Объект, сервер, клиент. Схема взаимодействия клиента и объекта COM

Объект

Центральным элементом СОМ является объект. Приложения, поддерживающие СОМ, имеют в своем составе один или несколько объектов СОМ. Каждый объект представляет собой экземпляр соответствующего класса и содержит один или несколько интерфейсов. Что же такое объект СОМ?

Не вдаваясь пока в подробности реализации объектов СОМ в Delphi, можно сказать, что объект СОМ несколько отличается от обычного объекта.

Любой объект является экземпляром некоторого класса, то есть представляет собой переменную объектного типа. Поэтому объект обладает набором свойств и методов, которые работают с этими свойствами. К объектам применимы три основные характеристики: инкапсуляция, наследование и полиморфизм. Объекты СОМ всем этим требованиям удовлетворяют (существуют особенности наследования).

Применительно к объектам вообще понятие интерфейса объекта, как он был определен выше, не используется. В первом приближении можно считать, что все методы объекта составляют его единственный интерфейс, а указателем интерфейса является указатель на объект.

Объект СОМ может иметь любое число интерфейсов (если это число больше нуля), причем каждый интерфейс обладает собственным указателем. Это первое отличие объектов СОМ от обычных.

Некоторые языки программирования, например, Java, позволяют объекту иметь несколько интерфейсов.

У объектов СОМ имеется особенность еще в одном объектном механизме - наследовании. Вообще различают два способа наследования. Наследование реализации подразумевает передачу родителем потомку всего программного кода. Наследование интерфейса означает передачу только объявления методов, их программный код потомок должен предоставить самостоятельно.

Объекты СОМ поддерживают только наследование интерфейса, избегая тем самым возможного нарушения инкапсуляции родителя. Тем не менее, просто так выбросить наследование реализации нельзя. Вместо нее объекты СОМ используют механизм включения, то есть при необходимости потомок вызывает нужный метод родителя. Также применяется механизм агрегирования, когда один или несколько интерфейсов одного объекта на время включаются в другой объект путем передачи указателей.

Таким образом, объект СОМ с точки зрения ООП несомненно является объектом. Однако, как ключевой элемент технологии СОМ, он обладает рядом особенностей реализации базовых механизмов.

Интерфейс

Если объект СОМ является ключевым элементом реализации СОМ, то интерфейсы являются центральным звеном идеологии СОМ. Как двум принципиально разным объектам обеспечить взаимодействие друг с другом? Ответ прост: им необходимо заранее договориться о том, как они будут общаться. (Авторы намеренно не используют слово "язык", так как оно может вызвать нежелательные ассоциации с языком программирования, а как раз этот фактор не имеет во взаимодействии элементов СОМ никакого значения.)

Интерфейс как раз является тем средством, которое позволяет клиенту правильно обратиться к объекту СОМ, а объекту ответить так, чтобы клиент его понял.

Рассмотрим небольшой пример. На улице случайно встретились два человека: местный житель (объект СОМ) и заблудившийся иностранец (клиент). Предусмотрительный иностранец захватил с собой словарь (библиотека типов или интерфейс IUnknown). Иностранцу нужны знания местного жителя о городе. Он достал ручку и бумагу и, заглянув в словарь, составил фразу и старательно перерисовал незнакомые слова на бумагу. Местный житель оказался не промах. Он прочитал фразу, отобрал у иностранца словарь, составил по нему собственную фразу и тоже написал ее на бумаге. И все закончилось хорошо: довольный клиент (иностранец) получил от объекта СОМ (местного жителя) результат работы службы (информацию о дороге), а местный житель ушел вместе со словарем.

Как вы уже догадались, в этом примере интерфейсом является бумага и ручка: иностранец не знает чужого языка, зато знает, как правильно спросить,. чтобы ему ответили.

Для идентификации каждый интерфейс имеет два атрибута. Во-первых, это его имя, составленное из символов в соответствии с правилами используемого языка программирования. Каждое имя должно начинаться с символа "I". Это имя используется в программном коде. Во-вторых, это глобальный уникальный идентификатор (Globally Unique IDentifier, GUID), который представляет собой гарантированно уникальное сочетание символов, практически не повторяемое ни на одном компьютере в мире. Для интерфейсов такой идентификатор носит название IID (Interface Identifier).

В общем случае клиент может не знать, какие интерфейсы имеются у объекта. Для получения их перечня используется базовый интерфейс lunknown (см. ниже), который есть у любого объекта СОМ.

Затем клиенту необходимо знать, какие методы имеет выбранный им интерфейс. Для этого разработчик должен распространять описание методов интерфейсов вместе с объектом. Эту задачу помогает решать язык IDL (он также используется в библиотеках типов). Его синтаксис очень похож на C++.

Теперь осталось сделать самое важное - правильно вызвать сам метод. Для этого в СОМ описана реализация интерфейса на основе стандартного двоичного формата. Это обеспечивает независимость от языка программирования.

Доступный клиенту указатель интерфейса ссылается на внутренний указатель объекта и, через него, на специальную виртуальную таблицу (рис. 26.3). Эта таблица содержит указатели на все методы интерфейса. (Не правда ли, очень похоже на таблицу виртуальньк методов объекта в ООП.)

Первые три строки таблицы интерфейса всегда заняты под методы интерфейса lUnknown, так как любой интерфейс СОМ является его наследником этого интерфейса.

В результате, вызов метода клиентом проходит по цепочке указателей и получает указатель на конкретный метод, а затем исполняется соответствующий программный код.

Интерфейс IUnknown

Каждый объект СОМ обязательно имеет интерфейс lUnknown. Этот интерфейс имеет всего три метода, но они играют ключевую роль в функционировании объекта.

Метод Queryinterface возвращает указатель на интерфейс объекта, идентификатор IID которого передается в параметре метода. Если такого интерфейса объект не имеет, метод возвращает Null.

Обычно при первом обращении к объекту клиент получает указатель на интерфейс. Так как любой интерфейс является потомком IUnknown, то любой интерфейс имеет и метод Queryinterface. Поэтому в общем случае не важно, какой именно интерфейс может использовать клиент. При помощи метода Queryinterface он может получить доступ к любому интерфейсу объекта.

Интерфейс IUnknown обеспечивает работу еще одного важного механизма объекта СОМ - механизма учета ссылок. Объект должен существовать до тех пор, пока его использует хотя бы один клиент. При этом клиент не может самостоятельно уничтожить объект, ведь с ним могут работать и другие клиенты.

Поэтому при передаче наружу очередного указателя на интерфейс, объект увеличивает специальный счетчик ссылок на единицу. Если один клиент передает другому указатель на интерфейс этого объекта, то клиент, получающий указатель, обязан еще раз инкрементировать счетчик ссылок. Для этого используется метод AddRef интерфейса lunknown.

При завершении работы с интерфейсом клиент обязан вызвать метод Release интерфейса lunknown. Этот метод уменьшает счетчик ссылок на единицу. После обнуления счетчика объект уничтожает себя.

Сервер

Сервер СОМ представляет собой исполняемый файл: приложение или динамическую библиотеку, который может содержать один или несколько объектов одного или разных классов. Различают три типа серверов.

· Внутренний сервер (in-process server) реализуется динамическими библиотеками, которые подключаются к приложению-клиенту и работают в одном с ним адресном пространстве.

· Локальный сервер (local server) создается отдельным процессом, который работает на одном компьютере с клиентом.

· Удаленный сервер (remote server) создается процессом, который работает на другом компьютере по отношению к клиенту.

Рассмотрим локальный сервер. Получаемый клиентом указатель интерфейса в этом случае ссылается на специальный proxy - объект СОМ (назовем его заместителем), который функционирует внутри клиентского процесса. Заместитель предоставляет клиенту те же интерфейсы, что и вызываемый объект СОМ на локальном сервере. Получив вызов от клиента, заместитель упаковывает его параметры, и при помощи служб операционной системы передает вызов в процесс сервера. В локальном сервере вызов передается еще одному специализированному объекту — заглушке (stub), который распаковывает вызов и передает его требуемому объекту СОМ. Результат вызова возвращается клиенту в обратном порядке.

Рассмотрим удаленный сервер. Он функционирует так же, как и локальный сервер. Однако передача вызовов между двумя компьютерами осуществляется средствами DCOM - с помощью механизма вызова удаленных процедур (Remote Procedure Call, RPC).

Для обеспечения работы локальных и удаленных серверов используется механизм маршалинга и демаршалинга. Маршалингреализует единый в рамках СОМ формат упаковки параметров запроса, демаршалинг отвечает за распаковку. В описанных выше реализациях серверов за выполнение этих операций отвечают заместитель и заглушка. Эти типы объектов создаются совместно с основным объектом СОМ. Для этого применяется IDL.

Библиотека СОМ

Для обеспечения выполнения базовых функций и интерфейсов в операционной системе существует специальная библиотека СОМ (конкретная реализация может быть различной). Доступ к возможностям библиотеки осуществляется стандартным способом - через вызов функций. Согласно спецификации, имена всех библиотечных функций начинаются с приставки со.

При установке поддерживающего СОМ приложения в системный реестр записывается информация обо всех реализуемых им объектах СОМ:

· идентификатор класса (Class Identifier, CLSID), который однозначно определяет класс объекта;

· тип сервера объекта - внутренний, локальный или удаленный;

· для локальных и внутренних серверов сохраняется полное имя динамической библиотеки или исполняемого файла;

· для удаленных серверов записывается полный сетевой адрес.

Предположим, что клиент пытается использовать некоторый объект СОМ, который до этого момента не использовался. Следовательно, клиент не имеет указателя на нужный объект и интерфейс. В этом случае он обращается к библиотеке СОМ и вызывает метод CoCreateInstance, передавая ей в качестве параметра CLSID нужного класса, IID интерфейса и требуемый тип сервера.

Библиотека при помощи диспетчера управления службами (Service Control Manager, SCM) обращается к системному реестру, по идентификатору класса находит информацию о сервере и запускает его. Сервер создает экземпляр класса - объект и возвращает библиотеке указатель на запрошенный интерфейс.

Библиотека СОМ передает указатель клиенту, который впоследствии может обращаться непосредственно к объекту. Схема создания первого экземпляра объекта с помощью библиотеки СОМ и системного реестра приведена на рис. 26.4.

Для неявной инициализации созданного объекта (установки значений свойств) может использоваться специальный объект - моникер. Также клиент может инициализировать объект самостоятельно, применив специальные интерфейсы (iPersistFile, IpersistStorage, IPersistStream).

Создание объекта

Рассмотрим самый простой способ создания одного неинициализированного экземпляра объекта. Вначале клиент вызывает функцию библиотеки СОМ CoCreateInstance. Кроме других параметров, данный вызов задает CLSID объекта, который должен быть создан, а также IID некоторого интерфейса, поддерживаемого объектом. Далее библиотека СОМ по CLSID находит в системном реестре запись, соответствующую классу данного объекта. Эта запись содержит информацию о местоположении сервера, способного создать экземпляр класса объекта. После того как сервер найден, ОС запускает его.

Вместе с CLSID и IID первого интерфейса, указатель которого необходим клиенту, параметры CoCreateInstance позволяют также клиенту указать, какой тип сервера должен быть запущен библиотекой СОМ - например, "в процессе" или локальный. Клиент имеет право сказать, что тип сервера ему безразличен, либо задать любую комбинацию допустимых типов серверов.

Запущенный сервер создает экземпляр класса объекта и возвращает указатель на запрошенный интерфейс библиотеке СОМ. Последняя, в свою очередь, передает данный указатель клиенту, который затем может выполнять вызовы методов этого интерфейса. Так как результатом данного процесса является создание неинициализированного объекта, то клиент обычно запрашивает интерфейс, через который объект может быть инициализирован, хотя это и не обязательно.

До этого места подразумевалось, что создаваемый объект реализован в сервере "в процессе" или локальном, т.е. будет выполняться на той же машине, что и клиент. Что же происходит в случае удаленного сервера? Как создается удаленный экземпляр объекта?

Поддержка удаленных объектов обеспечивается DCOM. Процесс во многом аналогичен созданию локального объекта: клиент выполняет тот же вызов библиотеки СОМ, она просматривает системный реестр и т.д. Если же указан удаленный сервер, СОМ установит для создания экземпляра объекта связь с удаленной машиной. Как и все межмашинные коммуникации в DCOM, данный запрос выполняется вызовом удаленной процедуры. Просмотрев свой реестр, удаленная система находит исполняемый файл сервера и создает экземпляр объекта. Так же, как и в случае локального сервера, возвращается указатель на интерфейс, после чего клиент может вызывать методы вновь созданного объекта. Для клиента запуск объекта выполняется одинаково, независимо от того, каким сервером реализован объект: "в процессе", локальным или удаленным; данное различие должно учитываться клиентом, лишь когда он сам считает это необходимым.

Независимо от типа запускаемого сервера СОМ устанавливает правила защиты, определяющие, какими клиентами может быть запущен тот или иной сервер. Кроме того, СОМ задает интерфейсы и функции библиотеки СОМ для поддержки контроля прав доступа, хотя точная их реализация зависит от операционной системы. Доступ к распределенным сервисам защиты для удаленных серверов определяется DCOM.