OSGi使用四问

文/周志明、谢小明

没有什么技术是万能的，任何一门技术都有它的适用场景和最佳实践方法。OSGi不只是一门技术，更多的是一种做系统架构的工具和方法论，如果在不适用的场景中使用OSGi，或者在适用的场景中不恰当地使用OSGi，都会使整个系统产生架构级的缺陷。因此，了解什么时候该用OSGi是与学会如何使用OSGi同样重要的事情。

每个系统遇到的业务环境都是不一样的，笔者不希望以经验式的陈述去回答“什么时候该用OSGi”或 “为什么要使用OSGi”这样的问题，而试图通过以下4个问题的讨论和利弊权衡，让读者自己去思考为什么这些场景适用OSGi。

第1问：OSGi能让软件开发变得更容易吗？

不可否认，OSGi的入门门槛在Java众多技术中算是比较高的，相对陡峭的学习曲线会为第一次使用OSGi开发系统的开发人员带来额外的复杂度。

OSGi规范由数十个子规范组成，包含了上千个不同用途的API接口。OSGi规范显得这样庞杂的主要原因是实现“模块化”本身需要解决的问题就非常多。模块化并不仅仅是把系统拆分成不同的块而已—这是JAR包就能做的事情，真正的模块化必须考虑到模块中类的导出、隐藏、依赖、版本管理、生命周期变化和模块间交互等一系列的问题。

鉴于OSGi本身就具有较高的复杂度，“引入OSGi就能让软件开发变得更容易”无论如何是说不通的，小型系统使用OSGi可能导致开发成本更高。但是这句话又不是完全错误的，随着系统不断发展，在代码量和开发人员都达到一定规模之后，OSGi带来的额外成本就不是主要的关注点了，这时候的主要矛盾是软件规模扩大与复杂度随之膨胀间的矛盾。如下图所示，代码量越大、涉及人员越多的系统，软件复杂度就会越高，两者成正比关系。这个观点从宏观角度看是正确的，具体到某个系统，良好的架构和设计可以有效减缓这个比率。基于OSGi架构的效率优势在这时候才能体现出来：模块化推动架构师设计出能在一定范围内自治的代码，可以使开发人员只了解当前模块的知识就能高效编码，也有利于代码出现问题时隔断连锁反应。OSGi的依赖描述和约束能力，强制开发人员必须遵循架构约束，这些让开发人员“不自由”的限制，在系统规模变大后会成为开发效率的强大推动力。

图 OSGi对软件复杂度的影响

可以用一个更具体的场景来论述上面的观点，解析OSGi架构如何在开发效率上发挥优势。有经验的架构师会有这样的感受：设计一个具有“自约束能力”的系统架构非常不容易。最常见的情况是设计人员设想得很美好，开发人员在实现时做出来的产品却不是那样。大部分软件公司是通过“开发过程”、“编码规范”、“测试驱动”，甚至“人员熟练度”来保证开发人员实现的代码符合设计人员的意图。这样即使在开发阶段做到符合设计需求，也很难保证日后维护人员能够继续贯彻原有的设计思想；随着开发的时间越来越长，系统最终实现的样子可能和原有的设计产生越来越大的偏差。在软件工程中，将这种现象称为“架构腐化”。架构的“自约束能力”就是指限定不同开发人员在实现功能的时候，实现方式都是一致的，最好只有唯一一条遵循设计意愿的路可走，别的方法无法达到目的。更通俗地说就是，尽可能使程序员不写出烂代码。

举个最浅显的例子，如果有开发人员在Web层中使用DAO直接操作数据库，或者在DAL层直接从HttpSession对象中取上下文信息，这样的代码也许能逃过测试人员的黑盒测试，但是显然是不符合软件开发基本理论的。前者可能因绕过Service层中的事务配置而出现数据安全问题；后者限制了这样的DAO就只能从Web访问，无法重用和进行单元测试。如果项目中出现这样的代码，笔者认为首要责任在架构师，因为架构师没有把各层的依赖分清，如果Web层只依赖Service层的JAR包，那么程序员就无法访问到DAO，如果DAL层没有依赖Servlet API的JAR包，那么程序员就不可能访问HttpSession对象，这就是一种架构缺乏自约束能力的表现。

大概没有哪个架构师会犯上面例子那样幼稚的错误。但是，实际情况也远比例子中的复杂，甚至有一些问题是Java语言本身的缺陷带来的，例如，依赖了一个JAR包就意味着能够访问这个JAR包中的一切类和资源，因为JAR包中的内容没有Public、Private和Protected之分，无法限制用户能访问什么、不能访问什么。更复杂的情况是在引入了同一个JAR包的不同版本时怎么办？如果依赖包需要动态变化怎么办？使用OSGi一个很重要的目的就是弥补Java中资源精细划分的缺陷，加强架构的自约束能力。

虽然OSGi起源于精小软件占多数的嵌入式领域，但是在Java SE/EE领域中，对于越庞大的系统，使用OSGi进行模块化拆分就越能发挥出优势。在商业上已经有一些使用OSGi控制软件复杂度增长、延缓架构腐化速度的成功案例，如Eclipse Marketplace，它已经拥有了上千个插件，插件的开发者来自全球各地，技术水平差异很大，插件实现的功能也各不相同，是OSGi让这些插件基本遵循了统一的架构约束，并且一般不会因为某个插件的缺陷影响整个Eclipse的质量。

第2问：OSGi能让系统变得更稳定吗？

笔者遇到过许多由OSGi框架引发的问题，例如，最典型的ClassNotFoundException异常、类加载器死锁或者在动态环境下的OutOfMemoryError问题等，这些都是基于OSGi架构开发软件时很常见的。从这一方面看，使用OSGi确实会增加系统不稳定的风险，所以，在开发过程中团队中有一两个深入了解OSGi的成员是必要的。

不过，软件是否稳定不是只看开发阶段可能出现多少异常就能衡量的，软件的“稳定”应是多方面共同作用的结果。除了关注开发阶段是否稳定之外，还要关注是否能积累重用稳定的代码，问题出现时能否隔断连锁反应蔓延，缺陷是否容易修复等。在这些方面，OSGi就可以带来相当多的好处，例如：

OSGi会引导程序员开发出可积累可重用的软件。我们无法要求程序刚开发出来就是完全稳定的，但可以在开发过程中尽可能重用已稳定的代码来提升程序质量。大家知道，写日志可以使用Log4j，做ORM会引入Hibernate，Java中有许多经过长期实践检验的、被证实为稳定的开源项目，这些开源项目的共同特征是都经过良好的设计，能够很方便地在其他项目中使用。相对而言，在自己开发项目时很多人没有注意到要进行可积累的设计。

一种典型现象是项目中出现一些“万能的包”，通常名字会是XXXCommons.jar、XXXUtils.jar等，这些包中存放了在项目中被多次调用的代码，但是这样的包不能叫做可重用包。当这些包越来越大、类越来越多、功能越来越强时，与这个项目的耦合就越紧密，一般也就无法用在其他项目中了。在OSGi环境下，“大杂烩”形式的模块是很难生存的，如果某个模块有非常多的依赖项，那么没有人愿意为了使用其中少量功能去承担这些间接依赖的代价。因此设计者必须把模块设计得粒度合理，精心挑选对外发布的接口和引入的依赖，把每个模块视为一个商业产品来对待，这样才能积累出可重用的模块，也利于提高程序稳定性。

基于OSGi比较容易实现强鲁棒性的系统。普通汽车坏掉一个轮胎就会抛锚，但是飞机在飞行过程中即使坏了其中一个引擎，一般都还能保持正常飞行。对于软件系统来说，如果某一个模块出了问题，能够不波及其他功能的运作，这也是稳定性的一种体现。大多数系统都做不到在某部分出现问题时隔离缺陷带来的连锁反应。试想一下，在自己做过的项目中把Common Logging（或slf4j）的包拿掉，系统能只损失日志功能而其他部分正常运作吗？但是对于基于OSGi架构开发系统，在设计时自然会考虑到模块自治和动态化，当某部分不可用时如何处理是每时每刻都会考虑的问题，如果软件在开发阶段跟随着OSGi的设计原则来进行，自然而然会实现强鲁棒性的系统。

在OSGi环境下可以做到动态修复缺陷。许多系统都有停机限制，要求7×24小时运行，对于这类系统，OSGi的动态化能力在出现问题时就非常有用，可以做到不停机地增加或禁止某项功能、更新某个模块，甚至建立一个统一更新的模块仓库，让系统在不中断运行的情况下做到自动更新升级。

前面提出的两个问题可以总结为OSGi是否能提升开发效率和软件质量。OSGi在这两方面的作用与软件设计得是否合理关系非常密切，这时OSGi好比一个针对“设计”这个因素的放大杠杆，配合好的设计它会更加稳定、高效，而遇到坏的设计，反而会带来更多问题。

第3问：OSGi能让系统运行得更快吗？

系统引入OSGi的目的可能有很多种，但一般不包括解决性能问题。如果硬要说OSGi对性能有什么好处，大概就是让那些有“系统洁癖”的用户可以组装出为自己定制的系统了。例如GlassFish v3.0服务器是基于OSGi架构的，它由200多个模块构成，如果不需要EJB或JMS这类功能，就可以把对应的模块移除掉，以获得一个更精简的服务器，节省一些内存。总体上讲，OSGi框架对系统性能是有一定损耗的，我们从执行和内存两方面来讨论。

首先，OSGi是在Java虚拟机之上实现的，它没有要求虚拟机的支持，完全通过Java代码实现模块化，在执行上不可避免地会有一些损耗。例如，OSGi类加载的层次比普通Java应用要深很多，这意味着需要经过更多次的类加载委派才能找到所需的类。在两个互相依赖的模块间发生调用时，可能会由于类加载器互相锁定而产生死锁；要避免死锁的出现，有时候不得不选用有性能损失的串行化的加载策略。在服务层上，动态性（表现为服务可能随时不可用）决定了应用不能缓存服务对象，必须在每次使用前查找，这种对OSGi服务注册表的频繁访问也会带来一些开销。使用一些具体的OSGi服务，例如使用HTTP Service与直接部署在Web容器中的Servlet相比会由于请求的桥接和转发产生一些性能损耗。

其次，从内存用量来看，OSGi允许不同版本的Package同时存在，这是个优点，但是客观上会占用更多内存。例如，一个库可能需要 ASM 3.0，而同一应用程序使用的另一个库可能需要ASM 2.0，要解决这种问题，通常需要更改代码，而在OSGi中只需要付出一点Java方法区的内存即可解决。不过，如果对OSGi动态性使用不当，可能会因为不正确持有某个过期模块（被更新或卸载的模块）中一个类的实例，导致该类的类加载器无法被回收，进而导致该类加载器下所有类都无法被GC回收掉。

仅从性能角度来说，OSGi确实会让系统性能略微下降，但是这完全在可接受范围之内。使用OSGi开发时应该考虑到性能的影响，但不应当将其作为是否采用OSGi架构的主要决策依据。

第4问：OSGi能支撑企业级开发吗？

不管关于“OSGi是否能支撑企业级开发”的讨论结果如何，一个必须正视的事实是OSGi对企业级开发的支撑能力正在迅速增强。从2007年OSGi联盟建立企业专家组以来，OSGi的发展方向已经逐渐调整到企业级应用领域。在IBM、Apache和Eclipse基金会等公司和组织推动下，企业级OSGi正在变得越来越成熟。

在企业级OSGi出现之前，企业级开发要么是走Java EE的重量级路线，要么是走SSH的轻量级路线。企业级OSGi被引入后并没有扮演一个“革命者”的角色，没有把Java EE或SSH中积累的东西推倒重来，OSGi更像是在扮演一个“组织者”的角色，把各种企业级技术变为它的模块和服务，使以前的企业级开发技术在OSGi中依然能够发挥作用。

OSGi企业级规范中定义了JDBC、JPA、JMX、JTA和JNDI等各种Java EE技术以及SCA、SDO这些非Java EE标准的企业级技术在OSGi环境中的应用方式，这些容器级的服务都可以映射为OSGi容器内部的服务来使用。并且到现在，企业级规范定义的内容已经不仅停留在规范文字中，已经有不少专注于OSGi企业级服务实现框架出现（例如Apache Aries）了。

另一方面，OSGi的Blueprint容器规范统一了Java大型程序中几乎都会用到的依赖注入（DI）方式，使基于Blueprint的OSGi模块可以在不同的DI框架中无缝迁移。这个规范得到Apache、SpringSource等组织的大力支持，目前这些组织已经发布了若干个Blueprint规范的实现容器（例如Apache Geronimo和Equinox Virgo，Virgo前身就是SpringSource捐献的Spring DM 2.0）。在最近两三年时间里，企业级OSGi成为Java社区技术发展的主要方向之一，其发展局面可以说是如火如荼。

不过，我们在使用企业级OSGi的时候也要意识到它还很年轻，其中很多先进的思想可能是遗留程序根本没有考虑过的，还有不少问题的解决都依赖于设计约束来实现。因此，如果是遗留系统的迁移，或者设计本来就做得不好，那么使用OSGi会遇到不少麻烦。以最常见的数据访问为例，如果以前遗留系统使用了ORM方式访问数据库，而迁移到OSGi时没有把实体类统一抽取到一个模块，那么ORM模块的依赖就很难配置了，这时不得不使用Equinox Buddy甚至DynamicImport-Package这类很不优雅的方式来解决。另一个问题是集群，OSGi拥有支持分布式的远程服务规范，而OSGi的动态性是针对单Java虚拟机实例而言的，因此要在集群环境下保持OSGi的动态性，就必须自己做一些工作才行。

作者周志明，资深Java技术专家，对JavaEE企业级应用开发、OSGi、Java虚拟机和工作流等都有深入的研究，并积累了丰富的经验。著有畅销书《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》。现任远光软件股份有限公司平台开发部经理兼平台架构师，先后参与过国家电网、南方电网等多个国家级大型ERP项目的平台架构工作。

作者谢小明，资深Java技术专家，具有丰富的JavaEE企业级应用开发开发经验，对OSGi、Spring、Hibernate等技术和框架有比较深入的研究和认识。现任远光软件股份有限公司平台开发部平台架构师，先后参加与过国家电网、南方电网等多个国家级大型ERP项目的平台架构工作。

本文节选自《深入理解OSGi：Equinox原理、应用与最佳实践》，周志明、谢小明著，由机械工业出版社出版。