面向服务的体系结构

面向服务的体系结构（Service‐oriented A rchitecture，SOA）于1996年由Gartner Group第一次明确提出，这在当时只是一个美好的愿景。然而随着Web技术和Web Service技术的逐渐发展成熟，SOA开始受到更多研究人员的关注以及专业厂商的支持，得到了逐步的发展和成熟，已经成为主流方向之一。SOA是互联网环境下一种新型的软件系统架构，其核心是一个由若干个Web服务组成的构件，它首先将各种应用程序的不同功能单元定义为服务，这些服务使用预先定义好的接口和契约进行沟通。接口的定义独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，从而保证了构建在不同系统上的服务可以以统一、通用的方式进行交互。此外，事先定义好的各个基本服务还可以进一步组合，形成新的功能和服务，并可按照业务流程建立规则来构架和生成相应的业务处理系统。SOA的最终目标是在SOI（Service Oriented Integrate，面向服务集成）领域实现跨系统、跨平台的企业应用及业务的整合。SOA的基本元素是服务，SOA会指定服务提供者、服务消费者、服务注册表、服务条款、服务代理和服务契约等来说明如何提供和使用服务。SOA是一种粗粒度、松耦合的服务架构，主要有以下几个特征：

（1）服务的封装（Encapsulation）：将服务封装成用于业务流程的可重用组件的应用程序函数。它提供信息或简化业务数据从一个有效的、一致的状态向另一个状态的转变，封装、隐藏了复杂性。

（2）服务的重用（Reuse）：服务可以用于不同的上下文中，独立于底层实现。

（3）服务的互操作（Interoperability）：服务之间通过既定的通信协议进行互操作。

（4）服务是自治的（Autonomous）功能实体：服务是由组件组成的组合模块，是自包含和模块化的。

（5）服务之间松耦合（Loosly Coupled）：服务请求者到服务提供者的绑定与服务之间是松耦合的。即服务请求者不知道提供者实现的技术细节，比如程序设计语言、部署平台。服务请求者往往通过消息调用操作请求消息和响应，而不是通过使用API等。

（6）服务位置透明（Location Transparency）：服务的消费者不必关心服务位于什么地方。也就是说，用户完全不必知道响应自己需求的服务的位置，甚至不必知道具体是哪个服务参与了响应。

SOA的主要操作对象：

（1）服务提供者：主要是发布自己的服务，是一个可寻址的服务实体，在注册中心注册，接收请求者的请求，请求者可以在注册中心查找相应服务并绑定使用。

（2）服务请求者：主要是请求服务并调用绑定服务。请求者主要有应用程序、程序模块或者是另外一个服务。服务请求者先对注册中心提供的各种服务进行查询，并根据各种条件选择相应服务，随后绑定该服务，使用该服务提供的功能。

（3）服务注册中心：主要是注册已经发布的服务，对其进行分类，并提供检索服务。所有发布的服务都在此描述和注册，注册中心的每个服务是可寻址的，且都有相应的接口。服务提供者向注册中心发布服务相关描述，服务请求者从服务注册中心获得相关描述，并进行绑定和使用。

根据三位主要操作者的责任和义务，SOA的操作主要分为发布操作、查找操作和绑定操作。发布操作主要是发布服务的描述，以使请求使用者可以发现它；查找操作即对服务注册中心进行查询，以期定位到满足需求的服务；绑定操作发生在定位服务之后，服务使用者根据服务描述的信息来调用服务。

广义上讲，实现SOA的技术有多种，如COM、CORBA和Web服务等，然而使用最为广泛的还是Web服务技术。Web服务是一个平台独立的、低耦合的、自包含的、基于可编程的Web的应用程序，可使用开放的XML（标准通用标记语言下的一个子集）标准来描述、发布、发现、协调和配置这些应用程序，用于开发分布式的互操作的应用程序。Web服务采用了SOA的体系结构，也是通过服务提供者、服务请求者和服务注册中心等实现实体之间的通信来完成服务调用。Web服务基于开放式的Internet标准，主要依赖的协议有：XML、SOAP、WSDL和UDDI等。

（1）XML（Extensible Markup Language，XML）：为可扩展的文本标记的描述语言，用来标记数据、定义数据类型，是一种允许用户对自己的标记语言进行定义的源语言。XML文档定义方式有：文档类型定义（DTD）和XM L Schema。DTD定义了文档的整体结构以及文档的语法，应用广泛并有丰富工具支持。XML Schema用于定义管理信息等更强大、更丰富的特征。XML已成为服务架构数据存储和交换的一种重要标准。它具备二个特点，一是它表达的数据具备鲁棒性，以自描述方式描述应用系统的数据结构和数据；二是应用系统和数据相互独立，使得整个应用系统具有良好的系统扩展性能，同时使得系统与开发平台没有相关性。

（2）SOAP（Simple Object Access Protocol，SOAP）：为简单对象访问协议。主要基于XML用于在分布式环境下交换信息的协议，SOAP按照HTTP通信协议，遵从XML格式执行信息交换。SOAP定义了远程对象调用的格式、参数类型和XML格式之间的映射等。它是一个与平台无关和厂商无关的标准，包括四个部分：SOAP封装（Envelop），定义了一个描述消息中的内容是什么，是谁发送的，谁应当接受并处理它以及如何处理它们的框架；SOAP编码规则（Encoding Rules），用于表示应用程序需要使用的数据类型的实例；SOAPRPC（RPC Representation）表示远程过程调用和应答的协定；SOAP绑定（Binding），主要使用底层协议交换信息。

（3）WSDL（Web Services Description Language，WSDL）：为Web服务描述语言，是用XML来描述Web服务的标准，是Web服务的接口定义语言。可描述Web服务的三个基本属性：服务所提供的操作（方法）和服务交互的数据格式以及必要协议、服务位于何处。WSDL实质是描述各个Web服务调用规则、公开的操作和服务、具体传输机制以及服务的具体位置。

（4）UDDI（Universal Description Discovery and Integration，UDDI）：为统一描述、发现和集成规范，主要定义并描述Web服务发布和发现的方法，UDDI规定实现服务SOAP之间的注册和服务发现的编程接口规范。为Web服务提供三个重要的技术支持：①标准、透明、专门描述Web服务的机制；②调用Web服务的机制；③访问Web服务注册中心的机制。

在SOA中，还需要一个中间层，能够实现不同服务之间的智能化管理。企业服务总线（Enterprise Service Bus，ESB）充当了这个角色，是SOA架构的一个支柱。ESB是传统中间件技术与XML、Web服务等技术相互结合的产物，用于实现企业应用不同消息和信息的准确、高效和安全传递。让不同的应用服务协调运作，实现不同服务之间的通信与整合。ESB的主要功能有：对各个服务之间消息监控与路由；解决各个服务组件之间通信；控制服务版本与部署；满足服务事件处理、数据转换与映射、事件查询与排序、安全或异常处理、协议转换、保证服务通信的质量。各系统通过ESB端点完成与其他应用系统的集成。应用系统可通过ESB端点提供的适配器，将自己系统的专用接口协议转换为总线使用的标准协议。各系统通过ESB端点，把服务注册到中心，从而使所有需要这些服务的系统可以通过ESB端点，在总线上找到该服务。服务使用者可以在ESB端点上对所需的服务进行调用、编排和数据转换。ESB将根据用户的配置，完成服务的调用、转换和路由等。通过使用ESB，可以在几乎不更改代码的情况下，以一种无缝的非侵入方式使已有的系统具有全新的服务接口，并能够在部署环境中支持任何标准。此外，ESB与服务逻辑相分离，使得不同的应用程序可以同时使用同一服务，不需要在应用程序或者数据发生变化时改动服务代码。目前ESB的提供商有IBM、微软、Oracle等。

目前有很多博物馆已经在架构上实现了SOA。其最大的优势在于能在保证现有系统正常使用的情况下，实现无缝升级。基于SOA结构，不同的博物馆之间可以进行信息传递，解决信息孤岛问题。以往每个博物馆管理系统自成体系，不同的博物馆系统之间无法信息共享、无法互联互通，从藏品信息管理和利用的角度来看，产生了局部化和片面化的问题，很难为使用者提供有效的服务。如某一研究人员或普通观众希望了解商代“牧正尊”的青铜器情况，就要在宝鸡青铜器博物院和陕西历史博物馆、国家博物馆等多个系统逐个进行查询，耗费了过多的人力和物力。而一旦采用SOA，所有支持SOA的博物馆管理系统都可以实现互联互通，提供整体性的服务。因此，查询人员只需要输入“牧正尊”关键字一次，就可以在所有博物馆系统中进行统一搜索，完成信息的定位和汇集。此外，以前的系统无法对藏品进行语义标注和检索，给藏品管理带来了很大困难。但是利用SOA架构中的XML进行标注，所有的藏品图片都可以根据语义信息进行分类和检索，使用方便。