软件架构和设计模式
摘要
本文主要介绍软件架构、模式以及框架等的概念,着重介绍了MVC架构模式,还有Facade设计模式。对MVC模式的概念和模式扩展作了详细介绍,对Facade模式的应用通过UML图做了举例说明。
关键词:模式 框架 MVC Facade
目录
1.概念..................................................................................................................... 4
1.1 软件架构的概念...................................................................................... 4
1.2 架构视图的概念...................................................................................... 4
1.3 模式的概念.............................................................................................. 4
1.4 架构模式与设计模式的概念.................................................................. 4
1.5 框架的概念.............................................................................................. 4
2.MVC 架构模式.................................................................................................. 5
2.1 MVC概念................................................................................................. 5
2.2 MVC模式的扩展..................................................................................... 6
3.Facade模式......................................................................................................... 7
3.1 概述.......................................................................................................... 7
3.2 应用.......................................................................................................... 7
3.3 优缺点....................................................................................................... 8
1.概念
1.1 软件架构的概念
软件架构是在组件,彼此间和与环境间的关系,引导设计发展原则中体现的系统的基本结构。架构是对软件系统组织,结构部分和系统包含接口的选择,集合部分的特定行为,较大子系统部分的构成和架构风格的重大决定的设置。
1.2 架构视图的概念
一个架构视图是对于从某一视角或某一点上看到的系统所做的简化描述,描述中涵盖了系统的某一特定方面,而省略了于此方面无关的实体。
1.3 模式的概念
模式其实就是解决某一类问题的方法论。把解决某类问题的方法总结归纳到理论高度,那就是模式。
1.4 架构模式与设计模式的概念
架构模式描述了一个出面在软件架构设计过程中的再现设计问题,并为它提供了一个经过充分验证的解决方案。该解决方案包括其组成组件、它们的结构、相互关系以及它们的协作方式等的描述。
设计模式是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。毫无疑问,设计模式于己于他人于系统都是多赢的,设计模式使代码编制真正工程化,设计模式是软件工程的基石,如同大厦的一块块砖石一样。
1.5 框架的概念
框架是整个或部分系统的可重用设计,表现为一组抽象构件及构件实例间交互的方法;另一种定义认为,框架是可被应用开发者定制的应用骨架。前者是从应用方面而后者是从目的方面给出的定义。一个框架是一个可复用的设计构件,它规定了应用的体系结构,阐明了整个设计、协作构件之间的依赖关系、责任分配和控制流程,表现为一组抽象类以及其实例之间协作的方法,它为构件复用提供了上下文关系。因此构件库的大规模重用也需要框架。
框架通常定义了应用体系的整体结构、类和对象的关系等等设计参数,以便于具体应用实现者能集中精力于应用本身的特定细节。框架主要记录软件应用中共同的设计决策,框架强调设计复用,因此框架设计中必然要使用设计模式。
另外,设计模式有助于对框架结构的理解,成熟的框架通常使用了多种设计模式,如果你熟悉这些设计模式,毫无疑问,你将迅速掌握框架的结构,我们一般开发者如果突然接触EJB J2EE等框架,会觉得特别难学,难掌握,那么转而先掌握设计模式,无疑是给了你剖析EJB或J2EE系统的一把利器。
2.MVC 架构模式
2.1 MVC概念
MVC英文即Model-View-Controller,即把一个应用的输入、处理、输出流程按照Model、View、Controller的方式进行分离,这样一个应用被分成三个层——模型层、视图层、控制层。
视图(View)代表用户交互界面,对于Web应用来说,可以概括为HTML界面,但有可能为XHTML、XML和Applet。随着应用的复杂性和规模性,界面的处理也变得具有挑战性。一个应用可能有很多不同的视图,MVC设计模式对于视图的处理仅限于视图上数据的采集和处理,以及用户的请求,而不包括在视图上的业务流程的处理。业务流程的处理交予模型(Model)处理。比如一个订单的视图只接受来自模型的数据并显示给用户,以及将用户界面的输入数据和请求传递给控制和模型。
模型(Model):就是业务流程/状态的处理以及业务规则的制定。业务流程的处理过程对其它层来说是黑箱操作,模型接受视图请求的数据,并返回最终的处理结果。业务模型的设计可以说是MVC最主要的核心。目前流行的EJB模型就是一个典型的应用例子,它从应用技术实现的角度对模型做了进一步的划分,以便充分利用现有的组件,但它不能作为应用设计模型的框架。它仅仅告诉你按这种模型设计就可以利用某些技术组件,从而减少了技术上的困难。对一个开发者来说,就可以专注于业务模型的设计。MVC设计模式告诉我们,把应用的模型按一定的规则抽取出来,抽取的层次很重要,这也是判断开发人员是否优秀的设计依据。抽象与具体不能隔得太远,也不能太近。MVC并没有提供模型的设计方法,而只告诉你应该组织管理这些模型,以便于模型的重构和提高重用性。我们可以用对象编程来做比喻,MVC定义了一个顶级类,告诉它的子类你只能做这些,但没法限制你能做这些。这点对编程的开发人员非常重要。
业务模型还有一个很重要的模型那就是数据模型。数据模型主要指实体对象的数据 保存(持续化)。比如将一张订单保存到数据库,从数据库获取订单。我们可以将这个模型单独列出,所有有关数据库的操作只限制在该模型中。
控制(Controller)可以理解为从用户接收请求, 将模型与视图匹配在一起,共同完成用户的请求。划分控制层的作用也很明显,它清楚地告诉你,它就是一个分发器,选择什么样的模型,选择什么样的视图,可以完成什么样的用户请求。控制层并不做任何的数据处理。例如,用户点击一个连接,控制层接受请求后, 并不处理业务信息,它只把用户的信息传递给模型,告诉模型做什么,选择符合要求的视图返回给用户。因此,一个模型可能对应多个视图,一个视图可能对应多个模型。
模型、视图与控制器的分离,使得一个模型可以具有多个显示视图。如果用户通过某个视图的控制器改变了模型的数据,所有其它依赖于这些数据的视图都应反映到这些变化。因此,无论何时发生了何种数据变化,控制器都会将变化通知所有的视图,导致显示的更新。这实际上是一种模型的变化-传播机制。模型、视图、控制器三者之间的关系和各自的主要功能,如图1所示。
图1 MVC组件类型的关系和功能
2.2 MVC模式的扩展
MVC模式具有极其良好的可扩展性。它可以轻松实现以下功能:
①实现一个模型的多个视图;
②采用多个控制器;
③当模型改变时,所有视图将自动刷新;
④所有的控制器将相互独立工作。
这就是MVC模式的好处,只需在以前的程序上稍作修改或增加新的类,即可轻松增加许多程序功能。以前开发的许多类可以重用,而程序结构根本不再需要改变,各类之间相互独立,便于团体开发,提高开发效率。下面讨论如何实现一个模型、两个视图和一个控制器的程序。其中模型类及视图类根本不需要改变,与前面的完全一样,这就是面向对象编程的好处。对于控制器中的类,只需要增加另一个视图,并与模型发生关联即可。该模式下视图、控制器、模型三者之间的示意图如图2所示。
图2 视图、控制器、模型三者之间关系的示意图
3.Facade模式
3.1 概述
Facade(外观)模式为子系统中的各类(或结构与方法)提供一个简明一致的界面,隐藏子系统的复杂性,使子系统更加容易使用。
实际应用中,我们在对付一些老旧的code(尤其是将C的代码转成C++代码)或者即便不是老旧code,但涉及多个子系统时,除了重写全部代码(对于老旧code而言),我们还可能采用这样一种策略:重新进行类的设计,将原来分散在源码中的类/结构及方法重新组合,形成新的、统一的接口,供上层应用使用。
这在某种意义上与Adapter及Proxy有类似之处,但是,Proxy(代理)注重在为Client-Subject提供一个访问的中间层,如CORBA可为应用程序提供透明访问支持,使应用程序无需去考虑平台及网络造成的差异及其它诸多技术细节;Adapter(适配器)注重对接口的转换与调整;而Facade所面对的往往是多个类或其它程序单元,通过重新组合各类及程序单元,对外提供统一的接口/界面。
3.2 应用
在遇到以下情况使用Facade模式:
1、当你要为一个复杂子系统提供一个简单接口时。子系统往往因为不断演化而变得越来越复杂。大多数模式使用时都会产生更多更小的类。这使得子系统更具可重用性,也更容易对子系统进行定制,但这也给那些不需要定制子系统的用户带来一些使用上的困难。
Facade可以提供一个简单的缺省视图,这一视图对大多数用户来说已经足够,而那些需要更多的可定制性的用户可以越过Facade层。
2、客户程序与抽象类的实现部分之间存在着很大的依赖性。引入Facade将这个子系统与客户以及其他的子系统分离,可以提高子系统的独立性和可移植性。
3、当你需要构建一个层次结构的子系统时,使用Facade模式定义子系统中每层的入口点,如果子系统之间是相互依赖的,你可以让它们仅通过Facade进行通讯,从而简化了它们之间的依赖关系。
Facade的一个典型应用就是数据库JDBC的应用,在应用中,经常需要对数据库操作,每次都写一段调用数据库的代码肯定比较麻烦,需要将其中不变的部分提炼出来,做成一个接口,这就引入了facade外观对象。如果以后我们更换其中的驱动也非常方便,比如从Mysql数据库换到Oracle数据库,只要更换facade接口中的driver就可以。
Facade不仅可以用来通过方法调用创建更简单的接口,还能用来减少客户必须处理的对象数量。例如,假设有一个Client对象必须处理Database、Model、Element对象。Client必须首先通过Database对象打开数据库,获取Model对象,然后再查询Model对象,获取Element对象,最后请求Element对象的信息。如果能够创建一个可供Client查询的Database Facade,那么以上过程将容易得多(参见图3)。
图3 Facade模式UML表示图
3.3 优缺点
Facade模式有下面一些优点:
1、它对客户屏蔽子系统组件,因而减少了客户处理的对象的数目并使得子系统使用起来更加方便。
2、它实现了子系统与客户之间的松耦合关系,而子系统内部的功能组件往往是紧耦合的。
松耦合关系使得子系统的组件变化不会影响到它的客户。Facade模式有助于建立层次结构系统,也有助于对对象之间的依赖关系分层。Facade模式可以消除复杂的循环依赖关系。这一点在客户程序与子系统是分别实现的时候尤为重要。
在大型软件系统中降低编译依赖性至关重要。在子系统类改变时,希望尽量减少重编译工作以节省时间。用Facade可以降低编译依赖性,限制重要系统中较小的变化所需的重编译工作。Facade模式同样也有利于简化系统在不同平台之间的移植过程,因为编译一个子系统一般不需要编译所有其他的子系统。
3、如果应用需要,它并不限制它们使用子系统类。因此你可以在系统易用性和通用性之间加以选择。