系统架构设计笔记（77）—— 中间件技术
中间件（ middleware ）是基础软件的一大类，属于可复用软件的范畴。顾名思义，中间件处在操作系统 、 网络和数据库之上，应用软件的下层（如图 1 所示），也有人认为它应该属于操作系统中的一部分。
1 中间件的概念
中间件从诞生到现在，虽然仅有 10 多年时间，但发展极其迅速，是有史以来发展最快的软件产品，但在技术上还处于成长阶段，还没有统一的标准和模型，通常都是用 C++ 语言以面向对象的技术来实现的，但是它的特性已超出面向对象的表达能力，由于它属于可重用构件，目前趋向于用构件技术来实现。然而，中间件要涉及软件的所有标准 、 规范和技术，它有更多的内涵，因为它包括平台功能，自身具有自治性 、 自主性 、 隔离性 、 社会化 、 激发性 、 主动性 、 并发性 、 认识能力等特性，是近似于 Agent （代理）的结构。
目前很难给中间件一个严格的定义，国际上各家机构都有不同的定义，如 IDC 对中间件给出的定义是：中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源，中间件位于客户机服务器的操作系统之上，管理计算资源和网络通信。这些服务程序或软件具有标准的程序接口和协议。针对不同的操作系统和硬件平台，它们可以有符合接口和协议规范的多种实现。中间件为处于其上层的应用软件提供运行与开发的环境，帮助用户灵活 、 高效地开发和集成复杂的应用软件。
中间件应具有如下的一些特点：
- 满足大量应用的需要；
- 运行于多种硬件和 OS 平台；
- 支持分布计算，提供跨网络、硬件和 OS 平台的透明性的应用或服务的交互；
- 支持标准的协议；
- 支持标准的接口。
世界著名的咨询机构 Standish Group 在一份研究报告中归纳了中间件的十大优越性：
- 缩短应用的开发周期；
- 节约应用的开发成本；
- 减少系统初期的建设成本；
- 降低应用开发的失败率；
- 保护已有的投资；
- 简化应用集成；
- 减少维护费用；
- 提高应用的开发质量；
- 保证技术进步的连续性；
- 增强应用的生命力。
具体来说，首先，中间件屏蔽了底层操作系统的复杂性，使程序开发人员面对一个简单而统一的开发环境，减少了程序设计的复杂性，将注意力集中在自己的业务上，不必再为程序在不同系统软件上的移植而重复工作，从而大大减少了技术上的负担。中间件带给应用系统的，不只是开发的简便 、 开发周期的缩短，也有系统的维护 、 运行和管理的工作量的减少，还减少了计算机总体费用的投入 。Standish 的调查报告显示，由于采用了中间件技术，应用系统的总建设费用可以减少 50% 左右。在网络经济 、 电子商务大发展的今天，从中间件获得利益的不只是 IT 厂商， IT 用户也同样是赢家，并且是更有把握的赢家。
其次，中间件作为新层次的基础软件，其重要作用是将不同时期 、 在不同操作系统上开发的应用软件集成起来，彼此无缝地整体协调工作，这是操作系统 、 数据库管理系统本身做不了的。中间件的这一作用，使得在技术不断发展之后，人们以往在应用软件上的劳动成果仍然物有所用，节约了大量的人力 、 财力投入。
最后，由于标准接口对于可移植性和标准协议对于互操作性的重要性，中间件已成为许多标准化工作的主要部分。对于应用软件开发，中间件远比操作系统和网络服务更为重要，中间件提供的程序接口定义了一个相对稳定的高层应用环境，不管底层的计算机硬件和系统软件怎样更新换代，只要将中间件升级更新，并保持中间件对外的接口定义不变，应用软件几乎不需任何修改，从而节省了企业在应用软件开发和维护中的重大投资。
2 中间件的分类
好比一个大型城市的交通系统，将网络看作市区马路，通过交通工具（如汽车）实现通信，每分钟将有数以万辆车在马路上行驶，如果没有相应的交通设施和管理规划，城市将会乱成一团，发生各种交通事故，中间件系统就相当于这些配套的交通设施。按照中间件在分布式系统中承担的职责不同，可以划分以下几类中间件产品。
（1）通信处理（消息）中间件
正如，安装红绿灯，设立交通管理机构，制定出交通规则，才能保证道路交通畅通一样，在分布式系统中，人们要建网和制定出通信协议，以保证系统能在不同平台之间通信，实现分布式系统中可靠的 、 高效的 、 实时的跨平台数据传输，这类中间件称为消息中间件，也是市面上销售额最大的中间件产品，目前主要产品有 BEA 的e Link 、 IBM的MQSeries 、 Tong L等。实际上，一般的网络操作系统如 Windows 已包含了其部分功能。
（2）事务处理（交易）中间件
正如城市交通中要运行各种运载汽车，以此来完成日常的运载，同时随时监视汽车运行，在出现故障时及时排堵保畅。在分布式事务处理系统中，经常要处理大量事务，特别是 OLTP 中，每项事务常常要多台服务器上的程序按顺序协调完成，一旦中间发生某种故障，不但要完成恢复工作，而且要自动切换系统，达到系统永不停机，实现高可靠性运行。要使大量事务在多台应用服务器上能实时并发运行，并进行负载平衡的调度，实现与昂贵的可靠性机和大型计算机系统同等的功能，为了实现这个目标，要求中间件系统具有监视和调度整个系统的功能。 BEA 的 Tuxedo 由此而著名，它成为增长率最高的厂商。
（3）数据存取管理中间件
在分布式系统中，重要的数据都集中存放在数据服务器中，它们可以是关系型的 、 复合文档型 、 具有各种存放格式的多媒体型，或者是经过加密或压缩存放的，该中间件将为在网络上虚拟缓冲存取 、 格式转换 、 解压等带来方便。（4） Web 服务器中间件。浏览器图形用户界面已成为公认规范，然而它的会话能力差 、 不擅长做数据写入 、 受 HTTP 协议的限制等，就必须进行修改和扩充，形成了 Web 服务器中间件，如 Silver Stream 公司的产品。
（5）安全中间件
一些军事 、 政府和商务部门上网的最大障碍是安全保密问题，而且不能使用国外提供的安全措施（如防火墙 、 加密 、 认证等），必须用国产产品。产生不安全因素是由操作系统引起的，但必须要用中间件去解决，以适应灵活多变的要求。
（6）跨平台和架构的中间件
当前开发大型应用软件通常采用基于架构和构件技术，在分布式系统中，还需要集成各节点上的不同系统平台上的构件或新老版本的构件，由此产生了架构中间件。功能最强的是 CORBA ，可以跨任意平台，但是过于庞大； Java Beans 较灵活简单，很适合于做浏览器，但运行效率有待改善； COM+ 模型主要适合 Windows 平台，在桌面系统已广泛使用。由于国内新建系统多基于 UNIX （包括 Linux ）和 Windows ，因此，针对这两个平台建立相应的中间件市场相对要大得多。
（7）专用平台中间件
为特定应用领域设计领域参考模式，建立相应架构，配置相应的构件库和中间件，为应用服务器开发和运行特定领域的关键任务（如电子商务 、 网站等）。
（8）网络中间件
它包括网管 、 接入 、 网络测试 、 虚拟社区 、 虚拟缓冲等，也是当前最热门的研发项目。
