Webservice的設計和模式

本文是篇譯文（原文在devx），對於想初步瞭解webservice的朋友可能有些幫助。 Webservice 作為一項新的技術出現在我們面前，它的出世是用於解決在不同的平臺下的應用的協同的。目前幾乎每家廠商都要去開發Webservice 應用，然而如果缺乏對Webservice更深的瞭解，不能很好的在設計階段處理好一些重要的問題，那麼最終完成的系統必然是效率低下，沒有可靠性的產品。 在設計Webservice 應用時，以下幾點務必要考慮到： l 管理好與外系統的協同關係 l 掌握底層的傳輸模型 l 提供與應用相適應的安全策略
l 計劃好部署的相關事項 以下，將就這幾條相關的設計需求和一些常用模式是如何應用於Webservice模型展開詳細討論。在討論中，你會發現Webservice這項新的技術是如何與我們在以往的軟體開發相結合的。 l 標準提供了協同的能力 Webservice的一個最基本的目的就是提供在各個不同平臺的不同應用系統的協同工作能力。為了使得一個公司的網路應用達到最高的效率，存在它自己和它的合作伙伴，供應商以及客戶之間的Webservice，應該能夠實現無縫的互動。如果在眾多的Webservice之間不能輕鬆的實現互動，那麼該應用的效率將大打折扣。但是，在現實中這種情況是極有可能出現的。由於各個公司對業務的理解各不相同，就是理解相同的情況下，對於相同的概念也可能用不同的形式加以表現，具體而言就是對於同一資料可能採取不同的xml表示。由於以上的原因，對於協同性的問題應該在設計應用架構時就加以考慮，而不是留待以後去改變。
Webservice 主要由以下幾塊技術所構成，SOAP (Simple Object Access Protocol), WSDL (Web service Description Language), 以及UDDI (Universal Description, Discovery and Integration)。 在這裡我們不會去詳細研究這些技術，而是揭示他們的一些重要特性，這些特性需要在Webservice的設計時詳加考慮。 WSDL是實現協同能力的關鍵，它提供了一份契約用於與新老的應用之間互動。這項技術使得各個組織可以將標準的制定集中在Service的外部介面，而不用考慮各組織的具體實現。簡而言之，它實現了Webservice的介面與實現的分離。從而使得標準的制定，更加容易。並且，基於這份介面描述，很多工具可以從中自動生成客戶端程式碼，減少了開發者的工作量，並使得大部分開發者擺脫了編寫SOAP訊息傳遞程式碼過程。
SOAP是實現在各個Webservice元件之間傳遞訊息的傳輸層。因此，SOAP應該是一項透明的協同技術。但是，由於很多的SOAP實現方法卻與標準背道而馳，要麼新增了新的擴充套件功能要麼刪減了一些標準功能。由於對SOAP標準的支援程度不同，使得Webservice的協同能力大打折扣，實現協同的困難加大了。基於這種情況，當開發者需要Webservice執行在不同平臺上時，就要對具體情況加以瞭解並相應的編碼以解決這種不一致性。如果所有的SOAP實現組織都能夠遵循標準的話，那麼Webservice的開發者就不需要考慮使用該Webservice的底層平臺了。
儘管如此，不同SOAP實現的協同還是相當困難，因為協同標準的制定存在大量的分歧，目前一些組織正致力於標準的制定，比如SOAP Builders 和 WS-I。然而，現在Webservice開發者只有針對不同平臺，給予不同的實現，使得開發的成本和負擔加大了。 l 理解傳輸模型 SOAP並不是完全透明的解決方案，它把一些複雜的實現細節隱藏起來。Webservice的開發者必須深入的瞭解SOAP，瞭解底層的傳輸機制以及模型,從而知道SOAP是如何實現的。在一些簡單的應用中，某些工具可以幫助Webservice的開發者生成SOAP訊息傳遞的程式碼，但是這隻在最簡單的應用中有效。真正的情況不可能那麼簡單，可能在某些方面你需要有特殊的處理（這種情況在實際開發中是很常見的），這個時候，你就需要直接操縱SOAP的訊息傳遞程式碼，以及一些底層的XML內容。因此，Webservice的開發者需要深入瞭解SOAP和XML層的內容。
在開發Webservice的介面的時候，不要以為使用XML技術，協作性的問題就迎刃而解了，XML並不是解決整合問題的靈丹妙藥。這裡同樣需要標準的制定，需要一個在業界公認的詞彙表。僅僅在你的設計框架中引入XML技術並不能保證系統具有協同性，XML僅僅是用來描述資料的語言，XML自己並不提供語義去理解資料。就如同英語和德語都使用拉丁字母，但是他們的語義卻並不相同。 即使你使用相同的語言，也不能保證具有良好的協作性。比如你的公司可能使用Order描述一個訂單，但你的合作伙伴可能使用Purchase_Order，而另一個夥伴可能又不相同。你不可能強迫你所有的合作伙伴都採用和你相同的詞彙。因此需要有一項技術可以在眾多的描述之間充當翻譯的角色。XSLT就是這麼一種技術，它用於不同語言的轉換。和XSLT的配合使用XML才能解決協同性的問題。
l DOM vs. SAX 許多的Webservice開發環境，將開發者從底層的XML文件的解析和處理中解放出來，他們提供了自動化或者很方便的工具，使得這一過程變得很簡單。但是對於一些有特殊要求的Webservice應用，比如需要更好的柔性或者對速度要求特別高的應用，就需要手工處理XML文件。這時候兩種XML解析的模型－DOM 和SAX的選擇，將成為重要的問題。 DOM使用樹狀圖的方式解析XML文件，而SAX則更多的採用事件驅動的模型。 DOM先將XML文件對映成一顆樹，然後通過採用一系列與樹相關的操作去處理這份文件。這種方法有很多的好處，首先開發者很容易理解，使用一顆樹這對於開發者來說是最常見不過的了。DOM最常用於XML在Service中需要頻繁修改的場合。當然DOM也有它的缺點，在處理XML文件的時候，它需要載入整個文件，而不管你需要修改的是否只是其中的一小部分。因此它的執行效率以及對記憶體的使用顯然是不能接受的，尤其是面對很大的XML文件。
SAX使用事件驅動的模型來處理XML文件。通過一系列事件的觸發，來完成對XML的解析，你可以只關心你所要處理的事件，當這些事件發生時，會呼叫到相應的回撥函式來通知到你。採用這種方式就可以在很大程度上提高XML文件解析的效率。但是它的缺點在於難於使用，以及對同一文件的多次處理會存在一些問題。總而言之，DOM更適合處理那種文件型的XML檔案，而SAX則適於那種想直接將XML結構對映成在你係統中的一個物件的操作。（比如將一個XML結構直接對映成JAVA中的一個Class）或者那種針對XML檔案中特殊Tag的操作。
l 文件交換vs. RPC模型這兩種互動方式應該在應用架構的設計初始就應該詳加考慮，因為它將在很大程度上決定系統的耦合程度。 RPC（Remote Procedure Call）本質上就是遠端方法的呼叫。儘管Webservice是基於XML的但是你仍然可以使用遠端方法呼叫這種模式來進行Webservice的實現，尤其是在那種簡單的請求相應的模型中。在這個過程中，傳輸中的XML檔案所描述的更多是有關遠端方法的資訊，比如方法名，方法引數等等。而文件交換方式，與RPC相比較在XML檔案中不是做遠端方法的對映，而是一份完整的自包含的業務文件，當Service端收到這份文件後，先進行預處理（比如詞彙的翻譯和對映），然後再構造出返回訊息。這個構造返回訊息的過程中，往往不再是簡簡單單的一個方法呼叫，而是多個物件協同完成一個事務的處理，再將結果返回。這兩種方式的區別，類似與打電話和發郵件的不同處理方法。在目前，對於第一種方法提供了很多自動化的工具使得遠端方法的呼叫能夠很容易的完成，而後一種方法缺少一系列工具的支援，需要開發者手工完成。儘管如此，在此還是推薦使用文件交換的方式。由於它在以下方面具有RPC所不具備的優點。使用文件方式，你可以充分利用XML檔案的功能去描述和驗證一份業務文件，而在RPC模型中XML僅僅被用於描述方法的資訊。使用文件方式，在客戶的Service的提供者之間不再需要緊密的約定，而RPC模型需要客戶和Service的提供者緊密相連，一旦方法發生變化，客戶端就需要做相應的改動。這不符合低耦合系統的要求，而在文件交換方式中則靈活的多。由於業務資料是自包含的，顯然文件模型更利於採用非同步處理。
l 利用設計模式設計模式在設計Webservice的時候顯然可以起到相當大的作用。設計模式的主要目的就是為解決某些在類似環境下的相像問題提供已有的較為成熟的設計方案。在這裡，只簡單的提及一些很常用的模式，讓我們瞭解到模式在Webservice中可以起到的作用。 Adapter ：為內部系統提供一個不同的介面 Façade： 封裝複雜的內部實現，提供一系列簡單的介面 Proxy： 作為其他物件的代理，代替它提供服務 Adapter模式用於將一個元件的介面轉化成客戶所需要的樣子，這裡的客戶就是Webservice。一個常見的情況就是將原有的老的系統包裝成一個Webservice。比如現在使用的是J2EE的平臺，而原來有一個C++的系統實現了某些功能，現在需要將它釋出成Webservice，那麼就需要利用JNI技術做一個Adapter，為原來的C++元件提供一個Java的介面，然後再轉化為Webservice。
Façade模式用於構建粗粒度的服務，它包裝了細粒度的服務，從而為複雜的系統提供了一個簡單的介面。在J2EE中，Session Bean就象是一個Façade，而Entity Bean則是細粒度的服務。在Webservice中也一樣，使用Façade模式可以將已有的元件的功能發揮殆盡。 Proxy 模式用於充當其他物件的代理，類似於中間人的作用，將處理工作從一個物件傳遞到另一個物件。在Webservice中，它主要用於隱藏Soap訊息構造的過程。也可以用於模擬物件（Mock Object）的建立。 以上僅僅是一些可以用於Webservice開發的模式，如果你熟練的將這些模式應用於Webservice開發，你將會發現開發Webservice應用，將好像做一種特殊的物件導向設計。
l 安全 Webservice為作為方便的服務被用廣大領域使用的同時，也成為了黑客們的美食。在這裡，本文將就目前對Webservice安全所能做的改進做簡單介紹。在Webservice中的安全主要分為以下三個方面。傳輸 SSL/HTTPS 對連線加密，而不是傳輸資料訊息 資料加密(XML Encryption) 數字簽名(XML-DSIG) 底層架構 利用應用服務安全機制 傳輸時的安全是最容易被加入到你的Webservice應用中的，利用現有的SSL 和HTTPS協議，就可以很容易的獲得連線過程中的安全。
然而這種安全實現方法有兩個弱點。一是它只能保證資料傳輸的安全，而不是資料本身的安全，資料一旦到達某地，那麼就可以被任何人所檢視。而在Webservice中，一份資料可能到達多個地方，而這份資料卻不該被所有的接受者所檢視。二是它提供的是要麼全有要麼全無的保護，你不能選擇哪部分資料要被保護，而這種可選擇性也是在Webservice中所常要用到的。 第二層的保護是對於訊息本身的保護。你可以使用已有的XML安全擴充套件標準，實現數字簽名的功能，從而保證你的訊息是來自特定方並沒有被修改過。XML檔案的加密技術從更大程度上加強了Webservice的安全，它能夠定製資料傳輸到後，能否被接受者所檢視，進一步完善了傳輸後的安全，業界也在不斷的制定Webservice的安全標準，比如SAML
和 WS-Security。 最後一層保護就是依靠底層架構的安全，這更多的來自於作業系統和某些中介軟體的保護。比如在J2EE中，主持Webservice的應用伺服器。目前很多的J2EE應用伺服器都支援Java Authentication and Authorization Service (JAAS)，這是最近被加入到J2SE 1.4當中的。利用主持Webservice的伺服器，實現一些安全機制這是很自然的做法。另一種利用底層架構的安全方法就是，做一個獨立的負責安全的伺服器，Webservice的使用者和建立者都需要與之取得安全信任。