java RMI原理详解

定义

RMI（Remote Method Invocation）为远程方法调用，是允许运行在一个Java虚拟机的对象调用运行在另一个Java虚拟机上的对象的方法。 这两个虚拟机可以是运行在相同计算机上的不同进程中，也可以是运行在网络上的不同计算机中。

Java RMI：Java远程方法调用，即Java RMI（Java Remote Method Invocation）是Java编程语言里，一种用于实现远程过程调用的应用程序编程接口。它使客户机上运行的程序可以调用远程服务器上的对象。远程方法调用特性使Java编程人员能够在网络环境中分布操作。RMI全部的宗旨就是尽可能简化远程接口对象的使用。

我们知道远程过程调用（Remote Procedure Call, RPC）可以用于一个进程调用另一个进程（很可能在另一个远程主机上）中的过程，从而提供了过程的分布能力。Java 的 RMI 则在 RPC 的基础上向前又迈进了一步，即提供分布式对象间的通讯。

本地对象调用

我们先看看本地对象方法的调用：

ObjectClass objectA = new ObjectClass();  String retn = objectA.Method();  

但是想想，如果objectA对象在JVM a上；而我们的程序在JVM b上，而且想访问JVM a上的objectA对象方法，如何做呢？对于JVM b上的应用程序来说，是不知道JVM a上创建的ObjectClass实例对象名称是什么，因为这次我创建的实例对象可能是objectA，下次我程序一改，我创建的实例对象又叫objectB了，另外，我创没创建ObjectClass实例对象，JVM b上应用程序又怎么知道呢？

RMI就解决了这个问题。

工作原理

方法调用从客户对象经占位程序（Stub)、远程引用层(Remote Reference Layer)和传输层（Transport Layer）向下，传递给主机，然后再次经传 输层，向上穿过远程调用层和骨干网（Skeleton），到达服务器对象。 占位程序扮演着远程服务器对象的代理的角色，使该对象可被客户激活。 远程引用层处理语义、管理单一或多重对象的通信，决定调用是应发往一个服务器还是多个。传输层管理实际的连接，并且追踪可以接受方法调用的远程对象。服务器端的骨干网完成对服务器对象实际的方法调用，并获取返回值。返回值向下经远程引用层、服务器端的传输层传递回客户端，再向上经传输层和远程调用层返回。最后，占位程序获得返回值。 
要完成以上步骤需要有以下几个步骤： 
1、 生成一个远程接口 
2、 实现远程对象(服务器端程序)
3、 生成占位程序和骨干网(服务器端程序)
4、 编写服务器程序 
5、 编写客户程序 
6、 注册远程对象 
7、 启动远程对象  

由于有RMI系统的支持，我们写RMI应用程序时只需要继承相关类，实现相关接口就可以了。也就是说，我们只需要定义接口、接口实现、客户端程序和服务端程序就可以了。

上图中的stub和skeleton代理都是在服务端程序中由RMI系统动态生成，服务端程序只需要继承java.rmi.server.UnicastRemoteObject类。

那么上图中的RMI Service（RMI registry）是怎么回事呢？

先卖个关子：

可以说，RMI由3个部分构成，第一个是RMIService即JDK提供的一个可以独立运行的程序（bin目录下的rmiregistry），第二个是RMIServer即我们自己编写的一个java项目，这个项目对外提供服务。第三个是RMIClient即我们自己编写的另外一个java项目，这个项目远程使用RMIServer提供的服务。
首先，RMIService必须先启动并开始监听对应的端口。
其次，RMIServer将自己提供的服务的实现类注册到RMIService上，并指定一个访问的路径（或者说名称）供RMIClient使用。
最后，RMIClient使用事先知道（或和RMIServer约定好）的路径（或名称）到RMIService上去寻找这个服务，并使用这个服务在本地的接口调用服务的具体方法。
通俗的讲完了再稍微技术的讲下：
首先，在一个JVM中启动rmiregistry服务，启动时可以指定服务监听的端口，也可以使用默认的端口。
其次，RMIServer在本地先实例化一个提供服务的实现类，然后通过RMI提供的Naming，Context，Registry等类的bind或rebind方法将刚才实例化好的实现类注册到RMIService上并对外暴露一个名称。
最后，RMIClient通过本地的接口和一个已知的名称（即RMIServer暴露出的名称）再使用RMI提供的Naming，Context，Registry等类的lookup方法从RMIService那拿到实现类。这样虽然本地没有这个类的实现类，但所有的方法都在接口里了，想怎么调就怎么调吧。
值得注意的是理论上讲RMIService，RMIServer，RMIClient可以部署到3个不同的JVM中，这个时候的执行的顺序是RMIService---RMIServer—RMIClient。另外也可以由RMIServer来启动RMIService这时候执行的顺序是RMIServer—RMIService—RMIClient。

实际应用中很少有单独提供一个RMIService服务器，开发的时候可以使用Registry类在RMIServer中启动RMIService。

Java RMI 简单示例

1. 定义一个远程接口

/* IHello.java */package mytest;/*  *　在Java中，只要一个类extends了java.rmi.Remote接口，即可成为存在于服务器端的远程对象，  * 供客户端访问并提供一定的服务。JavaDoc描述：Remote 接口用于标识其方法可以从非本地虚拟机上  * 调用的接口。任何远程对象都必须直接或间接实现此接口。只有在“远程接口”  * （扩展 java.rmi.Remote 的接口）中指定的这些方法才可被远程调用。  */import java.rmi.Remote;public interface IHello extends Remote {　　　　/* extends了Remote接口的类或者其他接口中的方法若是声明抛出了RemoteException异常， 　　　　* 则表明该方法可被客户端远程访问调用。 　　　　*/public String sayHello(String name) throws java.rmi.RemoteException;}

2. 远程接口实现类

/* HelloImpl.java */package mytest;import java.rmi.RemoteException;import java.rmi.server.UnicastRemoteObject;/* * 远程对象必须实现java.rmi.server.UniCastRemoteObject类，这样才能保证客户端访问获得远程对象时， * 该远程对象将会把自身的一个拷贝以Socket的形式传输给客户端，此时客户端所获得的这个拷贝称为“存根”， * 而服务器端本身已存在的远程对象则称之为“骨架”。其实此时的存根是客户端的一个代理，用于与服务器端的通信， * 而骨架也可认为是服务器端的一个代理，用于接收客户端的请求之后调用远程方法来响应客户端的请求。 */ /* java.rmi.server.UnicastRemoteObject构造函数中将生成stub和skeleton */public class HelloImpl extends UnicastRemoteObject implements IHello {    // 这个实现必须有一个显式的构造函数，并且要抛出一个RemoteException异常      protected HelloImpl() throws RemoteException {        super();    }        private static final long serialVersionUID = 4077329331699640331L;    public String sayHello(String name) throws RemoteException {        return "Hello " + name + " ^_^ ";    }}

3. 服务端

/* HelloServer.java */package mytest;import java.rmi.registry.LocateRegistry;import java.rmi.registry.Registry;/* 注册远程对象,向客户端提供远程对象服务  * 远程对象是在远程服务上创建的，你无法确切地知道远程服务器上的对象的名称 * 但是，将远程对象注册到RMI Service之后，客户端就可以通过RMI Service请求 * 到该远程服务对象的stub了，利用stub代理就可以访问远程服务对象了 */ public class HelloServer {    public static void main(String[] args) {        try {            IHello hello = new HelloImpl(); /* 生成stub和skeleton,并返回stub代理引用 */            /* 本地创建并启动RMI Service，被创建的Registry服务将在指定的端口上侦听到来的请求              * 实际上，RMI Service本身也是一个RMI应用，我们也可以从远端获取Registry:             *     public interface Registry extends Remote;             *     public static Registry getRegistry(String host, int port) throws RemoteException;             */            LocateRegistry.createRegistry(1099);            /* 将stub代理绑定到Registry服务的URL上 */            java.rmi.Naming.rebind("rmi://localhost:1099/hello", hello);            System.out.print("Ready");        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();        }    }}

4. 客户端

/* Hello_RMI_Client.java */package mytest;import java.rmi.Naming;/* 客户端向服务端请求远程对象服务 */public class Hello_RMI_Client {    public static void main(String[] args) {        try {            /* 从RMI Registry中请求stub             * 如果RMI Service就在本地机器上，URL就是：rmi://localhost:1099/hello             * 否则，URL就是：rmi://RMIService_IP:1099/hello             */            IHello hello = (IHello) Naming.lookup("rmi://localhost:1099/hello");            /* 通过stub调用远程接口实现 */            System.out.println(hello.sayHello("zhangxianxin"));        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();        }    }}

RMI 应用各个类的交互时序图

RMI应用需要用到的类

1. RemoteObject抽象类实现了Remote接口和序列化Serializable接口，它和它的子类提供RMI服务器函数。

为什么远端调用方法抛出的RemoteException异常的父类竟然是IOException呢？

这是因为，远端调用方法其实际上是通过网络IO进行的。

2. 当客户端通过RMI注册表找到一个远程接口的时候，所得到的其实是远程接口的一个动态代理对象。当客户端调用其中的方法的时候，方法的参数对象会在序列化之后，传输到服务器端。服务器端接收到之后，进行反序列化得到参数对象。并使用这些参数对象，在服务器端调用实际的方法。调用的返回值Java对象经过序列化之后，再发送回客户端。客户端再经过反序列化之后得到Java对象，返回给调用者。这中间的序列化过程对于使用者来说是透明的，由动态代理对象自动完成。除了序列化之外，RMI还使用了动态类加载技术。当需要进行反序列化的时候，如果该对象的类定义在当前JVM中没有找到，RMI会尝试从远端下载所需的类文件定义。可以在RMI程序启动的时候，通过JVM参数java.rmi.server.codebase来指定动态下载Java类文件的URL。

实现一个stub和skeleton程序

明白了RMI应用的原理后，可以自行实现一个stub和skeleton程序，进一步探索RMI的代理访问原理。

RMI的本质就是实现在不同JVM之间的调用,它的实现方法就是在两个JVM中各开一个Stub和Skeleton，二者通过socket通信来实现参数和返回值的传递。

1. 定义一个Person的接口，其中有两个business method, getAge() 和getName()

Person代码:

public interface Person {          public int getAge() throws Throwable;          public String getName() throws Throwable;      }

2. Stub的实现 
Person_Stub代码:   

import java.io.ObjectOutputStream;      import java.io.ObjectInputStream;      import java.net.Socket;      public class Person_Stub implements Person {          private Socket socket;          public Person_Stub() throws Throwable {              // connect to skeleton              socket = new Socket("computer_name", 9000);          }          public int getAge() throws Throwable {              // pass method name to skeleton              ObjectOutputStream outStream =                  new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());              outStream.writeObject("age");              outStream.flush();              ObjectInputStream inStream =                  new ObjectInputStream(socket.getInputStream());              return inStream.readInt();          }          public String getName() throws Throwable {              // pass method name to skeleton              ObjectOutputStream outStream =                  new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());              outStream.writeObject("name");              outStream.flush();              ObjectInputStream inStream =                  new ObjectInputStream(socket.getInputStream());              return (String)inStream.readObject();          }} 

Person_Stub是建立socket连接，并向Skeleton发请求，然后通过Skeleton调用PersonServer的方法，最后接收返回的结果。    

3. 骨架（Skeleton）的实现

Person_Skeleton代码:

import java.io.ObjectOutputStream;      import java.io.ObjectInputStream;      import java.net.Socket;      import java.net.ServerSocket;      public class Person_Skeleton extends Thread {          private PersonServer myServer;          public Person_Skeleton(PersonServer server) {              // get reference of object server              this.myServer = server;          }          public void run() {              try {                  // new socket at port 9000                  ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9000);                  // accept stub's request                  Socket socket = serverSocket.accept();                  while (socket != null) {                      // get stub's request                      ObjectInputStream inStream =                          new ObjectInputStream(socket.getInputStream());                      String method = (String)inStream.readObject();                      // check method name                      if (method.equals("age")) {                          // execute object server's business method                          int age = myServer.getAge();                          ObjectOutputStream outStream =                              new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());                          // return result to stub                          outStream.writeInt(age);                          outStream.flush();                      }                      if(method.equals("name")) {                          // execute object server's business method                          String name = myServer.getName();                          ObjectOutputStream outStream =                              new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());                          // return result to stub                          outStream.writeObject(name);                          outStream.flush();                      }                  }              } catch(Throwable t) {                  t.printStackTrace();                  System.exit(0);              }          }           }

Skeleton类 extends from Thread，它长驻在后台运行，随时接收client发过来的request。并根据发送过来的key去调用相应的business method。

4. Person的实现PersonServer类

PersonServer代码:

public class PersonServer implements Person {          private int age;          private String name;          public PersonServer(String name, int age) {              this.age = age;              this.name = name;          }          public int getAge() {              return age;          }          public String getName() {              return name;          }              public static void main(String args []) {              // new object server              PersonServer person = new PersonServer("Richard", 34);              Person_Skeleton skel = new Person_Skeleton(person);              skel.start();          } }

PersonServer中对Person的接口进行了真正的实现，创建PersonServer实例对象，并启动Person_Skeleton服务。

5. Client的实现

PersonClient 代码:

public class PersonClient {          public static void main(String [] args) {              try {                  Person person = new Person_Stub();                  int age = person.getAge();                  String name = person.getName();                  System.out.println(name + " is " + age + " years old");              } catch(Throwable t) {                  t.printStackTrace();              }          }      }      

Client(PersonClient)的本质是，它要知道Person接口的定义，并实例一个Person_Stub，通过Stub来调用business method,至于Stub怎么去和Server沟通，Client就不用管了。

注意它的写法：
Person person = new Person_Stub();而不是Person_Stub person = new Person_Stub();为什么？因为要面向接口编程嘛，呵呵。

实际上，对于PersonClient来说，它只关注Person接口，而且它的本质就是远程调用Person接口，而Person_Stub只是负责代理PersonClient去与Server交互。

参考

1. http://www.blogjava.net/zhenyu33154/articles/320245.html

2. http://guojuanjun.blog.51cto.com/277646/1423392/

3. http://blog.sina.com.cn/s/blog_4918a7d90100oftg.html

4. http://haolloyin.blog.51cto.com/1177454/332426/

5. http://www.it165.net/pro/html/201404/11411.html

6. http://spidermanzy.iteye.com/blog/1741045

7. http://www.infoq.com/cn/articles/cf-java-object-serialization-rmi/

8. http://www.cnblogs.com/yin-jingyu/archive/2012/06/14/2549361.html