話(huà) bean 在會(huì)話(huà)狀態(tài)治理方面有更大的靈活性，但是在可能的情況下，將會(huì)話(huà)狀態(tài)存儲(chǔ)在 Web 層仍然有好處。假如業(yè)務(wù)對(duì)象是無(wú)狀態(tài)的，那么通常可以?xún)H僅添加更多 Web 服務(wù)器來(lái)擴(kuò)展應(yīng)用程序，而不用添加更多 Web 服務(wù)器和更多 EJB 容器，這樣的成本一般要低一些并且輕易完成。使用 HttpSession 存儲(chǔ)會(huì)話(huà)狀態(tài)的另一個(gè)好處是 Servlet API 提供了一種會(huì)話(huà)失效時(shí)通知的輕易方法。在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)會(huì)話(huà)狀態(tài)的成本可能難以承受。

　　servlet 規(guī)范沒(méi)有要求 servlet 容器進(jìn)行某種類(lèi)型的會(huì)話(huà)復(fù)制或者持久性，但是它建議將狀態(tài)復(fù)制作為 servlet 首要存在理由（raison d'etre）的重要部分，并且它對(duì)作為進(jìn)行會(huì)話(huà)復(fù)制的容器提出了一些要求。會(huì)話(huà)復(fù)制可以提供大量好處 —— 負(fù)載平衡、伸縮性、容錯(cuò)和高可用性。相應(yīng)地，大多數(shù) servlet 容器支持某種形式的 HttpSession 復(fù)制，但是復(fù)制的機(jī)制、配置和時(shí)間是由實(shí)現(xiàn)決定的。 HttpSession API

　　簡(jiǎn)單地說(shuō)，HttpSession 接口支持幾種方法，servlet、JSP 頁(yè)或者其他表示層組件可以用這些方法來(lái)跨多個(gè) HTTP 請(qǐng)求維護(hù)會(huì)話(huà)信息。會(huì)話(huà)綁定到特定的用戶(hù)，但是在 Web 應(yīng)用程序的所有 servlet 中共享 —— 不特定于某一個(gè) servlet。一種考慮會(huì)話(huà)的有用方法是，會(huì)話(huà)像一個(gè)在會(huì)話(huà)期間存儲(chǔ)對(duì)象的 Map —— 可以用 setAttribute 按名字存儲(chǔ)會(huì)話(huà)屬性，并用 getAttribute 提取它們。HttpSession 接口還包含會(huì)話(huà)生存周期方法，如 invalidate() （它通知容器應(yīng)丟棄會(huì)話(huà)）。清單 1 顯示 HttpSession 接口最常用的元素：

　　清單 1. HttpSession API

public interface HttpSession {
　Object getAttribute(String s);
　Enumeration getAttributeNames();
　void setAttribute(String s, Object o);
　void removeAttribute(String s);

　boolean isNew();
　void invalidate();
　void setMaxInactiveInterval(int i);
　int getMaxInactiveInterval();
　...
}
　　理論上，可以跨群集一致性地完全復(fù)制會(huì)話(huà)狀態(tài)，這樣群集中的所有節(jié)點(diǎn)都可以服務(wù)任何請(qǐng)求，一個(gè)簡(jiǎn)單的負(fù)載平衡器可以以輪詢(xún)方式傳送請(qǐng)求，避開(kāi)有故障的主機(jī)。不過(guò)，這種緊密的復(fù)制有很高的性能成本，并且難于實(shí)現(xiàn)，當(dāng)群集接近某一規(guī)模時(shí)，還會(huì)有伸縮性的問(wèn)題。

　　一種更常用的方式是將負(fù)載平衡與會(huì)話(huà)相似性（affinity）結(jié)合起來(lái) —— 負(fù)載平衡器可以將會(huì)話(huà)與連接相關(guān)聯(lián)，并將會(huì)話(huà)中以后的請(qǐng)求發(fā)送給同一服務(wù)器。有很多硬件和軟件負(fù)載平衡器支持這個(gè)功能，并且這意味著只有主連接主機(jī)和會(huì)話(huà)需要故障轉(zhuǎn)移到另一臺(tái)服務(wù)器時(shí)才訪(fǎng)問(wèn)復(fù)制的會(huì)話(huà)信息。

　　復(fù)制方式

　　復(fù)制提供了一些可能的好處，包括可用性、容錯(cuò)和伸縮性。此外，有大量會(huì)話(huà)復(fù)制的方法可用：方法的選擇取決于應(yīng)用程序群集的規(guī)模、復(fù)制的目標(biāo)和 servlet 容器支持的復(fù)制設(shè)施。復(fù)制有性能成本，包括 CPU 周期（存儲(chǔ)在會(huì)話(huà)中的序列化對(duì)象）、網(wǎng)絡(luò)帶寬（廣播更新），以及基于磁盤(pán)的方案中寫(xiě)入到磁盤(pán)或者數(shù)據(jù)庫(kù)的成本。

　　幾乎所有 servlet 容器都通過(guò)存儲(chǔ)在 HttpSession 中的序列化對(duì)象進(jìn)行 HttpSession 復(fù)制，所以假如是創(chuàng)建一個(gè)分布式應(yīng)用程序，應(yīng)當(dāng)確保只將可序列化對(duì)象放到會(huì)話(huà)中。（一些容器對(duì)像 EJB 引用、事務(wù)上下文、還有其他非可序列化的 J2EE 對(duì)象類(lèi)型有非凡的處理。）

　　基于 JDBC 的復(fù)制

　　一種會(huì)話(huà)復(fù)制的方法是序列化會(huì)話(huà)內(nèi)容并將它寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。這種方法相當(dāng)直觀(guān)，其優(yōu)點(diǎn)是不僅會(huì)話(huà)可以故障轉(zhuǎn)移到其他主機(jī)，而且即使整個(gè)群集失效，會(huì)話(huà)數(shù)據(jù)也可以保存下來(lái)。基于數(shù)據(jù)庫(kù)的復(fù)制的缺點(diǎn)是性能成本 —— 數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)是昂貴的。雖然它可以在 Web 層很好地伸縮，但是它可能在數(shù)據(jù)層產(chǎn)生伸縮問(wèn)題 —— 假如群集增長(zhǎng)大到一定程度，擴(kuò)展數(shù)據(jù)層以容納會(huì)話(huà)數(shù)據(jù)會(huì)很困難或者成本無(wú)法接受。

　　基于文件的復(fù)制

　　基于文件的復(fù)制類(lèi)似于使用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)序列化的會(huì)話(huà)，只不過(guò)是使用共享文件服務(wù)器而不是數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)會(huì)話(huà)數(shù)據(jù)。這種方式的成本一般比使用數(shù)據(jù)庫(kù)的成本（硬件成本、軟件許可證和計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)）低，其代價(jià)則是可靠性（數(shù)據(jù)庫(kù)可提供比文件系統(tǒng)更強(qiáng)的持久化保證）。

　　基于內(nèi)存的復(fù)制

　　另一種復(fù)制方式是與群集中的一個(gè)或者多個(gè)其他服務(wù)器共享序列化的會(huì)話(huà)數(shù)據(jù)副本。復(fù)制所有會(huì)話(huà)到所有主機(jī)中提供了最大的可用性，并且負(fù)載平衡最輕易，但是因?yàn)閺?fù)制消息所消耗的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)帶寬，最終會(huì)限制群集的規(guī)模。一些應(yīng)用服務(wù)器支持與“伙伴（buddy）”節(jié)點(diǎn)的基于內(nèi)存的復(fù)制，其中每一個(gè)會(huì)話(huà)存在于主服務(wù)器上和一臺(tái)（或更多）備份服務(wù)器上。這種方案比將所有會(huì)話(huà)復(fù)制到所有服務(wù)器的伸縮性更好，但是當(dāng)需要將會(huì)話(huà)故障轉(zhuǎn)移到另一臺(tái)服務(wù)器上時(shí)會(huì)使負(fù)載平衡任務(wù)復(fù)雜化，因?yàn)樗仨氄页隽硗饽囊慌_(tái)（幾臺(tái)）服務(wù)器有這個(gè)會(huì)話(huà)。

　　時(shí)間考慮

　　除了決定如何存儲(chǔ)復(fù)制會(huì)話(huà)數(shù)據(jù)，還有什么時(shí)候復(fù)制數(shù)據(jù)的問(wèn)題。最可靠但也最昂貴的方法是每次數(shù)據(jù)改變時(shí)復(fù)制它（如每次 servlet 調(diào)用結(jié)束）。不那么昂貴、但是在故障時(shí)會(huì)有丟失一些數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)的方法是在每超過(guò) N 秒時(shí)復(fù)制數(shù)據(jù)。

　　與時(shí)間問(wèn)題有關(guān)的問(wèn)題是，是復(fù)制整個(gè)會(huì)話(huà)還是只試嘗復(fù)制會(huì)話(huà)中改變了的屬性（它包含的數(shù)據(jù)會(huì)少得多）。這些都需要在可靠性和性能之間進(jìn)行取舍。Servlet 開(kāi)發(fā)人員應(yīng)當(dāng)熟悉到在故障轉(zhuǎn)移時(shí)，會(huì)話(huà)狀態(tài)可能變得“過(guò)時(shí)”（是幾次請(qǐng)求前的復(fù)制），并應(yīng)當(dāng)預(yù)備處理不是最新的會(huì)話(huà)內(nèi)容。（例如，假如一個(gè)interview 的第 3 步產(chǎn)生一個(gè)會(huì)話(huà)屬性，而用戶(hù)在第 4 步時(shí)，請(qǐng)求被故障轉(zhuǎn)移到一個(gè)具有兩次請(qǐng)求之前的會(huì)話(huà)狀態(tài)復(fù)制的系統(tǒng)上，那么第 4 步的 servlet 代碼應(yīng)預(yù)備在會(huì)話(huà)中找不到這個(gè)屬性，并采取相應(yīng)的行動(dòng) —— 如重定向，而不是認(rèn)定它會(huì)在那里、并在找不到它時(shí)拋出一個(gè) NullPointerException。）

　　容器支持

　　Servlet 容器的 HttpSession 復(fù)制選項(xiàng)以及如何配置這些選項(xiàng)是各不相同的。IBM WebSphere? 提供的復(fù)制選項(xiàng)是最多的，它提供了在內(nèi)存中復(fù)制或者基于數(shù)據(jù)庫(kù)的復(fù)制、在 servlet 末尾或者基于時(shí)間的復(fù)制時(shí)間、傳播全部會(huì)話(huà)快照（JBoss 3.2 或以后版本）或者只傳播改變了的屬性等選擇。基于內(nèi)存的復(fù)制基于 JMS 發(fā)布-訂閱，它可以復(fù)制到所有克隆、一個(gè)“伙伴”復(fù)制品或者一個(gè)專(zhuān)門(mén)的復(fù)制服務(wù)器。

　　WebLogic 還提供了一組選擇，包括內(nèi)存中（使用一個(gè)伙伴復(fù)制品）、基于文件的或者基于數(shù)據(jù)庫(kù)的。JBoss 與 Tomcat 或者 Jetty servlet 容器一同使用時(shí)，進(jìn)行基于內(nèi)存的復(fù)制，可以選擇 servlet 末尾或者基于時(shí)間的復(fù)制時(shí)間，而快照選項(xiàng)（在 JBoss 3.2 或以后版本）是只復(fù)制改變了的屬性。Tomcat 5.0 為所有群集節(jié)點(diǎn)提供了基于內(nèi)存的復(fù)制。此外，通過(guò)像 WADI 這樣的項(xiàng)目，可以用 servlet 過(guò)濾機(jī)制將會(huì)話(huà)復(fù)制添加到像 Tomcat 或者 Jetty 這樣的 servlet 容器中。

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