朱堯

摘要：本文主要通過討論傳統(tǒng)的編程方法在軟件的網(wǎng)絡(luò)通信模塊開發(fā)中的問題，提出利用ACE面向?qū)ο蟮脑O(shè)計模式和框架可以幫助開發(fā)者消除通信組件的復(fù)雜性。概述了ACE的反應(yīng)器，事件處理器，接受器，連接器等框架，以及ACE在開發(fā)軟件的數(shù)據(jù)傳輸和通信模塊中的優(yōu)越性，給出了一個簡單的例子程序。

關(guān)鍵詞：ACE；數(shù)據(jù)傳輸；反應(yīng)器；事件多路分離

中圖分類號：TP336文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007-9599 (2013) 05-0000-02

1引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)及分布式思想的普及，開發(fā)高效的網(wǎng)絡(luò)通訊組件變得越來越重要，傳統(tǒng)的API函數(shù)雖然能滿足基本的需求，但也有很多問題。網(wǎng)絡(luò)通信面臨著硬件平臺，軟件環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等的多樣性和異種性，使得開發(fā)過程的重復(fù)性高，也缺乏安全性、可移植性、和可擴(kuò)充性，直接利用底層的API函數(shù)編寫的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸程序在實際運行過程中極容易出錯，并且代碼難以維護(hù)，其傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性也難以保障，ACE的出現(xiàn)能夠很好的解決上述問題。

2ACE概述

ACE自適配通信環(huán)境（Adaptive Communication Environment）是一種面向?qū)ο螅∣O）的工具包，它實現(xiàn)了通信軟件的許多基本的設(shè)計模式。ACE的目標(biāo)用戶是在UNIX和Win32平臺上開發(fā)高性能通信服務(wù)和應(yīng)用的開發(fā)者。ACE簡化了使用進(jìn)程間通信、事件多路分離、顯式動態(tài)鏈接和并發(fā)的OO網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和服務(wù)的開發(fā)[1]。通過在運行時將服務(wù)與應(yīng)用動態(tài)鏈接進(jìn)應(yīng)用，并在一個或多個進(jìn)程或線程中執(zhí)行這些服務(wù)，ACE使系統(tǒng)的配置和重配置得以自動化。

ACE被設(shè)計成為層次結(jié)構(gòu)，在ACE框架中有三個基本層次[2]：

2.1操作系統(tǒng)適配層（ACE OS Adaptation）

它封裝了原始的、基于C的OS API，隱藏了“和平臺相關(guān)”的細(xì)節(jié)，展示了統(tǒng)一的OS機(jī)制接口，供更高級的ACE使用。它使ACE的較高層與平臺依賴性屏蔽開來，從而使得通過ACE編寫的代碼保持了相對的平臺無關(guān)性，方便ACE在不同操作系統(tǒng)平臺的移植。

2.2C++包裝層（ACE C++ Wrapper Facade）

ACE C++ Wrapper Facade位于ACE OS Adaptation之上，用于構(gòu)建高度可移植的和類型安全的C++應(yīng)用[3]。這是ACE工具包最大的一部分，它將底層的C函數(shù)包裝成C++類，使之能夠用于：并發(fā)和同步，IPC，內(nèi)存管理，定時器類，容器類，信號處理，文件系統(tǒng)組件，線程管理，與此同時，降低了由于“安全性”和“可用性”的提高而帶來的性能開銷。

2.3框架和模式層（ACE Framework）

ACE Framework層屬于高層，它集成并增強(qiáng)了較低層次的C++包裝層，包括前攝器，反應(yīng)器，任務(wù)連接器，接受器，事件處理器，服務(wù)配置器，消息隊列等框架。消除了通信編程的復(fù)雜性，大大縮短應(yīng)用程序的開發(fā)周期[4]。

3ACE的幾大框架

ACE框架集成、擴(kuò)充了C++ Wrapper Facade類，加強(qiáng)了“和應(yīng)用相關(guān)的類”和“獨立于應(yīng)用的類”之間的集成與合作[3]。

3.1ACE_Reactor框架

軟件的通信模塊一般有很多不同的事件，例如定時器，I/O，信號，同步/異步等。ACE框架對事件的處理進(jìn)行了統(tǒng)一，簡化了事件驅(qū)動程序的開發(fā)。用它來檢測來自各種事件源的事件的發(fā)生，并將事件多路分離給其預(yù)先登記的事件處理器，管理處理器所定義的掛鉤方法，從而以一種應(yīng)用定義的方式處理這些事件。同時，框架提供了穩(wěn)定的接口，方便了擴(kuò)展。

當(dāng)要分派處理網(wǎng)絡(luò)通信中的不同事件時，首先要注冊相應(yīng)的事件處理程序，所有的事件處理器必須由ACE_Event_Handler這個抽象接口實現(xiàn)。它包含了很多的handle_*方法，例如handle_input（輸入事件），handle_output（輸出事件），handle_signal（OS發(fā)出的信號），handle_timeout（定時器到期），handle_exception（異常事件）等。當(dāng)ACE_Reactor管理的事件處理器上有登記過的事件發(fā)生時，反應(yīng)器將自動的回調(diào)相應(yīng)的方法。

3.2ACE Acceptor-Connector框架

接受器/連接器模式設(shè)計用于降低連接建立與連接建立后所執(zhí)行的服務(wù)之間的耦合。它們利用工廠模式（Factory Pattern）將具體的網(wǎng)絡(luò)連接操作委托給底層封裝的函數(shù)進(jìn)行處理，但是增強(qiáng)了安全性，和平臺無關(guān)性，更重要的是增加了靈活性，使得開發(fā)過程更加方便和簡單，回避了復(fù)雜繁瑣極易出錯的API函數(shù)。在這個框架中，接受器模式通過“ACE_Acceptor”這個助手工廠類實現(xiàn)，ACE_Acceptor工廠用于被動連接建立連接和建立后的處理。同樣的，連接器模式通過“ACE_Connector”助手類實現(xiàn)，ACE_Connector工廠用于主動連接建立和連接建立后的處理。

3.3ACE_Task框架

ACE_Task是一個含有一或多個線程，以及一個底層消息隊列的主動對象，利用這個抽象類來實現(xiàn)感興趣的任務(wù)。我們?nèi)绻麆?chuàng)建自己的任務(wù)，就需要從ACE_Task類派生子類，然后分別實現(xiàn)open和close方法，在open方法中可以包含線程的初始化，內(nèi)存分配，進(jìn)程鎖等必須的資源，用以實現(xiàn)任務(wù)的初始化。相應(yīng)的，close方法是對應(yīng)的終止方法，可以包含任務(wù)資源的回收代碼等。然后在open方法中調(diào)用activate方法來啟用svc方法，svc方法是任務(wù)中新的線程的啟動點，服務(wù)特有的處理會在這個函數(shù)當(dāng)中實現(xiàn)。

4數(shù)據(jù)傳輸實例

在一些軟件模塊中，數(shù)據(jù)的傳輸顯得必不可少，尤其是行業(yè)里的重要數(shù)據(jù)文件（如txt形式的數(shù)據(jù)文件），經(jīng)常需要將采集到的數(shù)據(jù)文件通過網(wǎng)絡(luò)上傳到指定的軟件模塊進(jìn)行處理。以下將利用上述ACE的框架來構(gòu)建一個在本機(jī)的客戶端/服務(wù)器模式的數(shù)據(jù)傳輸模塊。

4.1客戶端（Client）模塊

（1）初始化客戶端的事件處理器，完成讀取并發(fā)送文件的任務(wù)。從ACE_Svc_Handler派生自己的MyClientHandler，實現(xiàn)其中的open和handle_output方法。handle_output方法是在I/O設(shè)備輸出緩沖區(qū)上有可用空間、并且新數(shù)據(jù)可以發(fā)送給它時被回調(diào)，在這個函數(shù)中讀取數(shù)據(jù)文件，并發(fā)送。在open方法中得到全局的反應(yīng)器單體（ACE_Reactor：：instance（）），并注冊寫事件（register_handler）。

（2）建立同服務(wù)器端的連接。通過ACE_Connector的connect方法，將事件處理器（MyClientHandler）的指針和遠(yuǎn)程服務(wù)器的地址（ACE_INET_Addr類型）傳遞給它，發(fā)起同服務(wù)器端的連接。最后進(jìn)入反應(yīng)器的事件循環(huán)（run_event_loop）。

4.2服務(wù)器端（Server）模塊

（1）從ACE_Svc_Handler派生自己的服務(wù)處理器MyServiceHandler并初始化，實現(xiàn)其中的open和handle_input方法。handle_input方法是在OS內(nèi)部的偵聽隊列上收到了客戶的新連接請求時被回調(diào)，用來接收從客戶端發(fā)來的數(shù)據(jù)，接收完成后停止反應(yīng)器的事件循環(huán)（end_reactor_event_loop）。當(dāng)連接建立時就會自動調(diào)用open方法。同樣的，在open方法中注冊讀事件，并保持登記狀態(tài)，只要有數(shù)據(jù)來就自動調(diào)用handle_input。