董愛強，齊志超，馮  揚，張立新

　　（北京中電普華信息技術(shù)有限公司, 北京 100192）

　　摘  要： 設計了一種Jboss中間件異常事務恢復功能，并實現(xiàn)了maven工程中交易服務的異常事務處理和恢復過程，該過程能在斷電、宕機、程序故障等異常情況發(fā)生時，及時恢復最近一次正常工作的交易服務狀態(tài)和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。并通過日志記錄整個異常狀態(tài)的發(fā)生和恢復過程。通過測試證明，該設計與實現(xiàn)是一種有效的中間件異常事務狀態(tài)恢復的過程，能夠為中間件正常運行提供可靠支持和日志依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞： 中間件；maven工程；交易服務；異常事務；數(shù)據(jù)恢復

0 引言

　　中間件作為國網(wǎng)云建設的支持性項目，根據(jù)云建設采用的X86集群模式[1]，分析了目前采用較多的weblogic等其他類型中間件的利弊。國網(wǎng)公司自主開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代Jboss中間件產(chǎn)品，可以適應云建設和管理的要求，實現(xiàn)集群資源共享，降低成本，提高資源利用率。

　　在中間件運行期間出現(xiàn)異常事務狀態(tài)，例如宕機等導致中間件不能正常工作，從而對云平臺的使用帶來安全隱患。讓故障設備盡快恢復到正常狀態(tài)是本文設計和實現(xiàn)的主要內(nèi)容。

1 技術(shù)背景

　　1.1 交易服務與恢復

　　交易服務屬于中間件的一個重要功能模塊，開啟此功能可以處理因異常運行狀態(tài)產(chǎn)生的中斷事務（transaction）。當服務器再次重新啟動后，交易服務模塊會分析故障前的日志記錄，根據(jù)日志復原事務現(xiàn)場工作狀況，再次提交故障前中斷的事務，恢復之前事務和沒有保存的數(shù)據(jù)[2]，從而實現(xiàn)對交易的恢復。

　　1.2 功能設計

　　交易服務恢復主要兩個重要功能模塊：事務日志記錄和事務恢復的功能。該功能模塊需要無縫接入到當前中間件模塊中，所以需要實現(xiàn)org.jboss.as.controller.Extension擴展接口。這是中間件啟動時加載擴展模塊的必要條件。業(yè)務在接口的initialize()方法中實現(xiàn)，相當于一個入口方法。為了不影響中間件的啟動進程，需要另開一個線程實現(xiàn)業(yè)務邏輯，用戶獲取數(shù)據(jù)庫連接需要讀取配置文件。連接分兩種：

　　第一種是用戶配置連接信息，程序讀取配置信息后創(chuàng)建連接即可；第二種是配置jndi獲取連接，通過jndi名獲取數(shù)據(jù)庫連接。第二種方式由于獲取連接時中間件數(shù)據(jù)源模塊還沒加載完成，獲取不到連接，此時可設計一個循環(huán)等待的過程，直到中間件數(shù)據(jù)源模塊加載完成后才能通過jndi獲得連接，然后跳出循環(huán)，執(zhí)行恢復操作。考慮到性能原因，如果jndi數(shù)據(jù)源本身存在問題，可能永遠獲取不到，最好設置一個超時參數(shù)，表示通過jndi獲取數(shù)據(jù)源的最長等待時間，超出這個時間就直接跳出循環(huán)。對于有可能出現(xiàn)重復啟動問題，事務會重新提交，要解決這個問題，需要在處理完事務后做結(jié)束標記處理，并標記事務是正常提交還是重啟服務后的事務提交。對于添加事務日志功能，因為涉及到多線程操作，所以將日志的id以線程id表示。

　　1.3 數(shù)據(jù)恢復

　　數(shù)據(jù)恢復時，首先需要定義一個TradeExtension類實現(xiàn)org.jboss.as.controller.Extension擴展接口，業(yè)務在接口的initialize()方法中實現(xiàn)，為了不影響中間件的啟動進程，需要另開一個線程實現(xiàn)業(yè)務邏輯，用戶獲取數(shù)據(jù)庫連接需要讀取配置文件，連接分兩種。其實現(xiàn)方法與上節(jié)的實現(xiàn)方法相同。定義Conn類和ConnManager類主要是讀取配置文件獲取連接信息，適合單個長事務[3]的恢復。

2 系統(tǒng)啟動

　　2.1 Maven工程構(gòu)建

　　中間件中所有的模塊都需要構(gòu)建成maven工程，maven工程構(gòu)建必須滿足特定的條件才能在中間件啟動過程中正確加載。jboss中自帶maven程序，啟動maven工程是第一步工作。

　　2.2 加載事務模塊

　　中間件啟動后需要加載事務模塊和處理事務日志。加載模塊先執(zhí)行standealone的啟動腳本，執(zhí)行jboss-modules.jar，然后執(zhí)行jboss.as.standalone模塊，解析此模塊的描述文件，執(zhí)行jboss.as.server的Main類的main方法，此模塊調(diào)用jboss.as.controller模塊解析standalone的配置文件，加載擴展模塊，并調(diào)用每個擴展模塊的擴展接口方法。對于交易模塊來說，實現(xiàn)了擴展接口的初始化方法initalize()，此方法中新開啟一個子線程處理交易恢復業(yè)務。

　　2.3 處理事務日志

　　處理事務日志先調(diào)用日志工具類的getNearFileName()方法獲得離當前時間最近的日志文件，如果此文件不存在，則直接返回，調(diào)用getExeSqlList()方法獲取所有要執(zhí)行的記錄包含sql語句以及連接信息，遍歷每一條記錄獲取sql語句以及連接信息，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫連接，用sql語句創(chuàng)建事務，然后提交事務。創(chuàng)建文件輸出流FileWriter修復每一條執(zhí)行的記錄，最后強制關(guān)閉文件流。

　　2.4 添加事務日志

　　事務日志記錄可實現(xiàn)日志模塊配置、日志級別設置、日志輪轉(zhuǎn)設置、日志輸出方式配置，并可實現(xiàn)自定義日志擴展。日志管理內(nèi)容包括執(zhí)行日志記錄、獲取模塊描述、讀取xml文件元素、解析日志元素、解析根日志元素、添加資源屬性描述、添加設置參數(shù)描述、覆蓋服務。

　　首先定義一個日志類TradeLog，包含的屬性有projectName：項目名稱，id：日志唯一編號，sql：事務執(zhí)行的sql語句，result：是事務前日志還是事務后日志，connid：對應數(shù)據(jù)庫連接信息。定義一個處理日志的工具類LogTool,其主要作用是添加日志，初始化日志路徑，獲得當前日志文件名稱（如果當前文件不存在，就會創(chuàng)建當前日志文件），讀取距離當前時間最近的日志文件，獲取文件中需要執(zhí)行的sql語句[5]。

　　2.4.1 日志格式

　　日志文件名稱：yyyymmddhh.log

　　日志格式：

　　([a-z]|[A-Z][0-9])*\|[0-9]{1,19}\|([a-z]|[A-Z][0-9])*\|[0-9]{1,10}

　　([a-z]|[A-Z][0-9])*\|[0-9]{1,19}\|ready-commit

　　([a-z]|[A-Z][0-9])*\|[0-9]{1,19}\|commit

　　第一條日志表示事務開始后提交前的日志，后面的日志表示提交后的日志。

　　日志狀態(tài)：用戶請求數(shù)據(jù)庫操作，如果存在事務開始日志、事務準備提交日志以及事務提交日志，則為正常狀態(tài)；如果只存在事務開始日志，則不進行恢復操作；如果存在事務開始日志和事務準備提交日志，則進行恢復操作。

　　日志周期：一個小時生成一個文件。每次讀取與當前時間最近的文件。

　　日志路徑：%JBOSS_HOME%\standalone\log\trade_log。

　　2.4.2 日志添加過程

　　日志添加，包含事務提交前添加日志和事務提交后添加日志。

　　事務提交前添加日志，首先定義一個日志類TradeLog，包含的屬性有projectName：項目名稱，id：日志唯一編號，sql：事務執(zhí)行的sql語句，result：是事務前日志還是事務后日志，connid：對應數(shù)據(jù)庫連接信息。定義一個處理日志的工具類LogTool,主要作用是添加日志，初始化日志路徑，獲得當前日志文件名稱（如果當前文件不存在，就會創(chuàng)建當前日志文件），讀取離當前時間最近的日志文件，獲取文件中需要執(zhí)行的sql語句。

　　在事務開始后，創(chuàng)建一個Log對象，將要執(zhí)行的sql語句賦值到Log對象中，將當前線程的id賦值到Log對象的id屬性中，創(chuàng)建一個文件輸出流FileWriter，用于追加文件信息，將日志信息轉(zhuǎn)化為固定格式的字符串，調(diào)用FileWriter的write()方法將這條記錄寫入到文件中，然后強制關(guān)閉文件流。待用戶提交事務后，創(chuàng)建Log對象，將當前線程id賦值到id屬性中，創(chuàng)建事務結(jié)束字符串信息，調(diào)用文件輸出流將信息追加到文件中。

　　2.4.3 日志加載類型

　　用戶在添加事務日志時需要添加三種類型的日志，在LogType枚舉類型中有定義，分別為START-COMMIT、READY-COMMIT以及DONE-COMMIT。在事務開始后需要添加START-COMMIT類型的日志，此日志主要記錄了所要執(zhí)行的sql集，在事務恢復時執(zhí)行。在事務準備提交的時候需要添加READY-COMMIT類型的日志，表示此事務準備提交，主要作用是保證事務的原子性。事務提交完成后，添加DONE-COMMIT類型的日志，表示提交完成。

3 事務恢復

　　中間件可選擇是否開啟交易服務，開啟交易服務后，交易管理器動態(tài)監(jiān)控當前正在執(zhí)行的交易，并以日志的方式記錄在系統(tǒng)中。在全局事務沒有完成提交之前，如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則重啟中間件應用服務，交易管理器將根據(jù)日志記錄的故障發(fā)生時交易的狀態(tài)，不僅僅恢復數(shù)據(jù)，還要對交易的異常事務進行恢復[4]。事務恢復過程如圖1所示。

　　3.1 實現(xiàn)過程

　　事務恢復實現(xiàn)過程，首先定義一個TradeExtension類實現(xiàn)org.jboss.as.controller.Extension擴展接口（這是sg-aps啟動時加載擴展模塊的必要條件），業(yè)務在接口的initialize()方法中實現(xiàn)。為了不影響中間件的啟動進程，需要另開一個線程實現(xiàn)業(yè)務邏輯，用戶獲取數(shù)據(jù)庫連接需要讀取配置文件。連接分兩種：第一種是用戶配置連接信息，程序讀取配置信息后創(chuàng)建連接即可；第二種是配置jndi獲取連接，通過jndi名獲取數(shù)據(jù)庫連接。第二種方式由于獲取連接時中間件數(shù)據(jù)源模塊還沒加載完成，肯定獲取不到連接，此時設計一個循環(huán)等待的過程，直到中間件數(shù)據(jù)源模塊加載完成后才能通過jndi獲得連接，然后跳出循環(huán)，執(zhí)行恢復操作。考慮到性能原因，如果jndi數(shù)據(jù)源本身存在問題，則可能永遠獲取不到，因此最好設置一個超時參數(shù)，表示通過jndi獲取數(shù)據(jù)源的最長等待時間，超出這個時間就直接跳出循環(huán)。定義Conn類和ConnManager類主要是讀取配置文件獲取連接信息。

　　3.2 日志記錄

　　根據(jù)添加日志的方法先添加日志，初始化日志路徑，獲得當前日志文件名稱，讀取事務恢復前最近的日志文件，獲取文件中需要執(zhí)行的sql語句，執(zhí)行該語句恢復數(shù)據(jù)，生成新的日志記錄。默認情況下是在%JBOSS_HOME%\trade_log下，也可自行配置。

4 實現(xiàn)與測試

　　4.1 構(gòu)建環(huán)境

　　構(gòu)建系統(tǒng)測試實現(xiàn)環(huán)境，采用junit測試，總共測試4個場景：

　　（1）maven編譯過程；

　　（2）集成到整個工程的發(fā)布過程；

　　（3）客戶端添加日志過程；

　　（4）中間件重啟恢復數(shù)據(jù)過程。

　　4.2 交易編譯

　　首先，編譯maven工程打開命令窗口，接著進入到模塊根目錄，再運行mvn celan install。如果命令窗口沒有報錯，根目錄下生成target目錄，進入目錄可以看到編譯好的jar包，如圖2所示。

　　4.3 交易模塊發(fā)布

　　首先打開命令窗口，接著進入到aserver根目錄，再運行build clean install。在aserver/build/target/目錄下生成發(fā)布版本，進入到發(fā)布版本模塊的modules/org/jboss/as/目錄下有發(fā)布成功的交易模塊代碼，如圖3所示。

　　4.4 交易日志生成

　　安裝客戶端代碼后執(zhí)行代碼控制臺沒有報錯，打開到指定的日志目錄（目錄位置在程序運行時打印出來），有當前日志生成，日志里有一天未完成的事務記錄。日志生成界面如圖4所示。

　　4.5 異常事務狀態(tài)恢復

　　首先，打開數(shù)據(jù)庫確認日志中未完成的記錄不存在，接著在配置文件standalone.xml中添加交易服務，之后運行standalone模式的的啟動腳本。打開數(shù)據(jù)庫客戶端，查詢數(shù)據(jù)庫記錄，未完成的記錄被添加到數(shù)據(jù)庫中了。圖5為數(shù)據(jù)庫恢復前結(jié)果，圖6為數(shù)據(jù)庫恢復后結(jié)果。

　　以上測試結(jié)果初步證明交易服務的恢復功能設計有效可行，在Windows和Linux平臺下測試，均能靈活實現(xiàn)跨平臺可移植[6]。能夠滿足國家電網(wǎng)對中間件應用服務器集群數(shù)據(jù)恢復功能性能等的整體要求。實現(xiàn)便捷在嵌套事務處理上具有一定優(yōu)勢[7]，適合云平臺建設。

　　根據(jù)國家電網(wǎng)的要求，該設計和實現(xiàn)還需要進一步在安全性[8]和兼容性，大數(shù)據(jù)壓力測試等方面進行進一步的測試，以及與本系統(tǒng)其他功能的聯(lián)調(diào)。在和其他系統(tǒng)聯(lián)調(diào)后，關(guān)鍵功能、性能指標還需多次在不同單位進行測試和評估。

5 結(jié)束語

　　異常事務處理和恢復作為中間件應用服務器的交易服務設計和開發(fā)的重要內(nèi)容，在整個中間件系統(tǒng)的運行中起到了關(guān)鍵作用，為整個中間件的正常運行提供了可靠支持。該功能的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到中間件產(chǎn)品的性能。

　　本文提供的異常事務狀態(tài)恢復和管理的設計和實現(xiàn)方式，對中間件這類問題的解決提供了參考和借鑒。

參考文獻

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