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Realisierung verteilter Anwendungen: Teil 2

Inhalt heute: Kommunikation über Sockets Java Remote Method Invocation, RMI

Lernziele: Verständnis eines Basisdienstes: Sockets (in Java) Grundlage von „Middleware“-Architekturen: Überblick über RMI

Ralf Möller, FH Wedel

Verteilung und Kommunikation

Kommunikationsprotokoll Beispiel: TCP/IP Schicht 4 (bzw. 3) des ISO/OSI

Referenzmodells Transport von Informationen über ein

Netzwerk Zwei Arten:

TCP UDP

Physical

ApplicationPresentation

SessionTransportNetworkData link

the rest of

email server

Web server

Desktopcomputers

File server

router/firewall

print and other servers

other servers

print

Local areanetwork

email server

the Internet

TCP

Application

Presentation

Session

Transport

Application

Presentation

Session

TransportInput Stream

Output Stream

Request

Result

Client Server

UDP

Result Datagrams

Application

Presentation

Session

Transport

Application

Presentation

Session

Transport

Request-Datagrams

Client Server

Adressierung und Abstraktion (in Java)

Adressierung eines Knotens (Computer) IP-Adresse (z.B. 134.100.12.135) oder Name Port (z.B. 8088)

Namensdienste: DNS

message

agreed portany port socketsocket

Internet address = 138.37.88.249Internet address = 138.37.94.248

other ports

client server

Internet name = vodka

Sockets (Server-Seite)

import java.net.*;int port = 1234;ServerSocket server = new

ServerSocket(port);while (true) {

System.out.println("Waiting for client ..."); Socket client = server.accept(); System.out.println("Client " + client.getInetAddress() + " connected."); }

Sockets (Client-Seite)

import java.net.*;Socket server = new Socket("vodka", 1234);System.out.println("Connected to " +

server.getInetAddress());

Eine Abstraktion: Ströme (streams) und Filter

Ohne Filter

Mit Filter: Datenaufbereitung + Pufferung

ByteByte

Byte

ByteByte

Byte

InputStreamOutputStream

OutputStream

InputStream

BufferedInputStream

DataInputStream

String

Integer

Boolean

Boolean

Integer

String

DataOutputStream

BufferedOuputStream

TimeServerimport java.net.*, java.io.*, java.util.*;public class TimeServer {

Public static void main(String args[]) throws IOException {int port = 1234;ServerSocket server = new ServerSocket(port);while (true) { System.out.println("Wait for client ... ");

Socket client = server.accept(); OutputStream out = client.getOutputStream(); Date date = new Date; byte b[] = date.toString().getBytes(); out.write(b) } } }

TimeClientimport java.net.*, java.io.*;public class TimeClient {

Public static void main(String args[]) throws IOException {int port = 1234;Socket server = new Socket("vodka", 1234);InputStream in = server.getInputStream();

byte b[] = new byte[100]; int num = in.read(b); String date = new String(b); ... } } }

TimeServer mit Filter

DataOutputStream out = new DataOutputStream( new BufferedOutputStream( client.getOutputStream()));

Date = new Date;out.writeUTF(date.toString());out.flush();

UTF-8: Übertragungsformat für Zeichenketten (Unicode)

TimeClient mit Filter

DataInputStream in = new DataInputStream( new BufferedInputStream( server.getInputStream()));

System.out.println("Server said: " + in.readUTF());

MulticastSockets

InetAddress group; MulticastSocket socket; group = InetAddress.getByName("226.1.3.5"); byte[] buf = new byte[1000] socket.joinGroup(group); ... DatagramPacket dg =

new DatagramPacket(buf, buf.length(), group, port);

socket.receive(dg); String message = new String(dg.getData()); socket.send(dg);

Lehnen wir uns zurück

Ist durch das Design mit „Sockets“ und „Threads“ Transparenz gegeben? Zugriffstransparenz (lokal vs. global) Ortstransparenz Nebenläufigkeitstransparenz Replikationstransparenz Fehlertransparenz Migrationstransparenz Performanz- und Skalierungstransparenz

Ein BeiSpiel: Simple Baseball

public class Bat { public void play (Ball ball) { ball.hit(); } public static void main (String args[]) {

Ball ball = new Ball(); Bat bat = new Bat(); bat.play(ball)  } }

public class Ball { public void hit() {

System.out.println("Ball has been hit.") } }

$ java BatBall has been hit.

Transparenz bei der Socket-Architektur ?

+ Datei vs. (entfernter) Port (Ströme)Binär, zeichenkettenbasiert, Filter für Primitivtypen

- Daten(de)kodierung schwierig zu programmieren

-> In C: Remote Procedure Call (RPC)-> In OOP: Senden von Nachrichten an entfernte Objekte-> In Java: Remote Method Invocation (RMI)

invocation invocationremote

invocationremote

locallocal

localinvocation

invocationA B

C

D

E

F

Remote Method Invocation (RMI) Probleme:

Quasi-transparenter Aufruf von Methoden von Objekten auf verschiedenen virtuellen Maschinen

Referenzen auf Objekte eines Adreßraumes haben in einem anderen (entfernten) Adreßraum keine Bedeutung

Speicherbereinigung (Garbage Collection) RMI – Ziele:

Vereinfachung der Entwicklung zuverlässiger verteilter Anwendungen

Beibehaltung des Java-Sicherheitsmodells Unterstützung von Unicast and Multicast

Die Architektur von RMI

Client vs. ServerServer veröffentlicht SchnittstelleRegistrierung vs.

Lokalisierung von Servern

Registratur(registry)

Namensdienste

Server: Konventionen bei der Programmierung

Klassenstruktur

java.rmi.RemoteObject

java.rmi.UnicastRemoteObject

MyServer

java.rmi.Remote

MyServerInterface

implementsextends

Das Beispiel mit RMI: der Server (1)

import java.rmi.*public interface RemoteBall extends Remote

{ public void hit() throws RemoteException;

}

Das Beispiel mit RMI: der Server (2)

import java.rmi.server.*;public class Ball extends

UnicastRemoteObject implements RemoteBall { public Ball() throws RemoteException {

super(); } public void hit() {

System.out.println("Ball has been hit."); }...

Das Beispiel mit RMI: der Server (3)

... public static void main(Sting args[]) {

try { Ball ball = new Ball(); Naming.rebind("Ball", ball); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }}}

vodka$ javac Ball.java; rmic Ball; rmirestristy; java Ball

Erzeugung von Stubs und Skeletons

rmic Ball(.class)Erzeugen der Klasse Ball_Stub.class ...... und der Klasse Ball_Skel.classStub wird auf Client-Seite benötigt

Bereitstellung als File oder ... ... Nachladen über das Netz (SecurityManager)

Das Beispiel mit RMI: der Client (1)

import java.rmi.*;public class Bat {

public Ball ball; public void play(RemoteBall ball) {

try { ball.hit(); } catch (RemoteException e) { System.out.println(e); }}

Interface RemoteBall.javamuß beim Client vorhanden sein:Statische Stellvertreter

Das Beispiel mit RMI: der Client (2) public static void main(String args[]) {

Bat bat = new Bat(); try { System.setSecurityManager(new RMISecurityManager()); RemoteBall remoteBall = (RemoteBall) Naming.lookup("rmi://vodka.fh-wedel.de/Ball"); bat.play(remoteBall); } catch (Exception e) { System.out.println(e); } } }

client$ java Bat Ball has been hit.

Wo wird gedruckt?

Das Beispiel mit RMI: der Client (2) public static void main(String args[]) {

Bat bat = new Bat(); try { System.setSecurityManager(new RMISecurityManager()); RemoteBall remoteBall = (RemoteBall) Naming.lookup("rmi://vodka.fh-wedel.de/Ball"); bat.play(remoteBall); } catch (Exception e) { System.out.println(e); } } }

client$ java Batserver| Ball has been hit.

Nachrichten mit Parameter (1)

import java.rmi.*, java.rmi.server.*;public interface RemoteBall extends Remote {

public void hit(Player p) throws RemoteException; }public class Ball extends UnicastRemoteObject

implements RemoteBall { public Ball() throws RemoteException {

super(); } ...

Nachrichten mit Parameter (2)

public void hit(int n) { System.out.println("Ball has been hit by." + " player " + n); }

public void hit(Player p) { System.out.println("Ball has been hit by." + p.name() + " from team " + p.team()); } }

Nachrichten mit Parameter (3)

public class Player { String name; String team; public Player(String playername, String teamname) {

name = playername; team = teamname; }

public String name() { return name; } public String team() { return team; }

}

Was wäre, wenn "team" ein Objekt wäre?

Nachrichten mit Parameter (4)

Pass-by-Value von Objektstrukturen "Kopiersemantik" Änderungen auf der Zielseite sind nicht auf der

Senderseite sichtbar (und umgekehrt)!Pass-by-Reference bei entfernten Objekten

(Stubs) "Zeigersemantik"

Details in:Troy Brian Downing, Java RMI: Remote Method Invocation, Prentice Hall (1998).

Server

Realisierung einer Callback-Kommunikation?

Client auch als RMI-Server implementieren!

Server kann dann Client über normalen Methodenaufruf kontaktieren

Trennung zwischen Server und Client wird aufgehoben

Verteilte Müllbeseitigung (Garbage Collection)

Bei RMI wird nicht nur festgehalten, ob Referenzen auf ein Objekt vorhanden sind, sondern auch, von welcher VM aus.

Feststellung, ob ein Objekt noch benötigt wirdDetails kommen später ...

Zusammenfassung: RMI Namensverwaltung für Objektreferenzen Senden einer Nachricht (synchrone Kommunikation) RMI übernimmt Parameter- und Ergebnistransfer

(Marshalling and Demarshalling) Umrechnung in externe Datenrepräsentation Wiederherstellung von Objektstrukturen In Java: Interface "serializable"

RMIClassloader RMI und Heterogenität

Kein Problem, solange die VM von Java verwendet wird

RMI und Sicherheit

Standardmäßig keine Verschlüsselung von Daten

Standardmäßig keine AuthentifizierungKein RechtesystemJeder kann die Registratur abfragenStubs/Skeletons können simuliert werdenKeine Versionskontrolle zwischen Stub und

Skeleton

Bevor alle davoneilen

Fortsetzung der Diskussion über Middleware ...

mit dem Thema CORBA und Sprachunabhängigkeit

... beim nächsten Mal.