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软件的三层架构

标签: windowsc++架构via软件
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基于软件三层架构的研究报告

引言

三层结构是传统的客户/服务器结构的发展,代表了企业级应用的未来,典型的有Web下的应用。多层结构和三层结构的含义是一样的,只是细节有所不同。之所以会有双层、三层这些提法,是因为应用程序要解决三个层面的问题。

一、  软件架构和分层

(一)  软件架构(software architecture)

是一系列相关的抽象模式,用于指导大型软件系统各个方面的设计。 软件架构是一个系统的草图。软件架构描述的对象是直接构成系统的抽象组件。各个组件之间的连接则明确和相对细致地描述组件之间的通讯。在实现阶段,这些抽象组件被细化为实际的组件,比如具体某个类或者对象。在面向对象领域中,组件之间的连接通常用接口(计算机科学)来实现。 软件体系结构是构建计算机软件实践的基础。与建筑师设定建筑项目的设计原则和目标,作为绘图员画图的基础一样,一个软件架构师或者系统架构师陈述软件构架以作为满足不同客户需求的实际系统设计方案的基础。

(二)分层

分层是表示将功能进行有序的分组:应用程序专用功能位于上层,跨越应用程序领域的功能位于中层,而配置环境专用功能位于低层。分层从逻辑上将子系统划分成许多集合,而层间关系的形成要遵循一定的规则。通过分层,可以限制子系统间的依赖关系,使系统以更松散的方式耦合,从而更易于维护。子系统的分组标准包含以下几条规则可见度。各子系统只能与同一层及其下一层的子系统存在依赖关系。

(三)使用分层架构开发的必要性

    1、分层设计允许你分割功能进入不同区域。换句话说层在设计是就是逻辑组件的分组。例如,A层可以访问B层,但B层不能访问A 层。

    2、用分层的方法,以提高应用程序的可维护性,并使其更容易扩展,以提高性能。

(四)设计分层的原则

1、层意味着组建的逻辑分组。例如,对用户界面,业务逻辑和数据访问组建应该使用不同的不同的层。

2、在一个层内组建应该聚合的。如业务层组建仅应提供与业务逻辑相关的操作,而不是提供其他操作。

3、在设计的每一个层接口时要考虑好物理边界。如果通信扩月了物理边界,使用基于消息操作;否则使用基于对象操作。

4、考虑使用接口类型(interface)来定义每层的接口。这将允许你创建该接口的不同实现,提高可测性。

5、对于Web应用程序,在表示层和业务逻辑层之间实现基于消息的接口是一个好主意,即使这两层没有跨越物理边界。基于消息的接口更适合于无状态的Web操作。

二、软件的三层架构

(一)概述

在软件体系架构设计中,分层式结构是最常见,也是最重要的一种结构。微软推荐的分层式结构一般分为三层,从下至上分别为:数据访问层、业务逻辑层(又或称为领域层)、表示层。

1、表示层(UI):通俗讲就是展现给用户的界面,即用户在使用一个系统的时候他的所见所得。   

2、业务逻辑层(BLL):针对具体问题的操作,也可以说是对数据层的操作,对数据业务逻辑处理。   

3、数据访问层(DAL):该层所做事务直接操作数据库,针对数据的增添、删除、修改、查找等。

  

(二)三层结构原理:   

 

3个层次中,系统主要功能和业务逻辑都在业务逻辑层进行处理。   

所谓三层体系结构,是在客户端与数据库之间加入了一个“中间层”,也叫组件层。这里所说的三层体系,不是指物理上的三层,不是简单地放置三台机器就是三层体系结构,也不仅仅有B/S应用才是三层体系结构,三层是指逻辑上的三层,即使这三个层放置到一台机器上。三层体系的应用程序将业务规则、数据访问、合法性校验等工作放到了中间层进行处理。通常情况下,客户端不直接与数据库进行交互,而是通过COM/DCOM通讯与中间层建立连接,再经由中间层与数据库进行交互。

   

(三)各层的作用

 

数据访问层:

有时候也称为是持久层,其功能主要是负责数据库的访问,可以访问数据库系统、二进制文件、文本文档或是XML文档。简单的说法就是实现对数据表的Select,Insert,Update,Delete的操作。如果要加入ORM的元素,那么就会包括对象和数据表之间的mapping,以及对象实体的持久化。主要是对原始数据(数据库或者文本文件等存放数据的形式)的操作层,而不是指原始数据,也就是说,是对数据的操作,而不是数据库,具体为业务逻辑层或表示层提供数据服务。

   

业务逻辑层:

主要是针对具体的问题的操作,也可以理解成对数据层的操作,对数据业务逻辑处理,如果说数据层是积木,那逻辑层就是对这些积木的搭建。业务逻辑层(Business Logic Layer)无疑是系统架构中体现核心价值的部分。它的关注点主要集中在业务规则的制定、业务流程的实现等与业务需求有关的系统设计,也即是说它是与系统所应对的领域(Domain)逻辑有关,很多时候,也将业务逻辑层称为领域层。例如Martin Fowler在《Patternsof Enterprise Application Architecture》一书中,将整个架构分为三个主要的层:表示层、领域层和数据源层。作为领域驱动设计的先驱Eric Evans,对业务逻辑层作了更细致地划分,细分为应用层与领域层,通过分层进一步将领域逻辑与领域逻辑的解决方案分离。   业务逻辑层在体系架构中的位置很关键,它处于数据访问层与表示层中间,起到了数据交换中承上启下的作用。由于层是一种弱耦合结构,层与层之间的依赖是向下的,底层对于上层而言是“无知”的,改变上层的设计对于其调用的底层而言没有任何影响。如果在分层设计时,遵循了面向接口设计的思想,那么这种向下的依赖也应该是一种弱依赖关系。因而在不改变接口定义的前提下,理想的分层式架构,应该是一个支持可抽取、可替换的“抽屉”式架构。正因为如此,业务逻辑层的设计对于一个支持可扩展的架构尤为关键,因为它扮演了两个不同的角色。对于数据访问层而言,它是调用者;对于表示层而言,它却是被调用者。依赖与被依赖的关系都纠结在业务逻辑层上,如何实现依赖关系的解耦,则是除了实现业务逻辑之外留给设计师的任务。   

 

表示层:

位于最外层(最上层),离用户最近。用于显示数据和接收用户输入的数据,为用户提供一种交互式操作的界面。主要表示WEB方式,也可以表示成WINFORM方式,WEB方式也可以表现成:aspx, 如果逻辑层相当强大和完善,无论表现层如何定义和更改,逻辑层都能完善地提供服务。

   

(四)具体调用

 

微软的DNA架构定义了三个层:表示层(presentation),业务逻辑层(business),和数据访问层(data access)。具体又分为:界面外观层、界面规则层、业务接口层、业务逻辑层、实体层、数据访问层、数据存储层共七层,其具体的调用如图1所示:

 

(五)规则


    1.系统各层次及层内部子层次之间都不得跨层调用。
    2.Entityobject 在各个层之间传递数据。
    3.需要在UI层绑定到列表的数据采用基于关系的DataSet传递,除此之外,应该使用Entityobject传递数据。
    4.对于每一个数据库表(Table)都有一个DB Entity class与之对应,针对每一个Entityclass都会有一个BEM Class与之对应。
    5.有些跨数据库或跨表的操作(如复杂的联合查询)也需要由相应的BEM Class来提供支持。
    6.对于相对简单的系统,可以考虑将Business Function子层和Business Flow 子层合并为一个。
    7.UI层和BL层禁止出现任何SQL语句。

 

 

三、优缺点

(一)优点

1、开发人员可以只关注整个结构中的其中某一层;  

2、可以很容易的用新的实现来替换原有层次的实现;  

3、可以降低层与层之间的依赖;   

4、有利于标准化;   

5、利于各层逻辑的复用。

(二)缺点

1、降低了系统的性能。这是不言而喻的。如果不采用分层式结构,很多业务可以直接造访数据库,以此获取相应的数据,如今却必须通过中间层来完成。   

2、有时会导致级联的修改。这种修改尤其体现在自上而下的方向。如果在表示层中需要增加一个功能,为保证其设计符合分层式结构,可能需要在相应的业务逻辑层和数据访问层中都增加相应的代码。   

3、增加了开发成本。

 

(三)为什么要使用三层架构

对于一个简单的应用程序来说,代码量不是很多的情况下,一层结构或二层结构开发完全够用,没有必要将其复杂化,如果对一个复杂的大型系统,设计为一层结构或二层结构开发,那么这样的设计存在很严重缺陷。下面会具体介绍,分层开发其实是为大型系统服务的。在开发过程中,初级程序人员出现相似的功能经常复制代码,那么同样的代码写那么多次,不但使程序变得冗长,更不利于维护,一个小小的修改或许会涉及很多页面,经常导致异常的产生使程序不能正常运行。最主要的面向对象的思想没有得到丝毫的体现,打着面向对象的幌子却依然走着面向过程的道路。意识到这样的问题,初级程序人员开始将程序中一些公用的处理程序写成公共方法,封装在类中,供其它程序调用。例如写一个数据操作类,对数据操作进行合理封装,在数据库操作过程中,只要类中的相应方法(数据添加、修改、查询等)可以完成特定的数据操作,这就是数据访问层,不用每次操作数据库时都写那些重复性 的数据库操作代码。在新的应用开发中,数据访问层可以直接拿来用。面向对象的三大特性之一的封装性在这里得到了很好的体现。现在找到了面向对象的感觉,代码量较以前有了很大的减少,而且修改的时候也比较方便,也实现了代码的重用性。

四、与MVC的区别

    MVC是三个单词的缩写,分别为:模型(Model),视图(View)和控制Controller) MVC模式的目的就是实现Web系统的职能分工。 Model层实现系统中的业务逻辑,通常可以用JavaBeanEJB来实现。 View层用于与用户的交互,通常用JSP来实现。 Controller层是ModelView之间沟通的桥梁,它可以分派用户的请求并选择恰当的视图以用于显示,同时它也可以解释用户的输入并将它们映射为模型层可执行的操作。

同样是架构级别的,相同的地方在于他们都有一个表现层,但是他们不同的地方在于其他的两个层。   

在三层架构中没有定义Controller的概念。而MVC也没有把业务的逻辑访问看成两个层,这是采用三层架构或MVC搭建程序最主要的区别。当然,在三层中也提到了Model,但是三层架构中Model的概念与MVC中Model的概念是不一样的,“三层”中典型的Model层是以实体类构成的,而MVC里,则是由业务逻辑与访问数据组成的。

 

五、小结

在软件体系架构设计中,分层式结构是最常见,也是最重要的一种结构。 所以,分层式设计可以达至如下目的:分散关注、松散耦合、逻辑复用、标准定义。一个好的分层式结构,可以使得开发人员的分工更加明确。一旦定义好各层次之间的接口,负责不同逻辑设计的开发人员就可以分散关注,齐头并进。虽然三层架构仍有不可避免的缺陷,但是软件分层结构使得代码维护非常方便,设计明确,各层独立,专注自己擅长的领域。通过这次报告,对软件体系结构又有了更深入的了解。

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