使用Fast Infoset提高Java Web Service性能-技术开发专区

使用Fast Infoset提高Java Web Service性能

作者：IT168 seasky 编辑：李宁 2007-10-15 00:00

源代码

【IT168 专稿】

众所周知，XML信息传输和处理是Web Service编程模型的基石。为了更有效地改善Web Service的性能，我们需要尽可能是减少和分析、序列化和传输XML数据无关的信息。快速信息集（Fast InfoSet）就是这种理念的一种开源的，基于标准的解决方案。这种技术为我们提供了一些用于最小化XML数据量和使处理XML数据的速度最大化的技术。使用这些技术，我们可以通过调整快速信息集的编码来满足不同的需要，如通过压缩来减小数据量。

一般情况下，快速信息集文档比普通的XML文档要小，因此，在处理速度上也会比相应的XML文档更快。这样对一些XML文档的处理时间和尺寸关系紧密的情况下是非常有用的。如W3C的XML二进制描述工作组已经确定了如下的两种情况：

1. 在有带宽限制的small devices上使用Web Service

2. 在一个有高吞吐量的企业中使用Web Service

本文主要介绍了快速信息集的基本概念，并通过举例来演示了一个基于JAX-WS的实现，在这个例子中提供了一些典型的数据来显示快速信息集和MTOM/XOP（另一种用于优化XML数据传输和处理的技术）在优化Web Service性能上午效率。

一、XML信息集和快速信息集的比较

XML信息集是一种以XML文档格式存储的信息的抽象模型。XML信息集是W3C所制定的规范，分析一个XML文档的结果叫做XML信息集，识别不同的信息集组件叫做信息项和属性。还有更多的技术，如SOAP1.2和MTOM/XOP等，也是根据XML信息集定义的，这是因为大多数的涉及到信息存储的应用案例都是以XML文档而不是其它的编码存储的。

快速信息集规范提供了一个使用ASN1.1二进制编码规范的信息集实例的描述。这种规范可以作为W3C信息集语法的一种选择。快速信息集文档保留了XML信息集的层次结构。并可根据我们的选择，快速信息集文档可以是自包含的，也可以不是。自包含形式的快速信息集文档可以和传统的XML文档互相转换，而且在这个转换过程中不会丢失任何信息，因此，我们可以认为自包含的快速信息集和XML信息集是等价的。

为了给读者提供一个具体的快速信息集文档的例子，在本文提供的源代码中包含了一个SOAP请求的XML文档（lookup_soap_request.xml），以及和其对应的快速信息集文档（lookup_soap_request.fi.o）。我们可以使用工具（如免费的FI转换器）由XML文档集自动生成快速信息集文档。为难验证是否有信息在转换中丢失，我们还可以使用另一个免费的工具：Noemax来浏览快速信息集文档。

二、在JAX-WS2.0 Web Service中使用快速信息集

    在这一部分，我们将开发和测试一个基于JAX-WS的Web service的例子，在这个例子中将演示快速文档集的使用方法。

    在这个例子中，Web Service模拟了一个图书目录管理系统。Web service接口CatalogPort定义了三个操作：echo、upload和retrieve。我们可以使用echo()方法来使客户端初始化一个服务请求，并为其他的信息交换创建快速信息集文档。upload()和retrieve()方法可以分别让客户端来注册(update)图书信息以及获得被存储在管理系统中图书的例子章节。

    在CatalogImpl.java的实现中，upload()方法将保存以下四种信息：

1. 图书的基本信息，以及保存在book_info目录中的${isbn}.properties文件中的例子章节名。

2. 保存在book_cover目录中的封面图象。

3. 保存在book_desc目录的${isbn}.txt中的描述字符串。

4. 保存在book_sample目录的${isbn}.pdf文件中的章节目录。

upload()方法简单地返回一个Boolean类型值，这个值确定了这个方法是否成功地完成了处理工作。upload方法的部分代码如下（如果想查看服务端完整的代码，请下载本文提供的源代码）：

public boolean upload(Book bookInfo) {
Properties info = new Properties();
if (bookInfo.getIsbn() == null || bookInfo.getIsbn().length() == 0)
return false;
if (bookInfo != null) {
info.setProperty("title", bookInfo.getTitle());
info.setProperty("author", bookInfo.getAuthor());
info.setProperty("pageNumber",
new Integer(bookInfo.getPageNumber()).toString());
info.setProperty("price", bookInfo.getPrice());
Chapter sample = bookInfo.getSample();
if (sample != null)
info.setProperty("sample", sample.getName());
File bookInfoFile = new File(getDataDir("book_info")
+ bookInfo.getIsbn() + ".properties");
FileOutputStream infoOut = null;
try {
infoOut = new FileOutputStream(bookInfoFile);
info.store(infoOut, null);
infoOut.flush();
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (infoOut != null)
try {
infoOut.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
File descFile = new File(getDataDir("book_desc") + bookInfo.getIsbn() + ".txt");
PrintWriter pw = null;
try {
pw = new PrintWriter(new FileWriter(descFile));
pw.write(bookInfo.getDesc());
pw.flush();
} catch (IOException e1) {
e1.printStackTrace();
} finally {
if (pw != null) pw.close();
}
Image coverImage = bookInfo.getCoverImage();
FileOutputStream coverOut = null;
ImageOutputStream stream = null;
ImageWriter writer = null;
if (coverImage != null) {
BufferedImage bufImage;
try {
bufImage = convertToBufferedImage(coverImage);
File bookCoverFile = new File(getDataDir("book_cover")
+ bookInfo.getIsbn() + ".jpg");
coverOut = new FileOutputStream(
bookCoverFile);
Iterator i = ImageIO.getImageWritersBySuffix("jpg");
if (i.hasNext()) {
writer = (ImageWriter) i.next();
}
if (writer != null) {
stream = ImageIO.createImageOutputStream(coverOut);
writer.setOutput(stream);
writer.write(bufImage);
stream.flush();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (coverOut != null)
try {
coverOut.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
if (stream != null)
try {
stream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
FileOutputStream sampleOut = null;
if (sample != null) {
File bookCoverFile = new File(getDataDir("book_sample")
+ bookInfo.getIsbn() + ".pdf");
try {
sampleOut = new FileOutputStream(bookCoverFile);
sampleOut.write(sample.getContent());
sampleOut.flush();
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (sampleOut != null)
try {
sampleOut.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
return true;
}

retrieve()方法则从属性文件和图书相关目录（所有的目录都是基于输入参数isbn的）中获得章节名，并向客户端返回一个章节对象。在一个完整的信息交换过程中，涉upload()方法的调用,XML的处理和传输主要和请求有关，请求信息的大小主要依赖于图书封面图象的尺寸以及章节内容。而retrieve()方法的调用、XML的处理和传输主要和响应有关。响应信息的大小主要依赖于章节内容的尺寸。我们在以后可以考虑这些内容来更进一步地优化数据传输性能。retrieve方法的实现代码如下：

public Chapter retrieve(String isbn) {
if ((isbn == null) || isbn.length() == 0)
return null;
Chapter ch = new Chapter();
File bookInfoFile = new File(getDataDir("book_info") + isbn
+ ".properties");
Properties book_info = new Properties();
FileInputStream fis = null;
try {
fis =new FileInputStream(bookInfoFile);
book_info.load(fis);
ch.setName(book_info.getProperty("sample"));
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (fis != null)
try {
fis.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
File sampleCh = new File(getDataDir("book_sample") + isbn + ".pdf");
FileInputStream sampleIn = null;
try {
sampleIn = new FileInputStream(sampleCh);
int availableLength = sampleIn.available();
byte[] totalBytes = new byte[availableLength];
sampleIn.read(totalBytes);
ch.setContent(totalBytes);
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (sampleIn != null)
try {
sampleIn.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return ch;
}

为了更好地实验本文所提供的例子，我们可以从源代码的rar包中将web service WSDL和相关的XML文件解出来。为了使用JAX-WS2.0来实现Web Service，我们需要使用apt工具来自动产生CatalogPortType.java接口类型文件，这个类在com.company.mtom.catalog.book包中，服务类Catalog.java在客户端将获得并使用CatalogPort。

在创建服务实现类之后，我们就要为web service的部署和运行做准备了。我们首先需要建立Web Service发布表述文件(sun-jaxws.xml)和Web应用程序发布描述文件(web.xml)，然后通过war包将Web Service发布的相应的容器中（在本文的例子中使用的是Tomcat）。

在客户端，我们可以在一个叫isbn的文件中输入图书信息和封面图，例子章节内容以及一些描述文本。在本例的客户端中，private方法getBook()创建一个Book对象，然后使用这个对象的upload()来上传信息。getBook方法的代码如下：

private Book getBook(Properties prop) {
Chapter ch = new Chapter();
Book book = new Book();
ch.setName(prop.getProperty("sample"));
//Get the sample chapter content
    File sampleCh = new File("./etc/" + prop.getProperty("content") + ".pdf");
FileInputStream sampleIn = null;
try {
sampleIn = new FileInputStream(sampleCh);
int availableLength = sampleIn.available();
byte[] totalBytes = new byte[availableLength];
sampleIn.read(totalBytes);
ch.setContent(totalBytes);
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (sampleIn != null)
try {
sampleIn.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//Get cover image
    Image cover = getImage("./etc/" + prop.getProperty("coverImage") + ".jpg");
//Read the desc from the text file
    String desc = readText("./etc/" + prop.getProperty("desc") + ".txt");
book.setAuthor(prop.getProperty("author"));
book.setDesc(desc);
book.setPageNumber(new Integer(prop.getProperty("pageNumber")));
book.setPrice(prop.getProperty("price"));
book.setTitle(prop.getProperty("title"));
book.setSample(ch);
book.setCoverImage(cover);
return book;
}

然后使用compareSample()方法可以将使用retrieve()从远程获得的图书目录和内容和本地的相应内容进行比较。要注意的是，在客户端使用的是开源的JAMon库来收集相应时的信息。compareSample方法的实现代码如下：

private void compareSample(Chapter retrieved, Properties prop){
File sampleCh = new File("./etc/" + prop.getProperty("content") + ".pdf");
FileInputStream sampleIn = null;
byte[] totalBytes = null;
try {
sampleIn = new FileInputStream(sampleCh);
int availableLength = sampleIn.available();
totalBytes = new byte[availableLength];
sampleIn.read(totalBytes);
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (sampleIn != null)
try {
sampleIn.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
boolean isTitleTheSame = (prop.getProperty("sample").equals(retrieved.getName()));
boolean isContentTheSame = Arrays.equals(totalBytes, retrieved.getContent());
System.out.println("The sample chapter title is as expected:" + isTitleTheSame);
System.out.println("The sample chapter content is as expected:"+ isContentTheSame);
}

在本例子中提供了三本例子图书来演示这个过程。为了在传输过程中查看SOAP信息，我们可以完装用于截获TCP信息的工具，tcpmon来查看TCP信息。在后面的章节，我们将看到快速信息集什么时候进行数据交互。这些都可以通过tcpmon观察到。在下节中，我们将看到在JAX-WS中如何使用快速信息集来传输Web Service数据。

三、在JAX-WS中的快速信息集

JAX-WS通过检查标准的HTTP头的Accept和Content-Type字段来支持快速信息集。在默认情况下，所有的JAX-WS Web Services的快速信息集都是打开的（通过服务运行时实现）。为了在信息交换中使用快速信息集，客户端必须明确指出客户端运行时有支持快速信息集文档的能力。我们可以通过向服务端发送一个以标准的XML格式编码的初始化请求，这个请求包括了HTTP Accept字段，它的值为MIME类型的application/fastinfoset。在发送初始化请求后，所有的客户端和服务端的数据规范都将以快速信息集格式编码，只要客户端继续使用同一个BindingProvider对象实例就会一直保持这种状态。

在JAX-WS中,我们可以用两种方法来完成上述的约定：

1. 在客户端的JVM中设置系统属性。

2. 在binding provider对象（一个端口协议和委派）中设置属性。

不管使用哪种方法，都需要指定属性名" com.sun.xml.ws.client.ContentNegotiation"和它的值"pessimistic"。在JAX-WS2.0中为了描述属性名，还在com.sun.xml.ws.developer.JAXWSProperties接口中定义了一个常量，CONTENT_NEGOTIATION_PROPERTY。但这个常量在以后的JAX-WS版本中并不建议使用。

在这里我们使用第一种方法（也就是设置系统属性），我们可以通过如下的命令行来运行Web service客户端：

java –Dcom.sun.xml.ws.client.ContentNegotiation=pessimistic ...

下面的代码段显示了如何使用Ant来运行Web Sevice客户端：

 <target name="run">
        <java fork="true" classname="${client}">
            <classpath>
                <path refid="client.classpath"/>
                <pathelement location="${build.classes.home}"/>
                <pathelement location="${basedir}/conf"/>
            </classpath>
           <sysproperty key="com.sun.xml.ws.client.ContentNegotiation" value="pessimistic"/>
           <arg value="${isbn}"/>
        </java>
    </target>

我们还可以通过第二种方法（也就是设置binding provider对象的方法）来达到同样的目的：

 CatalogPortType port = service.getCatalogPort();
((BindingProvider) port).getRequestContext().put(JAXWSProperties.CONTENT_NEGOTIATION_PROPERTY,          "pessimistic");
//((BindingProvider) port).getRequestContext().put("com.sun.xml.ws.client.ContentNegotiation",              "pessimistic");

上面的例子使用了一个端口协议。如果我们正在使用一个Dispatch实例，我们可以再次转换它，以得到一个请求上下文，并设置相应的属性来开启数据传输规范。这是因为在JAX-WS中的Dispatch实例也是一个BindingProvider。

四、Web Service的性能比较: Fast Infoset PK. MTOM/XOP

    MTOM（SOAP Message Transmission Optimization Mechanism）是一种W3C推荐使用的将SOAP协议打包成二进制格式以取代Base64编码的方式。这种技术依赖于XOP(XML-binary Optimized Packaging)，这是一种将二进制技术嵌入到XML信息集中的机制。XOP只支持对大量字符信息项的嵌入。而我们前面所讲到的快速信息集除了可以保存字符信息，还可以保存属性项信息。从这方面上看，快速信息集比MTOM/XOP更有弹性。

    JAX-WS2.0和它的相关实现同时支持快速信息集和MTOM/XOP。那么我们怎么选择这两种技术呢？它们的性能如可呢？下面让我们看一下本文提供的例子在这种技术下的测试结果。

    我们假设有下面三种类型程序，图1和图2分别显示了这三种类型的程序在调用update()和retrieve()的平均相应时间(ART)：

1. 一个标准的JAX-WS Web Service程序

2. 客户端和服务端都基于MTOM（MTOM/XOP）的程序

3．基于快速信息集(FI) 的程序

图1显示了调用upload方法的结果。X轴的X+Y的格式表示了图书封面图和例子章节

的大小。

图1 调用upload()方法的ART数据

图2是调用retrieve方法的ART数据，参数格式和图1相同。

图2 调用retrieve()方法的ART数据

从上面两个图所示的数据已经非常清楚了，Web Services尤其在处理和传输二进制数据时，使用MTOM和快速信息集可以获得相当大的性能提升。然而，但在JAX-WS2.0中的快速信息比MTOM更出色，因此，在JAX-WS中使用快速信息集应该是最好的选择。

五、快速信息集已经获得了更广泛的支持

快速信息集是一种应用非常广泛的技术，它已经被多种平台和框架所支持，如微软的.NET和.NET CF，Sun的GlassFish，BEA的WebLogic以及TMax的JEUS 6。还有在Linux、Solaris和Win32操作系统中也支持快速信息集。对于开发人员，尤其是从事SOA开发的技术人员，这项技术也许会是一个福音。也许我们正在使用一处非常有前途的技术，并应该更好地学习和应用它，以便利用它来建立基于XML的更高效的Web Service。

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