微內核架構

時間 2019-11-17

標籤內核架構欄目系統架構简体版

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注：文章來源：極客時間的專欄《從0開始學架構》
微內核架構（Microkernel Architecture），也被稱爲插件化架構（Plug-in Architecture），是一種面向功能進行拆分的可擴展性架構，一般用於實現基於產品的應用
例如Eclipse這類IDE軟件、UNIX這類操做系統、淘寶APP這類客戶端軟件等，也有一些企業將本身的業務系統設計成微內核的架構，例如保險公司的保險覈算邏輯系統，不一樣的保險品種能夠將邏輯封裝成插件

基本架構

微內核架構包含兩類組件：核心系統和插件模塊

核心系統

主要負責和具體業務功能無關的通用功能，例如模塊加載、模塊間通訊等

插件模塊

主要負責實現具體的業務邏輯，例如「學生信息管理」系統中的「手機號碼註冊」功能

微內核的基本架構圖

上圖中核心繫統功能比較穩定，不會由於業務功能擴展而不斷修改，插件模塊能夠根據業務功能的須要不斷地擴展
微內核的架構本質就是將變化部分封裝在插件裏面，從而達到快速靈活擴展的目的，而又不影響總體系統的穩定

設計關鍵點

微內核的核心繫統設計的關鍵技術有：插件管理、插件鏈接和插件管理

1. 插件管理

核心系統須要知道當前有哪些插件可用，如何加載這些插件，何時加載插件。常見的實現方法是插件註冊表機制
核心系統提供插件註冊表（能夠是配置文件，也能夠是代碼，還能夠是數據庫），插件註冊表含有每一個插件模塊的信息，包括它的名字、位置、加載時機（啓動就加載，仍是按需加載）等

2. 插件鏈接

指插件如何鏈接到核心系統。一般來講，核心系統必須指定插件和核心繫統的鏈接規範，而後插件按照規範實現，核心系統按照規範加載便可
常見的鏈接機制有OSGi（Eclipse使用）、消息模式、依賴注入（Spring使用），甚至使用分佈式的協議都是能夠的，好比RPC或者HTTP Web的方式

3. 插件通訊

指插件間的通訊。雖然設計的時候插件間是徹底解耦的，但實際業務運行過程當中，必然會出現某個業務流程須要多個插件協做，這就要求兩個插件間進行通訊
因爲插件之間沒有直接聯繫，通訊必須經過核心系統，所以核心系統須要提供插件通訊機制
這種狀況和計算機相似，計算機的CPU、硬盤、內存、網卡是獨立設計的配置，但計算機運行過程當中，CPU和內存、內存和硬盤確定是有通訊的，計算機經過主板上的總線提供了這些組件之間的通訊功能
微內核的核心繫統也必須提供相似的通訊機制，各個插件之間才能進行正常的通訊

OSGi架構簡析

OSGi全稱是Open Service Gateway initiative，自己實際上是指OSGi Alliance。它是一個非盈利的國際組織，旨在創建一個開放的服務規範，爲經過網絡向設備提供服務創建開放的標準，這個標準就是OSGi specification。若是沒有特別說明，通常都是指OSGi的規範
OSGi聯盟的初衷是構建一個在廣域網和局域網或設備上展開業務的基礎平臺，因此OSGi的最先設計也是針對嵌入式應用的，諸如機頂盒、服務網關、手機、汽車等都是其應用的主要環境
因爲OSGi具有動態化、熱插拔、高可複用性、高效性、擴展方便等優勢，它被應用了PC上的應用開發
尤爲是Eclipse這個流行軟件採用OSGi標準後，OSGi更是成了首選的插件化標準
如今OSGi已經和嵌入式應用關聯不大了，更可能是將OSGi當作一個微內核的架構模式

OSGi框架的邏輯架構圖

1. 模塊層（Module層）

模塊層實現插件管理功能。OSGi中，插件被稱爲Bundle，每一個Bundle是一個Java的JAR文件，每一個Bundle裏面都包含一個元數據文件MANIFEST.MF，這個文件包含了Bundle的基本信息
例如，Bundle的名稱、描述、開發商、classpath，以及須要導入的包和輸出的包等，OSGi核心系統會將這些信息加載到系統中用於後續使用

一個簡單的MANIFEST.MF樣例以下程序員

// MANIFEST.MF 
	Bundle-ManifestVersion: 2 
	Bundle-Name:UserRegister
	Bundle-SymbolicName: com.test.userregister 
	Bundle-Version: 1.0 
	Bundle-Activator: com.test.UserRegisterActivator
	 
	Import-Package: org.log4j;version="2.0", 
	..... 
	Export-Package: com.test.userregister;version="1.0", 

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2. 生命週期層（Lifecycle層）

生命週期層實現插件鏈接功能，提供了執行時模塊管理、模塊對底層OSGi框架的訪問
生命週期層精確地定義了Bundle生命週期的操做（安裝、更新、啓動、中止、卸載），Bundle必須按照規範實現各個操做。例如：

public class UserRegisterActivator implements BundleActivator { 
	 
	 public void start(BundleContext context) { 
	     UserRegister.instance = new UserRegister (); 
	 } 
	 
	 public void stop(BundleContext context) { 
	     UserRegister.instance = null; 
	 } 
} 
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3. 服務層（Service層）

服務層實現插件通訊的功能。OSGi提供了一個服務註冊的功能，用於各個插件將本身能提供的服務註冊到OSGi核心的註冊中心，若是某個服務想用其餘服務，則直接在服務註冊中心搜索可用服務中心就能夠了
例如：

// 註冊服務
public class UserRegisterActivator implements BundleActivator {
// 在 start() 中用 BundleContext.registerService() 註冊服務
public void start(BundleContext context) {
context.registerService(UserRegister.class.getName(), new UserRegisterImpl(), null);
}
// 無須在 stop() 中註銷服務，由於 Bundle 中止時會自動註銷該 Bundle 中已註冊的服務
public void stop(BundleContext context) {}
}
// 檢索服務
public class Client implements BundleActivator {
public void start(BundleContext context) {
// 1. 從服務註冊表中檢索間接的「服務引用」
ServiceReference ref = context.getServiceReference(UserRegister.class.getName());
// 2. 使用「服務引用」去訪問服務對象的實例
((UserRegister) context.getService(ref)).register();
}
public void stop(BundleContext context) {}
}
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