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Representación externa de datos y
Serialización
Marisol García Valls
Arquitecturas Distribuidas
2º Ingeniero de Telecomunicación (Telemática)
Departamento de Ingeniería Telemática
Universidad Carlos III de Madrid
[email protected]
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Índice
•
Introducción a la comunicación remota
•
Formato de representación externa de datos
•
Empaquetado de datos (marshaling)
•
Serialización de objetos de Java
•
El mecanismo de reflexión
•
Temas relacionados:
– Referencias a objetos remotos
•
Bibliografía:
G. Coulouris, et al. “Sistemas distribuidos. Conceptos y diseño”. 3ª ed. (o posterior).
Addison-Wesley 2001. CAPÍTULO 4.
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Arquitecturas Distribuidas
Comunicación remota
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mobjCliente () {
. . .
x = objetoRemoto.m1(a,b,c);
. . .
}
0100011101001
•
La información en los programas en ejecución se representa como estructuras de datos
(objetos interconectados)
•
En los mensajes, la información consiste en secuencias de bytes.
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Formato externo de representación de datos
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•
Las estructuras de datos (ED’s) deben ser aplanadas (convertidas a una secuencia de bytes)
para su transmisión.
•
El orden de almacenamiento de valores primitivos, como los enteros, puede diferir en
computadores distintos: big-endian o little endian.
•
La representación de los números de coma flotante también puede diferir.
•
Los códigos para representación de caracteres puede ser ASCII (Unix) o Unicode.
•
Para permitir el intercambio de valores de datos entre dos computadores, los valores podrán:
– convertirse a un formato externo de representación acordado antes de la transmisión.
– transmitirse en el formato del emisor, junto con la indicación del formato usado.
•
La representación externa de datos es un estándar acordado para la codificación de
estructuras de datos y valores primitivos.
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Empaquetado
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•
Empaquetado (marshalling) es el proceso de tomar un conjunto de datos y ensamblarlos en
una forma adecuada para ser transmitida en un mensaje.
•
Desempaquetado (unmarshalling) consiste en el desensamblaje en el punto de recepción
para producir una colección equivalente de datos.
•
Por tanto, el empaquetado consiste en la traducción de elementos de datos estructurados
y valores primitivos a una representación externa de datos.
•
El empaquetado permite:
– trabajar con los parámetros y resultados de invocaciones remotas,
– conversión de ED’s u objetos a formas adecuadas para transmisión de mensajes, y
– conversión de ED’s u objetos a formas adecuadas para almacenamiento en disco.
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CORBA CDR y Serialización de JAVA
•
Existen dos aproximaciones al empaquetado y representación externa de datos:
– Representación común de datos de CORBA (CORBA CDR): transmisión de argumentos y
resultados.
– Serialización/secuenciación de objetos de Java (serialization): transmisión de
argumentos y resultados y almacenamiento en disco.
•
En ambos casos, el des/empaquetado es realizado por el middleware sin intervención de la
aplicación.
•
En ambos casos, los tipos de datos primitivos se empaquetan a forma binaria.
•
Una forma alternativa de empaquetado consistiría en empaquetar a texto ASCII (HTTP).
•
El empaquetado ASCII es simple de implementar pero produce unos datos de mayor tamaño.
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Serialización de objetos en Java
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•
Actividad para aplanar un objeto o un conjunto de objetos relacionados a un formato
secuencial adecuado para almacenamiento en disco o transmisión en un mensaje.
•
Deserialización consiste en restablecer el estado de un objeto o conjunto de objetos a partir
de su forma serializada.
•
Se pueden pasar como argumentos y resultados tanto valores de tipos primitivos como
objetos.
•
Para que una clase sea serializable debe implementar la interfaz Serializable.
public class Persona implements Serializable {
private String nombre, lugar;
private int anno;
public Persona(String uNombre, String uLugar, int uAnno){
nombre = uNombre;
lugar = uLugar;
anno
= uAnno;
}
// Métodos para acceder a las variables de instancia
}
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Información de serialización
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•
El proceso de deserialización no tiene conocimiento previo de los tipos de los objetos de la
forma serializada.
•
Se necesita incluir información sobre la clase de cada objeto en la forma serializada.
•
Ello permitirá al receptor cargar las clases necesarias al serializar objetos.
•
Información en la serialización de un objeto:
Nombre
Versión
Número, tipo y nombre de variables instancia
Valores de variables instancia
Info. de la clase
•
El número de versión cambia cuando la clase sufre modificaciones sustanciales.
•
Puede establecerlo el programador o ser calculado como el hash del nombre, variables de
instancia, métodos e interfaces.
•
El proceso de deserialización comprueba si tiene la versión adecuada de la clase.
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Serialización recursiva
•
Los objetos de Java pueden contener referencias a otros objetos.
•
Cuando se serializa un objeto todos los objetos a los que mantiene referencias son también
serializados.
•
Al reconstruir los objetos en el destino, todas sus referencias podrán ser resueltas.
•
Las referencias son serializadas como apuntadores (handles).
•
Un apuntador es una referencia a un objeto en la forma serializada.
•
Deberá existir una correspondencia 1 a 1 entre referencias a objetos y apuntadores.
•
Cada objeto deberá ser escrito sólo una vez. En sus posteriores ocurrencias se escribirá el
apuntador.
•
Si las variables de instancia pertenecen a clases nuevas, su información de clase deberá
ser escrita también, seguida de los nombres y tipos de sus variables de instancia.
•
Cada clase tiene un apuntador de forma que sólo se escribe una vez al stream de bytes.
•
Por lo tanto, es un proceso recursivo.
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Más datos sobre la serialización de Java
•
Los contenidos de las variables que son tipos primitivos (enteros, caracteres, booleanos, bytes
y longs) se escriben en un formato binario portable.
•
Para ello se usan métodos de la clase ObjectOutputStream (writeObject).
•
Los strings y caracteres se escriben usando el Formato Universal de Transferencia (UTF),
con el método writeUTF.
•
En UTF los caracteres ASCII se representan con un byte y Unicode con múltiples bytes.
•
Los strings van precedidos del número de bytes que ocupan en el stream.
•
Como ejemplo, véase la forma serializada del siguiente objeto:
Persona p = new Persona(“Paco”, “Valencia”, 1909);
Persona
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Nº versión de 8 bytes
3
int anno
java.lang.String nombre
1909
4 Paco
8 Valencia
h0
java.lang.String lugar
h1
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Utilización del mecanismo de serialización
•
Para serializar un objeto:
– se crea una instancia de la clase ObjectOutputStream,
– se invoca su método writeObject, con el objeto a serializar como argumento.
•
Para deserializar un objeto de un stream de datos:
– se abre un ObjectInputStream sobre el stream en cuestión,
– se usa su método readObject para reconstruir el objeto original.
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Cambios en la serialización
•
El mecanismo de serialización y deserialización es llevado a cabo por el middleware sin
intervención de la aplicación.
•
Puede necesitarse características especiales en la serialización que obliguen a modificarla.
•
Para modificar la serialización se puede cambiar la implementación de los métodos de
de/serialización.
•
Pueden también declararse variables que no deban ser serializadas con el modificador
transient.
•
Ejemplos de objetos que no deban ser serializados son: sockets, ficheros locales, claves, etc.
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El mecanismo de reflexión (reflection)
•
La reflexión consiste en la habilidad de preguntar sobre las propiedades de una clase (nombres y
tipos de sus atributos y métodos).
•
Esto hace posible crear clases a partir de sus nombres y crear un constructor para una clase dada con
los argumentos dados.
•
La reflexión permite hacer serialización y deserialización de una manera totalmente genérica.
•
Por tanto, no hace falta generar funciones de empaquetado especiales para cada tipo de objeto (como sí es
el caso en CORBA).
•
La serialización de Java usa reflexión para:
–
•
averiguar el nombre de la clase del objeto a serializar y los nombres, tipos y valores de sus atributos.
La deserialización en Java usa reflexión para:
–
crear una clase a partir del nombre de la clase de la forma serializada;
–
esto se usa para crear un nuevo constructor con los tipos de argumentos correspondientes a los
especificados en la forma serializada;
–
el constructor se usa para crear un objeto con los atributos cuyos valores vienen en la forma serializada.
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Referencias a objetos remotos
•
Un objeto remoto vive sólo en el proceso que lo ha creado y muere al morir éste.
•
Las invocaciones a métodos remotos se transmiten a través de mensajes que contienen
la información necesaria (nombre del método, parámetros, valor de retorno, etc.).
•
Además, en una invocación remota se necesita especificar el objeto remoto sobre el que
se quiere ejecutar ese método.
•
Una referencia a objeto remoto (RR) es un identificador para un objeto que reside en algún
lugar de la red; esta referencia es válida a lo largo y ancho del sistema distribuido.
•
En la invocación remota se pasa una referencia al objeto remoto sobre el que se va a realizar
la invocación de ese método.
•
Las referencias remotas son pasadas como argumentos y devueltas como resultados.
•
Cada objeto remoto tiene una única RR.
•
Las RR pueden ser comparadas para averiguar si hacen referencia al mismo objeto remoto.
•
Las RR no deben ser reutilizadas; puede haber invocantes que mantengan RR obsoletas.
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Representación externa de las referencias remotas
•
Las RR deben ser generadas de forma que se asegure su carácter único.
•
Una forma de asegurar RR únicas es construyéndolas por concatenación con los datos:
32 bits
32 bits
32 bits
32 bits
Dirección Internet
Nº de puerto
Hora
Nº de objeto
Interfaz de objeto remoto
•
El número de puerto es el del proceso/hilo que creó el objeto.
•
El número de objeto se incrementa cada vez que se crea un nuevo objeto en ese proceso.
•
El nº de puerto y nº de objeto constituyen un identificador único para el proceso en esa
máquina.
•
La interfaz es relevante para cualquier proceso que reciba una RR como argumento o
resultado de una invocación remota.
•
La interfaz permite saber los métodos ofrecidos por el objeto remoto.
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