CN102968310A - 一种一体化高性能应用软件架构及构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及计算机应用软件开发领域，具体说是一种一体化高性能应用软件架构及构建方法，包括：支持J2EE集群技术的WEB层集群，用于提供J2EE框架中的业务表示层能力；支持J2EE集群技术的后端应用集群，用于提供J2EE框架中的业务逻辑层处理能力；支持J2EE集群技术的数据库集群，用于提供J2EE框架中数据访问层能力；支持J2EE集群技术的消息中间件集群，用于提供分布式J2EE组件间的消息通讯能力的。本发明所述的一体化高性能应用软件架构及构建方法，软件架构师及开发人员能够在较短时间内确定软件方案和部署方案，提供高性能的应用服务；按照该软件架构设计的J2EE应用系统，能够满足高可用性、可扩展性和容错性方面的要求。

Description

一种一体化高性能应用软件架构及构建方法

技术领域

本发明涉及计算机应用软件开发领域，具体说是一种一体化高性能应用软件架构及构建方法。尤指针对大型应用和关键应用系统的一体化高性能应用软件架构及构建方法。

背景技术

在信息化技术高速发展的当代，越来越多的业务和应用依托于互联网或网络构建。特别是近10年来，随着互联网有史以来最快速的发展，商业应用层出不穷，业务逻辑不断复杂，对用户体验的要求也不断提升，随之而来的是应用技术和开发语言的日新月异，开发者永不停息地学习新技术。

对于大型应用和关键应用，如大型电商系统、电子银行系统等，高可用性、可扩展性、容错性等方面的要求直接决定了系统成败，这些软件系统非功能性方面的要求整体构成了高性能系统的特征。

J2EE（Java2平台企业版，一套应用开发的技术框架）集群就是一种能够提供高性能（高可用性、可扩展性以及容错性）的流行技术，是现在构建高性能软件系统的主流技术。现在越来越多的关键应用和大型应用是基于J2EE技术来创建的。

但由于在J2EE规范中没有对集群技术作出规范，因此在实际的应用系统软件架构设计中，存在非常多的变数，并最终影响了软件系统架构师和开发人员对J2EE集群的使用，导致应用失效或项目失败。

通常J2EE集群技术包括“负载均衡”和“失效转移”。集群允许一组服务器分担处理繁重的任务，而逻辑上就象一台服务器一样。集群可以通过提供额外的服务器使其在一台服务器失效时提供服务，从而提高可用性。负载均衡是集群技术之后的一个关键技术，通过分发请求到不同的服务器来提高可用性和更好的性能。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种一体化高性能应用软件架构及构建方法，在J2EE技术的基础上支持大型应用和关键应用的软件架构设计，提高开发效率。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种一体化高性能应用软件架构，其特征在于，包括：

支持J2EE集群技术的WEB层集群，用于提供J2EE框架中的业务表示层能力；

支持J2EE集群技术的后端应用集群，用于提供J2EE框架中的业务逻辑层处理能力；

支持J2EE集群技术的数据库集群，用于提供J2EE框架中数据访问层能力；

支持J2EE集群技术的消息中间件集群，用于提供分布式J2EE组件间的消息通讯能力的。

在上述技术方案的基础上，所述WEB层集群支持网络负载均衡和HTTP会话失效转移；

a)网络负载均衡：使用网络负载均衡器，按一定的算法将客户端的请求调度到具体的WEB服务器实例上；

b)HTTP会话失效转移：使用HTTP会话状态备份技术，确保在WEB服务器实例失效的时候，能够在不丢失任何会话状态的前提下继续处理客户端请求。

在上述技术方案的基础上，所述后端应用集群支持分布调用，以及负载均衡和失效转移；

a)分布调用：分布调用技术因为分布式计算而诞生，它使得客户端可以通过标准协议访问远程对象；

b)负载均衡和失效转移：在分布调用中，可以进行负载均衡和失效转移。

在上述技术方案的基础上，所述数据库集群为数据库并行集群；

a)数据库并行集群：配置多个并行的、同样的数据库实例，访问同一个数据库，数据库所有的数据文件、联机日志文件、控制文件等均放在集群的共享存储设备上，所有集群节点可以同时读写共享存储。

在上述技术方案的基础上，所述消息中间件集群支持多代理消息总线；

a)多代理消息总线：消息总线同时支持存在多个代理，一个客户连接到其中一个代理，如果这个代理失效，那么客户会自动重新连接到其它的代理。

一体化高性能应用软件架构的构建方法，其特征在于，其步骤如下：

步骤1.使用两台型号为F5 BIG-LTM-1600-4GB-R的本地流量管理器作为WEB层集群的网络负载均衡器，同时互为热备份；

步骤2.使用分布式缓存系统Memcached在WEB服务器实例上保存HTTP会话状态，使用缓存代理服务器，以保障数据完整性；

步骤3.所有后端应用使用RMI/IIOP方式提供对外的调用和服务接口；

步骤4.使用ActiveMQ的集群方式作为后端应用的多代理消息总线；

步骤5.使用Oracle RAC配置数据库集群，配置为RAC+Dataguard模式。

在上述技术方案的基础上，WEB浏览器和WEB服务器集群间的负载均衡实施方式为：

1)负载均衡算法：当客户端请求时，负载平衡器会决定如何调度请求到后端的服务器实例；

2)健康检查：一些服务器实例出现故障时，负载平衡器检测出这种故障，从此不再向故障服务器分配请求；负载平衡器还需要在监测到发生故障的服务器恢复正常以后，重新派遣它新的请求；

3)会话粘滞：根据解析会话的协议，检索到请求Web页面到底使用那一台服务器响应，并在下一次请求同一个Web应用程序页面的时候自动分配给上一次处理请求的服务器。

本发明所述的一体化高性能应用软件架构及构建方法，在J2EE技术的基础上支持大型应用和关键应用的软件架构设计，提高开发效率；软件架构师及开发人员能够在较短时间内确定软件方案和部署方案，提供高性能的应用服务；按照该软件架构设计的J2EE应用系统，能够满足高可用性、可扩展性和容错性方面的要求。

附图说明

本发明有如下附图：

图1：一体化高性能应用软件架构，

图2：WEB集群的负载均衡，

图3：有WEB服务器实例失效时的负载均衡，

图4：HTTP会话失效转移，

图5：使用缓存代理服务器的Memcached提供HTTP会话状态存储，

图6：后端应用集群，

图7：ActiveMQ的多代理消息总线，

图8：配置为RAC+Dataguard模式的数据库集群。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明给出了一体化高性能应用软件架构，包括：

支持J2EE集群技术的WEB层集群，用于提供J2EE框架中的业务表示层能力；

支持J2EE集群技术的后端应用集群，用于提供J2EE框架中的业务逻辑层处理能力；

支持J2EE集群技术的数据库集群，用于提供J2EE框架中数据访问层能力；

支持J2EE集群技术的消息中间件集群，用于提供分布式J2EE组件间的消息通讯能力的。

在上述技术方案的基础上，所述WEB层集群支持网络负载均衡和HTTP会话失效转移；

a)网络负载均衡：使用网络负载均衡器，按一定的算法将客户端的请求调度到具体的WEB服务器实例上；

b)HTTP会话失效转移：使用HTTP会话状态备份技术，确保在WEB服务器实例失效的时候，能够在不丢失任何会话状态的前提下继续处理客户端请求。

在上述技术方案的基础上，所述后端应用集群支持分布调用，以及负载均衡和失效转移；

a)分布调用：分布调用技术因为分布式计算而诞生，它使得客户端可以通过标准协议访问远程对象；

b)负载均衡和失效转移：在分布调用中，可以进行负载均衡和失效转移。

在上述技术方案的基础上，所述数据库集群为数据库并行集群；

a)数据库并行集群：配置多个并行的、同样的数据库实例，访问同一个数据库，数据库所有的数据文件、联机日志文件、控制文件等均放在集群的共享存储设备上，所有集群节点可以同时读写共享存储。

在上述技术方案的基础上，所述消息中间件集群支持多代理消息总线；

a)多代理消息总线：消息总线同时支持存在多个代理，一个客户连接到其中一个代理，如果这个代理失效，那么客户会自动重新连接到其它的代理。

本发明给出了实现上述一体化高性能应用软件架构的构建方法，其步骤如下：

步骤1.使用两台型号为F5 BIG-LTM-1600-4GB-R的本地流量管理器作为WEB层集群的网络负载均衡器，同时互为热备份；

步骤2.使用分布式缓存系统Memcached在WEB服务器实例上保存HTTP会话状态，使用缓存代理服务器，以保障数据完整性；

步骤3.所有后端应用使用RMI/IIOP方式提供对外的调用和服务接口；

步骤4.使用ActiveMQ的集群方式作为后端应用的多代理消息总线；

步骤5.使用Oracle RAC配置数据库集群，配置为RAC+Dataguard模式。

如图2所示，WEB浏览器和WEB服务器集群间的负载均衡实施方式为：

1)负载均衡算法：当客户端请求时，负载平衡器会决定如何调度请求到后端的服务器实例。流行的算法包括循环、随机和权值。负载平衡器试图实现平等的每个服务器实例的工作负荷，但上述算法无法真正获得完全理想的平衡，因为他们只控制一个特定的服务器实例的请求数量。一些复杂的负载平衡器实现特殊的算法，在前调度监测请求到服务器的实际负载情况来判断是否分配给其任务。

2)健康检查：一些服务器实例出现故障时，负载平衡器检测出这种故障，从此不再向故障服务器分配请求；负载平衡器还需要在监测到发生故障的服务器恢复正常以后，重新派遣它新的请求。

3)会话粘滞：几乎每一个Web应用程序有一个会话状态，这可能是简单，只要记住您是否已登录，或您的购物车的内容。由于HTTP协议本身是无状态的，会话状态必须存储在某个地方，根据解析会话的协议，可以很容易地检索到你请求Web页面到底使用那一台服务器响应，并在下一次你请求同一个Web应用程序页面的时候自动分配给上一次处理请求的服务器。在负载平衡的控制下，将同一浏览器的会话请求分配到相同的服务器。否则，应用程序可能无法正常工作。

现结合图2和图3对负载均衡的实现做一个说明。

在图2中，所有的WEB服务器实例均正常工作，设定负载均衡算法为循环方式，浏览器201、202、203向WEB服务器集群发送请求21、22和23，负载均衡器210在收到请求后，将浏览器201发送的请求21发到WEB服务器实例221处理，将浏览器202发送的请求22发到WEB服务器实例222处理，将浏览器203发送的请求23发到WEB服务器实例223处理。每一个浏览器所发生的请求的会话状态在负载均衡器210中均进行记录，同一个会话的后续请求都在相同的WEB服务器实例上处理。

在图3中，负载均衡器210通过健康检查发现WEB服务器实例221发生故障失效。如果此前在WEB服务器实例221上处理的会话未结束，则需要借助HTTP会话失效转移机制来在其他WEB服务器实例上继续处理该会话，在本章节后面将详细说明HTTP会话失效转移的实施。图3中，负载均衡器210接收到浏览器201一个新的请求31，由于检测到WEB服务器实例221已失效，负载均衡器210将请求31送至WEB服务器实例223处理，该会话的后续请求也将送至WEB服务器实例223处理。

现结合图4对HTTP会话失效转移做说明。HTTP会话转移失效机制可以确保在一些服务器实例出现故障的情况下，所有客户端请求能够被妥善处理，而不会失去任何会话状态。当浏览器401访问一个有状态Web应用程序时，第1个请求1001由负载均衡服务器410向WEB服务器实例421转发，为请求1002，WEB服务器实例421上的应用程序在内存中创建会话对象并存储以供以后使用的信息。同时该应用程序向浏览器发回响应1003，其中包含一个可以唯一标识此会话对象的标识，浏览器以Cookie方式存储这一对象。

与此同时，WEB服务器实例421使用分布式缓存系统Memcached，通过缓存代理服务器，将会话对象备份到Memcached的存储节点431中，以保证WEB服务器实例421故障失效是不会丢失会话状态，该备份过程为1004。

在浏览器401向同一个Web应用程序发送请求1005时，请求1005将使用浏览器Cookie中保存的会话对象标识。负载平衡器410检测到WEB服务器实例421故障（转发请求1006失败），将该请求发送至有相同的应用程序的另一个WEB服务器实例422，WEB服务器实例422收到请求1007。Web服务器实例422从Memcached的存储节点431中获得该请求对应的会话状态信息，获取过程为1008，将会话状态加载回来，就能够正确处理请求1007，并给浏览器401返回响应1009。

现结合图5对使用缓存代理服务器的Memcached提供HTTP会话状态存储进行说明。Memcached是一个高性能的分布式内存对象缓存系统，它通过在内存中缓存数据和对象来减少读取数据库的次数。Memcached是基于一个存储键/值对的hashmap。其守护进程（daemon）是用C写的，客户端可以用任何语言来编写，并通过memcached协议与守护进程通信。Memcached的每个分布式服务器端本身没有相互相连的关系，通过采用缓存代理模式，可提供数据备份和热备份功能，以防止单点故障，同时缓存代理也可以做备份。Memcached客户端连接到缓存代理服务器，缓存代理服务器连接缓存服务器，缓存代理服务器可以连接多台Memcached服务器，可以将每台Memcached服务器进行数据同步。如果其中一台缓存代理服务器失效，系统依然可以继续工作，如果其中一台Memcached服务器，数据不会丢失并且可以保证数据的完整性。

在图5中，Memcached客户端501同时连接到Memcached代理服务器511和512，代理服务器511同时连接Memcached服务器521和522，代理服务器512也同时连接Memcached服务器521和522。在Memcached服务器521和522通过代理服务器实现数据同步。这样，代理服务器的单点失效并不能影响Memcached客户端正常获取缓存数据；Memcached服务器中的一个失效，也不会造成缓存数据的丢失。

现结合图6对后端应用的集群构建方式进行说明。在后端应用集群中，在逻辑上每一应用存在多个应用实例，每一个应用的对外接口均为RMI/IIOP接口，使用ActiveMQ多代理消息总线提供前端与后端服务器，以及后端服务器之间的通信能力。

在图6中，提供应用1的应用服务器61包含三个应用服务器实例611、612和613，提供应用2的应用服务器62包含两个应用服务器实例621和622。应用服务器61和62对外提供的接口均为RMI/IIOP类型接口。应用服务器实例611、612、613、621和622均连接到ActiveMQ多代理消息总线60上。前端浏览器601在使用应用1时，通过调用对应接口，由消息总线转发调用请求到应用服务器实例611；前端浏览器601在使用应用2时，通过调用对应接口，由消息总线转发调用请求到应用服务器实例622。

现结合图7对ActiveMQ的多代理消息总线进行说明。ActiveMQ支持订阅同一个消息队列的订阅者上的集群。多代理消息总线就是同时存在多个消息代理Broker，有一个客户连接到其中一个Broker。如果这个Broker失效，那么客户会自动重新连接到其它的Broker。在ActiveMQ中使用failover://协议来实现这个功能。如果某个网络上有多个Brokers，而且客户使用静态发现（使用Static Transport或Failover Transport）或动态发现（使用Discovery Transport），那么客户可以容易地在某个Broker失效的情况下切换到其它的Brokers。

在图7中，消息代理Broker1（701）为主用代理，消息代理Broker2（702）为备用代理，消息720从代理701向代理702同步，消息代理本身具有各自的存储设备。ActiveMQ客户端710使用发现协议（静态或动态）721探测消息代理的状态，如果主要代理701失效，则转向备用代理702接收消息。

现结合图8对配置为RAC+Dataguard模式的数据库集群进行说明。RAC（全称real application clusters，中译为“实时应用集群”），是Oracle实例级别的高可用性架构。Oracle RAC可以支持24×7有效的数据库应用系统，在低成本服务器上构建高可用性数据库系统，并且自由部署应用，无需修改代码。在Oracle RAC环境下，当应用规模需要扩充时，可以按需扩展系统，以保证系统的性能。Dataguard是Oracle的一种数据高可靠性方案，它是在主节点与备用节点间通过日志同步来保证数据的同步，可以实现数据库快速切换与灾难性恢复。配置为RAC+Dataguard模式的数据库集群采用RAC来保证业务的高可用性，用Dataguard来保证数据库数据的容灾。

在图8中，有多个RAC数据库节点服务器（至少2个）和至少一个Dataguard备库服务器。本图中以3个为例，数据库节点服务器801、802、803以及备库服务器810同时连接到三层交换机821。数据库节点服务器801、802和803共同使用工作磁盘阵列831，备库服务器使用磁盘阵列832。在801、802和803上同时提供完全相同功能的数据库实例服务供调用，访问主用磁盘阵列831，提高数据库的响应性能；同时备库服务器810通过日志将数据备份同步至备份数据库，存储在备份磁盘阵列832中。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种一体化高性能应用软件架构，其特征在于，包括：

支持J2EE集群技术的WEB层集群，用于提供J2EE框架中的业务表示层能力；

支持J2EE集群技术的后端应用集群，用于提供J2EE框架中的业务逻辑层处理能力；

支持J2EE集群技术的数据库集群，用于提供J2EE框架中数据访问层能力；

支持J2EE集群技术的消息中间件集群，用于提供分布式J2EE组件间的消息通讯能力的。

2.如权利要求1所述的一体化高性能应用软件架构，其特征在于：所述WEB层集群支持网络负载均衡和HTTP会话失效转移；

a)网络负载均衡：使用网络负载均衡器，按一定的算法将客户端的请求调度到具体的WEB服务器实例上；

b)HTTP会话失效转移：使用HTTP会话状态备份技术，确保在WEB服务器实例失效的时候，能够在不丢失任何会话状态的前提下继续处理客户端请求。

3.如权利要求1所述的一体化高性能应用软件架构，其特征在于：所述后端应用集群支持分布调用，以及负载均衡和失效转移；

a)分布调用：分布调用技术因为分布式计算而诞生，它使得客户端可以通过标准协议访问远程对象；

b)负载均衡和失效转移：在分布调用中，可以进行负载均衡和失效转移。

4.如权利要求1所述的一体化高性能应用软件架构，其特征在于：所述数据库集群为数据库并行集群；

a)数据库并行集群：配置多个并行的、同样的数据库实例，访问同一个数据库，数据库所有的数据文件、联机日志文件、控制文件等均放在集群的共享存储设备上，所有集群节点可以同时读写共享存储。

5.如权利要求1所述的一体化高性能应用软件架构，其特征在于：所述消息中间件集群支持多代理消息总线；

a)多代理消息总线：消息总线同时支持存在多个代理，一个客户连接到其中一个代理，如果这个代理失效，那么客户会自动重新连接到其它的代理。

6.一体化高性能应用软件架构的构建方法，其特征在于，其步骤如下：

步骤1.使用两台型号为F5 BIG-LTM-1600-4GB-R的本地流量管理器作为WEB层集群的网络负载均衡器，同时互为热备份；

步骤2.使用分布式缓存系统Memcached在WEB服务器实例上保存HTTP会话状态，使用缓存代理服务器，以保障数据完整性；

步骤3.所有后端应用使用RMI/IIOP方式提供对外的调用和服务接口；

步骤4.使用ActiveMQ的集群方式作为后端应用的多代理消息总线；

步骤5.使用Oracle RAC配置数据库集群，配置为RAC+Dataguard模式。

7.如权利要求6所述的一体化高性能应用软件架构的构建方法，其特征在于，WEB浏览器和WEB服务器集群间的负载均衡实施方式为：

1)负载均衡算法：当客户端请求时，负载平衡器会决定如何调度请求到后端的服务器实例；

2)健康检查：一些服务器实例出现故障时，负载平衡器检测出这种故障，从此不再向故障服务器分配请求；负载平衡器还需要在监测到发生故障的服务器恢复正常以后，重新派遣它新的请求；

3)会话粘滞：根据解析会话的协议，检索到请求Web页面到底使用那一台服务器响应，并在下一次请求同一个Web应用程序页面的时候自动分配给上一次处理请求的服务器。

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