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vendredi 28 décembre 2018

OSGI : Concepts généraux


Aujourd’hui nous allons parler d’un framework qui me tient à coeur: OSGI. Cela faisait un moment que je voulais écrire un article sur celui ci mais beaucoup d’autre sujet, se sont trouvé être plus intéressant sur le moment.

À vrai dire, OSGI est clairement très intéressant mais l’utilisant depuis déjà près de 8 ans, malgré l'intérêt qu’il a intrinsèquement, il ne porte plus pour moi ce goût de nouveau que peuvent avoir les sujets comme l’IA... , c’est évident.

Pourtant voilà, je me suis dit, il est temps de faire le point sur le sujet et de le mettre un peu plus sous les projecteurs, car mine de rien, quasiment tout le monde l’a un jour utiliser, mais très peu de gens le savent!

Mais repartons du début!

Historique

OSGI [OSGI], [wikipedia] ou Open Service Gateway Initiative est un framework de gestion de composants et de services. Initialement prévu pour le monde de l’embarqué (si si ^^), il a été utilisé par des constructeur comme Volvo, BMW ou encore Cisco et s’emploie dans les produits logiciels à destination du monde de la domotique et des systèmes de sécurités

Nous le verrons plus en détail mais pourquoi OSGI? parce que ce framework est léger (en dehors de la JVM) et permet le chargement et le déchargement de ses librairies à chaud tout en facilitant la manipulation de ces dernières dans des versions différentes simultanément.

Issu de la JSR 8 [JSR8], OSGI a été créé dans les années 2000 et a évolué régulièrement. Ainsi aujourd’hui la spécification OSGI en est à la version 7 [OSGI-V7] avec une implémentation de référence fourni par l’Alliance OSGI qui ne doit pas être considéré comme une version de production mais “juste de références”. Ainsi différentes versions open sources ont été implémenté pour répondre à des besoins plus techniques et se sont accaparé ces différentes versions des spécifications comme equinox [equinox], knoplerfish [knoplerfish], concierge [concierge] ou encore felix [felix].

Aujourd’hui la spécification 7 de OSGI forme un pavé de plus de 1000 pages de documentation [OSGI-V7-CORE] et il nous est impossible d’en faire un résumé exhaustif ici cependant dans cet article nous tâcherons de passer en revu les concepts pivots de OSGI pour en comprendre les mécanismes clefs puis nous nous intéresserons aux différentes implémentations ainsi que leur intégrations dans les frameworks plus classique (mais qu’on sait pas que OSGI est dedans…. O_o)

OSGI concepts généraux

OSGI est donc un framework Java. Conçu il y a près de 18 ans, celui ci est un peu partout sans que personne ne le sache vraiment. On le trouve dans la plupart de nos serveurs d’applications JEE, jusque dans nos IDE comme eclipse qui à fondé sa architecture dessus… si si…

Bien sûr ce n’est pas parce que quelque chose est utilisé partout que forcément c’est bien…. c’est vrai on le voit tous les jours avec le framework Spring! non blague à part (ou pas), OSGI est partout mais pour de bonnes raisons et c’est justement sa discrétion qui en fait sa force et sa pertinence.

En effet, OSGI est un framework amenant des moyen technique de mise en oeuvre logicielle mais aussi des moyens conceptuelles, apportant avec lui quelques paradigme de modélisation simple mais efficace laissant libre le développeur de faire ce qu’il veut tout en lui garantissant plus de souplesse à son application.

Il fournit pour cela une implémentation à deux paradigmes importants en développement logiciel:

  • la modularité qui permet la gestion et l’articulation logique des éléments de l’application
  • les services qui fournissent les moyens de donner une opérationnalitée à ces éléments en leur donnant du sens.

La modularité dans OSGI

Sans aller trop loin dans le débat de la modularité [serv-side], on rappellera quelques principe de façon à poser ce à quoi nous attendre dans OSGI

La modularité est une approche de conception permettant la séparation des préoccupations, que celles-ci soient fonctionnelle, ou technique.

Bien sur il existe différents degrés de modularité et celle-ci s’appliquant sur la solution logicielle à des niveaux très variés.

Il est ainsi possible de concevoir de façon modulaire tant au niveau de l’architecture système que de l'architecture logicielle. Quel que soit l’objectif métier, le but est de permettre de scinder les problématiques et amener du découplage facilitant ainsi: la réalisation, le test, la compréhension, la maintenance, la mise à jour, etc...



Pour mettre en oeuvre de la modularité dans une architecture, il existe divers solutions et implémentations: certains design pattern comme l’observateur [observ], l’association du pattern proxy et factory [invochand] ou encore l’utilisation de contrat de services avec des interfaces et des API comme illustré ci dessus.

OSGI propose une autre alternative en se situant à la croisé des chemins de ces approches. Nous en avions parlé dans l’article [whriteboard]. En résumé, la modularité consiste en la construction de composants interdépendants via des interfaces (API). Des lors, l’utilisation d’un module par un autre passe par une api et masque donc l’identité du composant réellement utilisé, c’est le principe du masquage de l'implémentation permettant ainsi découplage, réutilisation, capacité à être testé etc…

Cependant, on constate une limite a l’utilisation des contrats de service et des API : il faut etre capable de re-associer les composants interdépendants [serv-side]. Il faut pour cela utiliser des patterns comme la Factory et au final déplacer le couplage vers la factory [whiteboard].


Alors bien sur il existe d’autres approches pour répondre à cette problématique avec les framework d’IoC comme Spring (implémentant le pattern Hollywood [hollywood]) utilisant des xml ou des annotations. Pourtant ces solutions sont assez peu satisfaisantes car elles confient les détails d'implémentations à un acteur tiers qui aura la charge de faire communiquer les composants entre eux sur la base d’une description donné statiquement. Finalement cela re-créera un couplage car si en effet dans Spring (par exemple) on spécifie la dépendance d’un composant via une API et des interfaces, il faudra lui spécifier un à moment l'implémentation qui y répondra et cela de façon statique par configuration.

Le pattern Broker

OSGI fournit une alternative en utilisant le pattern Broker [broker] permettant, au travers d’un registre de bundle (nom des composants ou modules OSGI) et de service, de déporter le couplage en dehors de la préoccupation des composants mis en interaction.

Il s’agit avant tout d’un pattern d’architecture (non d'implémentation) qui classiquement s’utilise dans le cadre de service de messagerie comme JMS mais qui ici se focalise sur la mise en collaboration des bundles entre eux, à la demande, et ce géré par le registre.

Dans sa mise en oeuvre, un ensemble de composants (les bundles) vont s’enregistrer auprès du registre comme fournisseur de services liés à différents contrats d’interfaces. Ensuite, par l'intermédiaire du registre, ils seront appelé par d’autres bundle ayant besoin des services remplissant les contrats d’interfaces souhaités.

Dans ce principe, aucun bundle ne se connait directement, tout passe par le registre qui aura à gérer l’ensemble des services offerts et les clients qu’il faudra rediriger vers les bonnes implémentations.


Les services

OSGI est une implémentation du pattern Broker. Il s’agit donc en réalité d’un framework permettant la conception logicielle de façon modulaire mais et surtout de construire des applications selon une logique orienté service.

Ainsi comme nous venons de le voir la modularité va nous amener à séparer les préoccupations, les services vont en plus nous amener à réfléchir nos bundles selon le rôle qu’ils ont à mener dans notre application de façon à en exposer juste et seulement leur valeur ajouté.

L’idée est la encore et toujours la modularité, mais en ayant une forte décomposition, on maximise alors le re-use car un service implémentant un contrat de service pourra être mis à disposition par le registre à tous les bundles en ayant le besoin.

Vous allez dire mais ça Spring le fait déjà au final le registre, c’est le fichier xml de Spring.

Effectivement mais OSGI va plus loin:

  • D’une part, l’utilisation du registre va autoriser un bundle à consommer un service à la demande et de s’en défaire, le couplage entre les bundles est dynamique et non permanent.
  • La conséquence du point précédent que nous détaillerons plus loin dans l’article est que cela permet la mise en ligne des bundles sans que ces derniers n’aient eu le besoin de résoudre à leur chargement toute leur dépendance et service.
  • Ceci nous amènera alors à la possibilité de gérer des versions concurrente d’un même service pour faciliter leur mise à jour à chaud.

Avec OSGI, la gestion des services par le registre des bundles nous laisse entrevoir quelques fonctionnalités dont nous n’avons pas vraiment l’habitude. Dans un projet classique, généralement nous pensons notre application comme un tout unique dont les éléments, librairies et services, devront évoluer conjointement. Mais avec OSGI, cette vision limitative devient caduc et il faudra penser l’application comme un système en perpétuel mutation dont les éléments nouveau côtoient des éléments anciens et dont les services seront utilisés selon le besoin.

Gestion des dépendances

Pour permettre des mécanismes de gestion à chaud des bundles et de la consommations dynamiques des services, OSGI va donc fournir un certain nombre de concepts focalisé sur une gestion un peu particulière des dépendances.

Cette gestion des dépendances va s’exprimer selon deux types [10min]:

  • les dépendances statiques
  • les dépendances dynamiques

Statiquement

La gestion statique des dépendances dans OSGI est assez similaire à la gestion des dépendances Java réalisé avec le classpath à ceci prêt que celui ci est plus stricte car embarque avec les lui le detail des versions impliqué dans la dépendance.

Cela paraît dans un premier temps très contraignant cependant cela permet en fait de faire vivre au sein du framework deux versions distinctes d’une même dépendance, laissant alors au composant qui en ont besoin d’utiliser celle avec laquelle il sera le plus en phase.

Ce type de dépendance se déclarent au sein du manifest java décoré et adapté au formalisme OSGI (nous verrons cela plus en détails dans le chapitre sur les bundles).

Ainsi les bundles lorsqu’ils seront chargé par le framework OSGI (on verra plus tard mais il s’agit de la phase d’installation) devront trouver dans leur classpath ou dans les classloader du framework les dépendances apportées par les autres bundles dans les versions attendues


Dynamiquement

Une fois installé, un bundle apporte un ensemble de dépendance statique, cependant, pour créer un minimum de couplage, il est préférable de s’appuyer autant que faire se peut sur le pattern broker.

Ainsi pour cela le framework OSGI nous amene à construire des bundles définissant des contrats des services ne contenant que des informations spécifiques aux contrats de services.

Ainsi ces contrats seront ensuite implémentés par un autre bundle qui aura la charge de l'implémentation du contrat de service. Ainsi, ce bundle s'enregistrer auprès du registre et lorsqu’un autre bundle demandera au registre OSGI un service conforme au contrat de service défini dans le bundle contrat alors le registre fournit l'implémentation.

L'intérêt de cette approche est qu’il est possible alors de proposer divers implémentation d’un même contrat de service.


Conclusion

Nous avons dans les grandes lignes les principes généraux de OSGI, son paradigme de modélisation modulaire et orienté service.

L'intérêt de son utilisation est double, d’une part de fournir une solution réelle de couplage des modules mais aussi la capacité de faire évoluer une application dynamiquement tout au long de son cycle de vie et ce, “à chaud”.

Il peut être intéressant maintenant d’en parcourir l’utilisation dans le concret (dans le prochain article sur OSGI) afin de mieux appréhender ses contraintes techniques.

Références

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