梁明炯

摘 要：在實際應用中，異構(gòu)系統(tǒng)之間經(jīng)常需要進行數(shù)據(jù)的交換。Facebook公司開發(fā)的Thrift框架通過強大的代碼生成引擎，可快速構(gòu)建數(shù)據(jù)交換接口。文章基于Thrift技術(shù)闡述異構(gòu)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換方案，從而實現(xiàn)跨語言跨平臺的數(shù)據(jù)傳輸。

關鍵詞：Thrift框架；異構(gòu)系統(tǒng)；數(shù)據(jù)交換

前言

系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換方案是軟件構(gòu)建中的重要組成部分。數(shù)據(jù)交換的常用方式包括Web Service、消息中間件以及遠程過程調(diào)用（RPC，Remote Procedure Call）等。其中，Web Service和消息中間件方式是通過消息報文的形式直接或者間接地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。在此方式下，數(shù)據(jù)在傳輸前需封裝成特定格式的消息報文，而傳輸完成后又需對該消息報文進行解封裝以獲得實際數(shù)據(jù)。這在進行大量的數(shù)據(jù)傳輸時效率并不高。RPC方式通過本地客戶端的過程聲明來調(diào)用遠程服務端的方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)構(gòu)建中，RPC方式的優(yōu)點是可將交換數(shù)據(jù)以對象的形式進行傳輸，因此效率更高。在實際中，進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)大多是異構(gòu)系統(tǒng)，如何通過RPC方式構(gòu)建適合異構(gòu)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換方案是個重要問題。文章將基于開源的Thrift框架，闡述一種跨語言跨平臺的數(shù)據(jù)交換方案。

1 Thrift框架

Thrift軟件框架最初由Facebook開發(fā)，2008年5月成為Apache子項目。它支持跨語言服務的開發(fā)，通過功能強大的軟件堆棧和代碼生成引擎，可構(gòu)建基于C++、Java、Python、PHP、Ruby、Perl、C#、Cocoa、JavaScript等編程語言的客戶端和服務器端。

Thrift實際上實現(xiàn)了RPC模式，通過代碼生成引擎將接口定義文件生成客戶端和服務器端代碼，從而實現(xiàn)通信系統(tǒng)間的跨語言支持。通過特定的描述語言定義好接口文件中的數(shù)據(jù)類型和服務接口，并以此作為輸入文件，編譯器則會生成RPC的客戶端和服務器端實現(xiàn)。另外，由生成的代碼負責RPC協(xié)議層和傳輸層的實現(xiàn)。因此，對于異構(gòu)系統(tǒng)，用戶只需維護統(tǒng)一的接口文件，無需手動為特定的語言重新編寫該文件。

用戶只需在Thrift接口文件中聲明自己的服務，這些服務經(jīng)過編譯后會生成相應語言的代碼文件，用戶只需實現(xiàn)這些服務。

2 數(shù)據(jù)交換方案

本節(jié)闡述基于Thrift框架的數(shù)據(jù)交換方案。以Java語言為例，通過定義數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及接口方法，構(gòu)建服務端和客戶端服務代碼，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換功能。

2.1 數(shù)據(jù)交換架構(gòu)

進行數(shù)據(jù)交換的系統(tǒng)分為客戶端和服務器端。服務器端響應客戶端的請求?？蛻舳藙t通過調(diào)用服務器端的方法向服務器端接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)?？蛻舳撕头掌鞫说臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與接口是一致的，然后通過Thrift的特定代碼生成引擎編譯出不同的語言版本，從而實現(xiàn)跨語言跨平臺的調(diào)用。圖1描述了數(shù)據(jù)交換的框架圖。從圖可以看出，兩方系統(tǒng)通過Thrift自動生成的數(shù)據(jù)交換接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

圖1 數(shù)據(jù)交換的框架圖

2.2 數(shù)據(jù)交換流程

基于Thrift技術(shù)的數(shù)據(jù)交換流程主要分三步。首先要定義交換數(shù)據(jù)的格式；其次定義接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)的接口；然后，通過Thrift代碼生成引擎為各系統(tǒng)生成數(shù)據(jù)接口的底層實現(xiàn)。最后，實現(xiàn)具體的數(shù)據(jù)交換的業(yè)務功能。定義數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)接口是通過thrift文件來描述的，在該文件定義數(shù)據(jù)的各項信息以及接口函數(shù)的原型。Thrift根據(jù)該文件會生成特點版本的數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)。開發(fā)者只需關心數(shù)據(jù)交換的業(yè)務功能。

2.3 數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)

本節(jié)將假設C系統(tǒng)（客戶端）向S系統(tǒng)（服務器端）傳輸一個包含姓名、性別、身份證號碼信息的報文來闡述實現(xiàn)方案。

首先，為所傳輸?shù)膱笪亩x數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式以及接口調(diào)用方法，其定義文件如表1所示。該文件需定義結(jié)構(gòu)以及服務。在表1中，Message結(jié)構(gòu)包括ID、sex以及name這三項信息，而MessageStorage服務中定義了saveMessage方法。值得指出的是，這里定義的函數(shù)方法只需定義原型，其具體實現(xiàn)由開發(fā)者根據(jù)業(yè)務功能編寫。該文件以.thrift后綴名保存，如message.thrift。

表1 Thrift的定義文件

接下來需根據(jù)該文件通過Thrift代碼生成引擎生成數(shù)據(jù)交換接口代碼。本例生成Java版本。具體是運行thrift-r-gen java message.thrift 命令。由于message.thrift文件中有一個結(jié)構(gòu)體Message和一個服務MessageStorage，Thrift引擎會生成兩個java文件：Message.java和MessageStorage.java。

然后，根據(jù)業(yè)務功能編寫代碼。在項目工程中需引入上述步驟生成的兩個java文件以及相應的lib包。這里，服務器端首先要實現(xiàn)Thrift定義文件中所定義的service，即MessageStorage方法。在本例的MessageStorage方法中，先打印接收到的報文中的姓名信息，然后再持久化保存，如表2所示。

表2 Thrift服務器端核心代碼

服務器端的流程如下：

（1）創(chuàng)建模型類型（Handler）；（2）基于Handler創(chuàng)建數(shù)據(jù)處理器（Processor）；（3）創(chuàng)建數(shù)據(jù)傳輸方式（Transport）；（4）創(chuàng)建數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議（Protocol）；（5）基于Processor、Transport和Protocol創(chuàng)建服務器模型（Server）；（6）運行Server。

其中，Transport定義數(shù)據(jù)傳輸方式，可以為TCP/IP傳輸、內(nèi)存共享或者文件共享等。如TFileTransport是文件（日志）傳輸類、THttpTransport采用Http傳輸協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸、TSocket則用TCP Socket進行數(shù)據(jù)傳輸、TZlibTransport會壓縮后對數(shù)據(jù)進行傳輸，支持二進制或者XML。Protocol定義傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式，包括使用二進制格式的TBinaryProtocol、使用壓縮格式的TCompactProtocol、使用JSON格式的TJSONProtocol等。

服務器端的核心代碼如表2所示。

表3 Thrift客戶端核心代碼

這里選擇TThreadPoolServer線程池服務模型，使用標準的阻塞式IO，預先創(chuàng)建一組線程處理請求。當有客戶端連接過來時，從線程池里分配可用的連接處理客戶端請求。常用的TServer子類還包括：

TSimpleServer：簡單的單線程服務模型，常用于測試；TThreadedServer：多線程服務模型，使用阻塞式IO，為每個請求創(chuàng)建一個線程。

TNonblockingServer：多線程服務模型，使用非阻塞式IO。

如果服務需要處理大量更新，則主要選擇TThreadedServer和TNonblockingServer。TNonblockingServer能夠使用少量線程處理大量并發(fā)連接，但延遲較高；相比之下，TThreadedServer的延遲較低。實際中，TThreadedServer的吞吐量可能會比TNonblockingServer高，但它的CPU占用率也比TNonblockingServer高很多。

客戶端通過調(diào)用服務端的方法傳輸定義好的Message對象。具體的步驟為：（1）創(chuàng)建數(shù)據(jù)傳輸方式（Transport）；（2）創(chuàng)建數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議（Protocol）；（3）創(chuàng)建客戶模型（Client）；（4）調(diào)用Client的相應方法。

核心代碼見表3。

3 結(jié)束語

Thrift實現(xiàn)了異構(gòu)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸方案。并且數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義簡單，適合快速生成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換接口。此外，Thrift結(jié)合了功能強大的軟件堆棧，可方便地生成不同開發(fā)語言的RPC客戶端和服務器端，能統(tǒng)一構(gòu)建底層框架。因此，Thrift可以有效地解決跨平臺的數(shù)據(jù)傳輸問題，確保異構(gòu)系統(tǒng)間穩(wěn)定高效地進行數(shù)據(jù)交換。

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