Part 1 層
層(layer)這個概念在計算機領域是非常了不得的一個概念。計算機本身就體現了一種層的概念:系統調用層、設備驅動層、操作系統層、CPU指令集。每個層都負責自己的職責。網絡同樣也是層的概念,最著名的TCP/IP的七層協議。
層到了軟件領域也一樣好用。為什么呢?我們看看使用層技術有什么好處:
● 你使用層,但是不需要去了解層的實現細節。
● 可以使用另一種技術來改變基礎的層,而不會影響上面的層的應用。
● 可以減少不同層之間的依賴。
● 容易制定出層標準。
● 底下的層可以用來建立頂上的層的多項服務。
當然,層也有弱點:
● 層不可能封裝所有的功能,一旦有功能變動,勢必要波及所有的層。
● 效率降低。
當然,層最難的一個問題還是各個層都有些什么,以及要承擔何種責任。
典型的三層結構
三層結構估計大家都很熟悉了。就是表示(presentation)層, 領域(domain)層, 以及基礎架構(infrastructure)層。
表示層邏輯主要處理用戶和軟件的交互。現在最流行的莫過于視窗圖形界面(wimp)和基于html的界面了。表示層的主要職責就是為用戶提供信息,以及把用戶的指令翻譯。傳送給業務層和基礎架構層。
基礎架構層邏輯包括處理和其他系統的通信,代表系統執行任務。例如數據庫系統交互,和其他應用系統的交互等。大多數的信息系統,這個層的最大的邏輯就是存儲持久數據。
還有一個就是領域層邏輯,有時也被叫做業務邏輯。它包括輸入和存儲數據的計算。驗證表示層來的數據,根據表示層的指令指派一個基礎架構層邏輯。
領域邏輯中,人們總是搞不清楚什么事領域邏輯,什么是其它邏輯。例如,一個銷售系統中有這樣一個邏輯:如果本月銷售量比上個月增長10%,就要用紅色標記。要實現這個功能,你可能會把邏輯放在表示層中,比較兩個月的數字,如果超出10%,就標記為紅色。
這樣做,你就把領域邏輯放到了表示層中了。要分離這兩個層,你應該現在領域層中提供一個方法,用來比較銷售數字的增長。這個方法比較兩個月的數字,并返回boolean類型。表示層則簡單的調用該方法,如果返回true,則標記為紅色。
例子
層技術不存在說永恒的技巧。如何使用都要看具體的情況才能夠決定,下面我就列出了三個例子:
例子1:一個電子商務系統。要求能夠同時處理大量用戶的請求,用戶的范圍遍及全球,而且數字還在不斷增長。但是領域邏輯很簡單,無非是訂單的處理,以及和庫存系統的連接部分。這就要求我們1、表示層要友好,能夠適應最廣泛的用戶,因此采用html技術;2、支持分布式的處理,以勝任同時幾千的訪問;3、考慮未來的升級。
例子2:一個租借系統。系統的用戶少的多,但是領域邏輯很復雜。這就要求我們制作一個領域邏輯非常復雜的系統,另外,還要給他們的用戶提供一個方便的輸入界面。這樣,wimp是一個不錯的選擇。
例子3:簡單的系統。非常簡單,用戶少、邏輯少。但是也不是沒有問題,簡單意味著要快速交付,并且還要充分考慮日后的升級。因為需求在不斷的增加之中。
何時分層
這樣的三個例子,就要求我們不能夠一概而論的解決問題,而是應該針對問題的具體情況制定具體的解決方法。這三個例子比較典型。
第二個例子中,可能需要嚴格的分成三個層次,而且可能還要加上另外的中介(mediating)層。例3則不需要,如果你要做的僅是查看數據,那僅需要幾個server頁面來放置所有的邏輯就可以了。
我一般會把表示層和領域層/基礎架構層分開。除非領域層/基礎架構層非常的簡單,而我又可以使用工具來輕易的綁定這些層。這種兩層架構的最好的例子就是在VB、PB的環境中,很容易就可以構建出一個基于SQL數據庫的windows界面的系統。這樣的表示層和基礎架構層非常的一致,但是一旦驗證和計算變得復雜起來,這種方式就存在先天缺陷了。
很多時候,領域層和基礎架構層看起來非常類似,這時候,其實是可以把它們放在一起的。可是,當領域層的業務邏輯和基礎架構層的組織方式開始不同的時候,你就需要分開二者。
更多的層模式
三層的架構是最為通用的,尤其是對IS系統。其它的架構也有,但是并不適用于任何情況。
第一種是Brown model [Brown et al]。它有五個層:表示層(Presentation),控制/中介層(Controller/Mediator),領域層(Domain), 數據映射層(Data Mapping), 和數據源層(Data Source)。它其實就是在三層架構種增加了兩個中間層。控制/中介層位于表示層和領域層之間,數據映射層位于領域層和基礎架構層之間。
表示層和領域層的中介層,我們通常稱之為表示-領域中介層,是一個常用的分層方法,通常針對一些非可視的控件。例如為特定的表示層組織信息格式,在不同的窗口間導航,處理交易邊界,提供Server的facade接口(具體實現原理見設計模式)。最大的危險就是,一些領域邏輯被放到這個層里,影響到其它的表示層。
我常常發現把行為分配給表示層是有好處的。這可以簡化問題。但表示層模型會比較復雜,所以,把這些行為放到非可視化的對象中,并提取出一個表示-領域中介層還是值得的。
Brown ISA
表示層 表示層
控制/中介層 表示-領域中介層
領域層 領域層
數據映射層 數據庫交互模式中的Database Mapper
數據源層 基礎架構層
領域層和基礎架構層之間的中介層屬于本書中提到的Database Mapper模式,是三種領域層到數據連接的辦法之一。和表示-領域中介層一眼,有時候有用,但不是所有時候都有用。
還有一個好的分層架構是J2EE的架構,這方面的討論可以見『J2EE核心模式』一書。他的分層是客戶層(Client),表示層(Presentation),業務層(Business ),整合層(Integration),資源層(Resource)。差別如下圖:
J2EE核心 ISA
客戶層 運行在客戶機上的表示層
表示層 運行在服務器上的表示層
業務層 領域層
整合層 基礎架構層
資源層 基礎架構層通信的外部數據
微軟的DNA架構定義了三個層:表示層(presentation),業務層(business),和數據存儲層(data access),這和我的架構相似,但是在數據的傳遞方式上還有很大的不同。在微軟的DNA中,各層的操作都基于數據存儲層傳出的SQL查詢結果集。這樣的話,實際上是增加了表示層和業務層同數據存儲層之間的耦合度。
DNA的記錄集在層之間的動作類似于Data Transfer Object。
Part 2 組織領域邏輯
要組織基于層的系統,首要的是如何組織領域邏輯。領域邏輯的組織有好幾種模式。但其中最重要的莫過于兩種方法:Transation Script和Domain Model。選定了其中的一種,其它的都容易決定。不過,這兩者之間并沒有一條明顯的分界線。所以如何選取也是門大學問。一般來說,我們認為領域邏輯比較復雜的系統可以采用Domain Model。
Transation Script就是對表示層用戶輸入的處理程序。包括驗證和計算,存儲,調用其它系統的操作,把數據回傳給表示層。用戶的一個動作表示一個程序,這個程序可以是script,也可以是transation,也可以是幾個子程序。在例子1中,檢驗,在購物車中增加一本書,顯示遞送狀態,都可以是一個Transation Script。
Domain Model是要建立對應領域名詞的模型,例如例1中的書、購物車等。檢驗、計算等處理都放到領域模型中。
Transation Script屬于結構性思維,Domain Model屬于OO思維。Domain Model比較難使用,一旦習慣,你能夠組織更復雜的邏輯,你的思想會更OO。到時候,即使是小的系統,你也會自然的使用Domain Model了。
但如何抉擇呢?如果邏輯復雜,那肯定用Domain Model:如果只需要存取數據庫,那Transation Script會好一些。但是需求是在不斷進化的,你很難保證以后的需求還會如此簡單。如果你的團隊不善于使用Domain Model,那你需要權衡一下投入產出比。另外,即使是Transation Script,也可以做到把邏輯和基礎架構分開,你可以使用Gateway。
對例2,毫無疑問要使用Domain Model。對例1就需要權衡了。而對于例3,你很難說它將來會不會像例2那樣,你現在可以使用Transation Script,但未來你可能要使用Domain Model。所以說,架構的決策是至關緊要的。
除了這兩種模式,還有其它中庸的模式。Use Case Controller就是處于兩者之間。只有和單個的用例相關的業務邏輯才放到對象中。所以大致上他們還是在使用Transation Script,而Domain Model只是Database Gateway的一組集合而已。我不太用這種模式。
Table Module是另一個中庸模式。很多的GUI環境依托于SQL查詢的返回結果。你可以建立內存中的對象,來把GUI和數據庫分開來。為每個表寫一個模塊,因此每一行都需要關鍵字變量來識別每一個實例。
Table Module適用于很多的組件構建于一個通用關系型數據庫之上,而且領域邏輯不太復雜的情況。Microsoft COM 環境,以及它的帶ADO.NET的.NET環境都適合使用這種模式。而對于Java,就不太適用了。
領域邏輯的一個問題是領域對象非常的臃腫。因為對象的行為太多了,類也就太大了。它必須是一個超集。這就要考慮哪些行為是通用的,哪些不是,可以由其它的類來處理,可能是Use Case Controller,也可能是表示層。
還有一個問題,復制。他會導致復雜和不一致。這比臃腫的危害更大。所以,寧可臃腫,也不要復制。等到臃腫為害時再處理它吧。
選擇一個地方運行領域邏輯
我們的精力集中在邏輯層上。領域邏輯要么運行在Client上,要么運行在Server上。
比較簡單的做法是全部集中在Server上。這樣你需要使用html的前端以及web server。這樣做的好處是升級和維護都非常的簡單,你也不用考慮桌面平臺和Server的同步問題,也不用考慮桌面平臺的其它軟件的兼容問題。
運行在Client適合于要求快速反應和沒有聯網的情況。在Server端的邏輯,用戶的一個再小的請求,也需要信息從Client到Server繞一圈。反應的速度必然慢。再說,網絡的覆蓋程度也不是說達到了100%。
對于各個層來說,又是怎么樣的呢?
基礎架構層:一般都是在Server啦,不過有時候也會把數據復制到合適的高性能桌面機,但這是就要考慮同步的問題了。
表示層在何處運行取決于用戶界面的設計。一個Windows界面只能在Client運行。而一個Web界面就是在Server運行。也有特別的例子,在桌面機上運行web server的,例如X Server。但這種情況少的多。
在例1中,沒有更多的選擇了,只能選在Server端。因此你的每一個bit都會繞一個大圈子。為了提高效率,盡量使用一些純html腳本。
人們選用Windows界面的原因主要就是需要執行一些非常復雜的任務,需要一個合適的應用程序,而web GUI則無法勝任。這就是例2的做法。不過,人們應該會漸漸適應web GUI,而web GUI的功能也會越來越強大。
剩下的是領域邏輯。你可以全部放在Server,也可以全部放在Client,或是兩邊都放。
如果是在Client端,你可以考慮全部邏輯都放在Client端,這樣至少保證所有的邏輯都在一個地方。而把web server移至Client,是可以解決沒有聯網的問題,但對反應時間不會有多大的幫助。你還是可以把邏輯和表示層分離開來。當然,你需要額外的升級和維護的工作。
在Client和Server端都具有邏輯并不是一個好的處理辦法。但是對于那些僅有一些領域邏輯的情況是適用的。有一個小竅門,把那些和系統的其它部分沒有聯系的邏輯封裝起來。
領域邏輯的接口
你的Server上有一些領域邏輯,要和Client通信,你應該有什么樣的接口呢?要么是一個http接口,要么是一個OO接口。
http接口適用于web browser,就是說你要選擇一個html的表示層。最近的新技術就是web service,通過基于http、特別是XML進行通信。XML有幾個好處:通信量大,結構好,僅需一次的回路。這樣遠程調用的的開銷就小了。同時,XML還是一個標準,支持平臺異構。XML又是基于文本的,能夠通過防火墻。
雖然XML有那么多的好處,不過一個OO的接口還是有它的價值的。hhtp的接口不明顯,不容易看清楚數據是如何處理的。而OO的接口的方法帶有變量和名字,容易看出處理的過程。當然,它無法通過防火墻,但可以提供安全和事務之類的控制。
最好的還是取二者所長。OO接口在下,http接口在上。但這樣做就會使得實現機制非常的復雜。
Part 3 組織web Server
很多使用html方式的人,并不能真正理解這種方式的優點。我們有各種各樣好用的工具,但是卻搞到讓程序難以維護。
在web server上組織程序的方式大致可以分為兩種:腳本和server page。
腳本方式就是一個程序,用函數和方法來處理http調用。例如CGI腳本和java servlet。它和普通的程序并沒有什么兩樣。它從web頁面上獲得html string形態的數據,有時候還要做一些表達式匹配,這正是perl能夠成為CGI腳本的常用語言的原因。而java servelet則是把這種分析留給程序員,但它允許程序員通過關鍵字接口來訪問信息,這樣就會少一些表達式的判斷。這種格式的web server輸出是另一種html string,稱為response,可以通過流數據來操作。
糟糕的是流數據是非常麻煩的,因此就導致了server page的產生,例如PHP,ASP,JSP。
server page的方式適合回應(response)的處理比較簡單的情況。例如“顯示歌曲的明細”,但是你的決策取決于輸入的時候,就會比較雜亂。例如“通俗和搖滾的顯示格式不同”。
腳步擅長于處理用戶交互,server page擅長于處理格式化回應信息。所以很自然的就會采用腳本處理請求的交互,使用server page處理回應的格式化。這其實就是著名的MVC(Model View Controller)模式中的view/controller的處理。
應用Model View Controller模式首要的一點就是模型要和web服務完全分離開來。使用Transaction Script或Domain Model模式來封裝處理流程。
接下來,我們就把剩余的模式歸入兩類模式中:屬于Controller的模式,以及屬于View的模式。
View模式
View這邊有三種模式:Transform View,Template View和Two Step View。Transform View和Template View的處理只有一步,將領域數據轉換為html。Two Step View要經過兩步的處理,第一步把領域數據轉換為邏輯表示形式,第二步把邏輯表示轉換為html。
兩步處理的好處是可以將邏輯集中于一處,如果只有一步,變化發生時,你就需要修改每一個屏幕。但這需要你有一個很好的邏輯屏幕結構。如果一個web應用有很多的前端用戶時,兩步處理就特別的好用。例如航空訂票系統。使用不同的第二步處理,就可以獲得不同的邏輯屏幕。
使用單步方法有兩個可選的模式:Template View,Transform View。Template View其時就是把代碼嵌入到html頁面中,就像現在的server page技術,如ASP,PHP,JSP。這種模式靈活,強大,但顯得雜亂無章。如果你能夠把邏輯程序邏輯在頁面結構之外進行很好的組織,這種模式還是有它的優點的。
Transform View使用翻譯方式。例如XSLT。如果你的領域數據是用XML處理的,那這種模式就特別的好用。
Controller模式
Controller有兩種模式。一般我們會根據動作來決定一項控制。動作可能是一個按鈕或鏈接。所這種模式就是Action Controller模式。
Front Controller更進一步,它把http請求的處理和處理邏輯分離開來。一般是只有一個web handle來處理所有的請求。你的所有的http請求的處理都由一個對象來負責。你改變動作結構的影響就會降到最小