RMI e RPC. RPC significou um passo muito grande em direcção à

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1 Sumário RMI Conceito. Arquitectura de Implementação. Java RMI Características. Interfaces e Objectos Remotos JVM e Java RMI. Passagem de Argumentos e Serialização. Class Downloading. 1 RMI e RPC RPC significou um passo muito grande em direcção à transparência de distribuição na programação: a maior parte do código que mostra a natureza distribuída da aplicação pode ser: gerada automaticamente, p.ex. por rpcgen; isolada da parte restante do código; o código (texto) a desenvolver pelo programador praticamente não depende da distribuição, e o programador pode quase ignorá-la: embora esta prática seja questionável. Com a adopção generalizada da programação baseada em objectos, estender RPCs a objectos era inevitável: RMI (Remote Method Invocation) é RPC baseada em objectos. 2

2 Programação Distribuída Baseada em Objectos O conceito de objecto é especialmente adaptado para aplicações distribuídas. Um objecto agrega os dados e as operações que operam sobre esses dados. Objectos podem residir em diferentes computadores, ligados por uma rede. A interação entre objectos é feita através de invocação remota de métodos (remote method invocation), i.e. RPC para objectos: Computador 1 Objecto Computador 2 Objecto Dados Metodos Dados Metodos Objecto Objecto Dados Metodos Dados Metodos 3 Invocação Local vs. Invocação Remota process object Local MI Remote MI host Um caso particular da invocação remota envolve objectos em processos diferentes do mesmo computador. Note-se que cada objecto reside apenas num processo, i.e. o estado dos objectos não é distribuído. 4

3 Transparência do Cliente e Proxy-Objects A invocação dum método num objecto remoto deverá ser feita de modo semelhante à invocação dum método num objecto local. Com RPCs, o truque é invocar uma função local o client stub a qual se encarrega da comunicação entre processos. Com RMI, o truque é invocar o método sobre um objecto local o proxy object, o qual não executa o método, mas encarrega-se de o passar ao objecto remoto. 5 Transparência do Lado do Servidor e Skeletons A transparência do lado do servidor é conseguida com recurso ao conceito de skeleton. O skeleton é um objecto que: extrai (unmarshals) os argumentos da mensagem recebida e invoca o método apropriado do objecto invocado (local); constrói a mensagem resposta com os resultados da invocação do método e envia-la. 6

4 RMI: Arquitectura de Implementação Client machine Server machine Client invokes a method Client Proxy Client OS Same interface as object Skeleton invokes same method at object Server Skeleton Server OS Object State Method Interface Network Marshalled invocation is passed across network Alternativamente, a funcionalidade do skeleton pode ser implementada pela classe do objecto remoto. 7 RMI - Exemplos CORBA RMI Heterogeneidade é a característica distintiva. O objecto e o cliente podem ser implementados usando linguagens diferentes: Para o efeito, CORBA define uma Interface Definition Language (IDL), funcionalmente análoga a RPCL. CORBA suporta inclusivamente linguagens não-baseadas em objectos, como C ou Cobol. Java RMI - Dependente da linguagem. 8

5 Java RMI: Características (1/2) Integrada na linguagem Java: mais fácil de usar não há necessidade de usar linguagens de especificação de interfaces, p.ex. Interface Definition Language (IDL) em CORBA. Invocação de métodos remotos usa a mesma sintaxe que a invocação de métodos locais, mas... Distribuição dos objectos é exibida intencionalmente: a invocação dum método remoto pode assinalar uma excepção RemoteException. para que os métodos dum objecto possam ser invocados remotamente, a classe correspondente deverá implementar uma interface remota. 9 Java RMI: Características (2/2) Benificia da mobilidade de: código (classes); objectos; entre computadores suportada por Java: esta característica abre um mundo completamente novo: p.ex., os proxies (stubs) podem ser transferidos através da rede. Distributed Garbage Collection: um objecto desaparece automaticamente quando não pode ser acedido. 10

6 Objectos Remotos e Interfaces Remotas Objectos remotos são objectos cujos métodos podem ser invocados duma JVM diferente daquela onde residem. Um objecto remoto tem que implementar uma interface remota, i.e. o seu tipo é um subtipo da interface Remote: Permite que o compilador de Java gere o código necessário para realizar a comunicação entre objectos em JVMs distintas. A não-localidade dum objecto remoto é exposta aos programadores dos clientes : Todos os métodos da interface Remote têm que assinalar RemoteExceptions. Um objecto remoto pode incluir métodos não invocáveis remotamente: Só métodos declarados em interfaces remotas podem ser invocados remotamente. 11 Remote Interface: Exemplo A interface remota dum servidor de eco pode ser: import java.rmi.remote; import java.rmi.remoteexception; public interface Echo extends Remote { String echo(string str) throws RemoteException; } Esta interface suporta um único método remoto: echo, o qual retorna a string que lhe é passada como argumento. O método echo dum objecto que implemente esta interface pode ser invocado remotamente. I.e., pode ser invocado por um objecto a executar numa máquina virtual de Java (JVM) diferente. 12

7 Acesso a Objectos Remotos Para usar um objecto remoto, um cliente tem que conhecer a interface remota desse objecto: i.e. os métodos desse objecto que podem ser invocados remotamente. A sintaxe de invocação de métodos remotos é semelhante à de invocação de métodos locais: Echo montanha =...; // lookup montanha String eco; try { eco = montanha.echo( Uh! Uh! ); } catch ( RemoteException e) {... } Contudo, os clientes têm que processar excepções do tipo RemoteException. 13 Java RMI e a JVM A JVM não conhece objectos remotos: A JVM só suporta a invocação de métodos sobre objectos locais. Java RMI é uma camada de SW sobre a JVM, não faz parte dela. Java RMI implementa RMI usando os mecanismos do costume: stubs do lado do cliente; skeletons do lado do servidor. 14

8 Java RMI Stubs Em Java RMI, o stub dum objecto remoto é um objecto local (em relação ao cliente) que representa esse objecto remoto. Daí a designação comum de proxy object. Uma referência remota é, de facto, uma referência para o stub correspondente: O stub implementa a interface remota do objecto remoto que representa. Essencialmente, as tarefas executadas pelo stub são: 1. marshalling dos argumentos do método; 2. envio do pedido de execução do método através da rede ; 3. recepção da resposta; 4. unmarshalling do resultado da invocação. 15 Java RMI Servers (1/2) Na primeira versão de Java RMI, a funcionalidade do lado do objecto remoto foi repartida por 2 tipos de objectos: objectos do tipo RemoteServer executam o processamento que é independente da interface remota: p.ex., esperar pela recepção de pedidos de invocação. objectos do tipo skeleton executam o processamento que depende da interface remota: unmarshalling dos argumentos; invocação do método do objecto remoto; marshalling dos resultados. 16

9 Java RMI Servers (2/2) A partir de Java 1.2, objectos do tipo skeleton deixaram de ser necessários: objectos do tipo RemoteServer passaram a ser capazes de fazer também as tarefas dos skeleton. Java RMI oferece a classe UnicastRemoteObject, a qual estende RemoteServer, e oferece funcionalidade mínima para aplicações baseadas em RMI: O objecto termina quando o processo que o criou termina. Usa TCP na comunicação com os clientes. 17 Exemplo: Implementação da interface Echo import java.rmi.*; import java.rmi.server.unicastremoteobject; public class Echo_Impl extends UnicastRemoteObject implements Echo { public Echo_Impl() throws RemoteException { super(); /* Actually this is not needed */ } } public String echo(string str) { return str; } 18

10 Argumentos de Métodos Remotos Os argumentos de ou o valor retornado por um método remoto podem ser: 1. tipos simples. Por exemplo, boolean, char, byte, short, int, long, float ou double; 2. objectos remotos, i.e. que implementam a interface Remote; 3. objectos locais serializáveis, i.e. que implementam a interface Serializable (incluindo, Strings e arrays). No caso de objectos remotos, RMI passa uma referência para o objecto, como na invocação dum método local. No caso de objectos locais, RMI passa uma cópia do objecto: como o objecto é serializável tal é possível; note-se que Java RMI não actualiza o objecto passado caso o método remoto o tenha modificado. 19 Objectos Remotos vs Objectos Serializáveis Machine A Machine B Local reference L1 Local object O1 Remote reference R1 Remote object O2 Client code with RMI to server at C (proxy) New local reference Copy of O1 Remote invocation with L1 and R1 as parameters Machine C Copy of R1 to O2 Server code (method implementation) O objecto remoto O2 é passado por referência, enquanto que o objecto local (serializável) O1 é passado por valor. Semânticas diferentes, transparência turva. 20

11 Serialização em Java (1/2) Java RMI usa o mecanismo de serialização de Java para passar os argumentos e o valor retornado. Em Java, serialização dum objecto consiste na conversão desse objecto numa sequência de bytes de modo a permitir: o seu armazenamento no disco, para posterior reincarnação; ou a sua migração para uma outra JVM. A reconstituição dum objecto a partir da sua representação serializada designa-se por deserialização. Para que um objecto seja serializável deverá implementar a interface java.io.serializable. A JVM implementa um procedimento de serialização por omissão que pode ser usado pela grande maioria dos objectos: desde que a definição da sua classe declare que implementa a interface java.io.serializable. 21 Serialização em Java (2/2) Se um objecto tiver campos que são referências para outros objectos, estes últimos deverão ser serializáveis para que o primeiro também o seja: para serializar o primeiro objecto, há que serializar os outros; cada objecto só é serializado uma vez, mesmo que seja referenciado múltiplas vezes. Por razões de eficiência, os métodos duma classe não são incluídos na sequência de bytes criada pela serialização: a JVM inclui apenas um identificador da classe a que o objecto pertence. 22

12 Class Downloading em Java e RMI Problema: Como é que um método remoto pode invocar o método dum objecto não remoto que lhe é passado como argumento? Os métodos dum objecto não fazem parte da sua representação serializada. Solução: Usando as facilidades de transferência de código em Java: Note-se que esta transferência pode não ser necessária, se a classe estiver disponível localmente. A capacidade de transferência de classes através da rede pode também ser usada pelo cliente para carregar o proxy object. não há necessidade de manter todas as classes em todos os computadores; 23 Localização dum Objecto O acesso a um objecto remoto é feito usando uma referência para um proxy desse objecto: montanha.echo(); Problema: como é que se obtém uma referência remota, i.e. para o proxy dum objecto remoto? Tecnicamente, através do valor de retorno dum método. Solução: semelhante ao portmapper de RPC: Java RMI oferece um serviço de nomes básico: o rmiregistry. O rmiregistry é um programa e tem que executar nos computadores que disponibilizam objectos remotos. O servidor regista o objecto com um nome (binds) no rmiregistry local. O cliente solicita uma referência para um objecto remoto ao rmiregistry no computador onde o objecto reside. 24

13 O rmiregistry e a Interface Registry O rmiregistry é uma aplicação que implementa a interface Registry: void rebind(string name, Remote obj); void bind(string name, Remote obj); void unbind(string name, Remote obj); Remote lookup(string name); String []list(); De facto, o rmiregistry é implementado a partir da classe java.rmi.registry.locateregistry. Se incorrectamente usado, o rmiregistry pode impedir o uso de classes importadas : If you do start the rmiregistry and it can find your stub classes in CLASSPATH, it will not remember that the loaded stub class can be loaded from your server s code base,[...], do Tutorial on-line da Sun sobre RMI. 25 A classe Naming Permite aceder a objectos que implementam Registry. Suporta os seguintes métodos: void rebind(string name, Remote obj); void bind(string name, Remote obj); void unbind(string name, Remote obj); Remote lookup(string name); String []list(); onde name é uma string semelhante a um URL sem o método de acesso: //computername:port/objectname sendo //computername:port/ a localização do rmiregistry. bind() difere de rebind() na medida em que assinala uma excepção se name já tiver sido registado. O rmregistry não é um servidor global: o cliente tem que saber onde se encontra o objecto. 26

14 Exemplo: Registo e Localização do Objecto O servidor tem que registar o objecto remoto: Echo montanha; try { montanha = new Echo_Impl(); Naming.rebind( alpes, montanha);... } catch ( RemoteException e) {... } O cliente tem que o localizar (em i01co2213): Echo montanha; try { montanha = Naming.lookup( //i01co2213/alpes );... } catch ( RemoteException e) { // Naming.lookup() is RMI... } 27 Arquitectura de Java RMI RMI Client 2. lookup object 3. return object reference RMIregistry 5. return stub class 4. request stub class 7. return result 1. register object Web server 6. remote invocation RMI server 28