中间件 ——信息系统综合集成的利器

一．新兴的基础软件

中间件是继操作系统和数据库管理系统之后随着网络的兴起和发展而新兴的一种基础软件，可以视为位于网络各结点操作系统之上．网络应用系统之下的一层支撑软件。

从软件工程的观点看，软件工程的任务说到底是通过工程化的方法，努力缩短或简化从应用所面临的问题空间到计算机所能提供的解空间的映射过程，抑制或缓解因应用的日益复杂化而可能引起的软件危机的进一步加剧。

计算机裸机所能提供的解空间是非常简单的。为了让计算机能提供更靠近问题空间的解空间，在裸机之上出现了各种各样的基础软件。基础软件的任务说到底是把各类应用软件中带共性的或可复用的成分提取出来，向应用系统开发者提供更靠近问题空间的解空间，从而大幅度提高应用系统的开发．部署与运行的效率。

操作系统可以视为直接包装在裸机之上帮助应用系统管理各种软硬件资源的一层软件，它为单机应用软件提供了远比裸机方便有效的开发、部署与运行环境。

数据库管理系统是一种以数据的集中管理与共享为主要特征的基础软件。拥有数据库管理系统的计算机为各种事务处理或含有庞大数据的应用软件进一步提供了靠近问题空间的解空间。

21世纪，计算机已迈入以网络为中心的计算时期。中间件，顾名思义，是在网络环境下一种起承上（网络应用软件）启下（操作系统）作用的基础软件。其主要作用是管理各种网络资源，为网络应用软件提供有效的开发、部署和运行平台，它所对应的解空间更靠近网络应用所面临的问题空间，因而可视为支持快速构建网络应用的基础软件。

计算机裸机．操作系统．数据库管理系统．中间件．应用软件与问题空间之间的关系如图1所示。

图1 问题空间与各级解空间示意图

二．系统集成的利器

与单机应用相比，网络应用所面临的问题空间是开放的．演变的，分布性．自治性和异构性是基于网络的信息应用系统的固有特性。作为支持网络应用的中间件，必须支持随需而变，适应网络世界及其应用的发展与变化，把分布在网络各处自治、异构的信息系统有效地集成为一个一体化的系统。

按照本人为《计算机科学与技术百科全书》（第2版）撰写的有关条目，计算机信息系统是利用计算机采集、存储、处理、传输和管理各类信息，并以人机交互方式提供信息服务的计算机应用系统，是由计算机硬件、软件和相关的应用人员组织而成的一体化系统。其结构如图2所示。

图2 计算机信息系统的基本结构

注意到，上述信息系统的各部分都是分布在网上的。为支持信息系统的综合集成，新一代中间件通常采用分布对象技术，以及软总线加软构件的总体结构，通过对象代理、消息代理、适配器和包装器等机制，并围绕信息系统的上述基本结构，在基础设施之上建立基础中间件，进而深入应用软件的资源层、业务层和表现层建立应用中间件，最终面向具体应用领域建立领域应用框架（或平台），从而全方位支撑信息系统的综合集成。

三、中间件技术诠释

如前所述，中间件可以划分为基础中间件、应用中间件和领域应用框架三类。其中，应用中间件主要有数据资源集成、应用资源集成、业务流程集成、门户集成等中间件。

1. 基础中间件由底层通信中间件和应用服务器中间件组成。

底层通信中间件有人称为软总线，其作用是屏蔽基础设施层各种异构的网络和操作系统，在物理位置透明的情况下实现异地对象之间的通信和互访。在分布对象中间件中，每个服务实体一般包装成一个对象，并在异地建立其对象代理，软总线的主要任务是跨越网络，把分布在异地的对象代理和服务实体连接起来，从而有效地解决了异地的对象访问。

应用服务器是以底层通信中间件为内核搭建的，是当前中间件中最活跃的部分。其作用与单机上的操作系统类似，主要是对网络上各种软硬件资源进行调度和管理，为分布式网络应用提供各类共性服务以及构件化的开发、部署与运行环境，其基本组成（含内核）如图3所示。

图3 应用服务器的主要组成

可以看到，应用服务器大致由四部分组成。互操作框架是支持底层异构网络之间相互通信的；容器系统是为上层各种对象提供构件化运行环境的；支撑工具是为网络应用提供开发、部署与管理工具的；公共服务除提供应用服务器自身所需的系统服务外，主要是为网络应用系统提供诸如消息服务、事务服务等带共性的且已形成一定规范的服务的。

2.数据集成中间件是针对信息系统（数据）资源层构建的，其作用是实现不同来源、格式、性质的数据的提取、转换与包装，把各种异构数据源集成在一起，并提供一个统一的高层访问服务。为此，该中间件需要向下协调各数据库管理系统，向上为集成数据的应用提供统一数据模式，以及数据访问的通用接口。如何解决好数据的异构性、完整性和语义冲突的问题，是该中间件技术的关键。

3.应用代码集成中间件和业务流程集成中间件都是针对信息系统业务层构建的。前者利用适配机制把各种新建和遗留应用代码中的各类方法统一成标准的应用接口，并包装为消息的形式，进而通过消息代理机制，实现应用资源之间跨网络的互连、互通和互操作。后者是对业务流程的整个生命周期进行管理和控制，协调参与流程的各应用资源代码之间的动态执行关系，并监控和分析其执行状况。业务流程集成中间件通常都提供可视化的开发方法。

4.门户集成中间件是针对信息系统的表现层构建的，其作用是根据不同的应用需求，调用信息系统业务层、资源层和基础设施层软件，为不同角色的用户提供个性化的服务。为此，该中间件提供的功能一般包括：集中的门户管理与开发，个性化的内容组织与管理，单点认证登录，以及统一而直观的用户界面等。

5.领域应用平台是指建立在上述各层中间件之上、面向具体领域应用的各种信息系统平台，如面向具体政府部门的各种电子政务平台、面向具体企业的各种电子商务平台、ERP平台、CRM平台、SCM平台等。

四、结束语

在基础软件中，如果说在自主操作系统和数据库管理系统研发方面，我们已丧失了不少机遇，那么中间件为我们提供了切入基础软件的良好契机。这是因为中间件技术是一种开放性的技术，介于操作系统和网络应用之间的广袤疆域都是中间件驰骋的领地。到目前为止，世界上尚未出现起垄断作用的中间件产品，而我国在中间件技术方面醒得较早，跑得较快。在国家863等计划的支持下，国防科技大学、中科院软件所、北京大学和北京航空航天大学等国内研究机构已开发出产品化程度较高的、与国际先进技术同步发展的中间件成果；国内已涌现出中创软件中间件、东方通科技、中和威软件、金蝶中间件等一批从事中间件产品开发的专业公司，并在金融、电信、交通、政务、军事等领域获得大量成功应用，取得了明显的社会效益和经济效益。在研究机构与软件企业中，至少已有四项成果取得国家科技进步奖。随着国家信息化建设的不断深入，我们有理由相信：具有自主知识产权的国产中间件成果与产品一定会在我国信息化建设中发挥越来越关键的作用。