軟件開發(fā)中的三層架構(gòu)技術(shù)分析

徐文鋒

X

摘要：隨著計算機(jī)的普及，人們在生活中越來越依賴計算機(jī)，因而對計算機(jī)軟件也提出了更高的要求，要求計算機(jī)軟件能夠提供更加方便、快捷、周全的服務(wù)。這就對計算機(jī)軟件開發(fā)技術(shù)提出了更高的要求，為了適應(yīng)軟件發(fā)展的需要，在計算機(jī)軟件開發(fā)中更多地引入了三層架構(gòu)技術(shù)。文章對此技術(shù)進(jìn)行了具體的分析。

關(guān)鍵詞：軟件開發(fā)；二層架構(gòu)；三層架構(gòu)

計算機(jī)普及之初，軟件的開發(fā)使用的都是二層架構(gòu)技術(shù)，即只考慮2個端點(diǎn)：客戶端和服務(wù)器端。用戶通過客戶端界面所提供的數(shù)據(jù)，直接在客戶端對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算和處理，然后通過服務(wù)器在數(shù)據(jù)庫中對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取等操作，得出需要的最終結(jié)果，并將結(jié)果傳輸?shù)娇蛻舳私缑骘@示給用戶。

在這種方式中，客戶端直接和服務(wù)器對接，沒有其他數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，有利于提高數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)讀取的速度，但缺點(diǎn)是當(dāng)計算機(jī)軟件的任何一個部分發(fā)生更改，哪怕是最微小的變動，整個計算機(jī)軟件都需要重新開發(fā)，限制了軟件的通用性。特別是對于大型軟件開發(fā)，除不利于軟件的修改，在軟件的開發(fā)期也存在很大的困難，需要程序編程人員相互高度配合，而且也不利于工作的分配。

為了解決這種矛盾，就出現(xiàn)了計算機(jī)軟件的三層架構(gòu)技術(shù)，將原先單一的客戶端和服務(wù)器端的模式，根據(jù)功能分別拆分成表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層和數(shù)據(jù)實(shí)體層。采用“分而治之”的思想，把復(fù)雜的問題分成不同的部分，即不同的層，以便逐個解決問題，便于軟件的設(shè)計、控制、資源分配和修改。為了讓大家更好地了解三層架構(gòu)技術(shù)，本文從幾個方面對軟件開發(fā)中的三層架構(gòu)技術(shù)進(jìn)行介紹。

1三層架構(gòu)技術(shù)中具體分工和各層功能介紹

（1）表示層：主要是指適合用戶與計算機(jī)的交互界面，目的是為了方便用戶數(shù)據(jù)的輸入和顯示處理后的數(shù)據(jù)結(jié)果，這部分工作主要由界面的美工完成。軟件設(shè)計人員通過表示層界面收集用戶輸入的數(shù)據(jù)要求，并把這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成業(yè)務(wù)邏輯層可以操作的數(shù)據(jù)。同時也把業(yè)務(wù)邏輯層傳出的結(jié)果轉(zhuǎn)換成客戶想要的效果，通過文本、圖片、動畫、3D等格式顯示在用戶眼前。表示層也可以被理解為輸入和輸出的操作平臺，我們可以創(chuàng)建一個圖書館，然后把客戶要求設(shè)計成固定的元素：圖片、腳本、CSS、附件等進(jìn)行統(tǒng)一管理。

（2）業(yè)務(wù)邏輯層：又稱為領(lǐng)域?qū)?，是表示層和?shù)據(jù)訪問層的中間橋梁，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)之間的邏輯處理，主要是對經(jīng)過表示層輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證、計算和業(yè)務(wù)規(guī)則等方面的處理。在程序編寫的過程中，主要體現(xiàn)在對象的方法、屬性、事件、索引、接口等，通過這些手段，實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)訪問層的對接。業(yè)務(wù)邏輯層的位置非常關(guān)鍵，它位于表示層與數(shù)據(jù)訪問層的中間位置，對數(shù)據(jù)的交換起到了承上啟下的作用。對于表示層而言，它是被調(diào)用者，而對于數(shù)據(jù)訪問層而言，它是調(diào)用者，依賴與被依賴的關(guān)系都糾結(jié)在業(yè)務(wù)邏輯層上。

（3）數(shù)據(jù)訪問層：直接和數(shù)據(jù)庫中原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對接，是對數(shù)據(jù)底層的操作，主要包括對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改、查找等操作。該層主要的功能是根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯層的要求，把存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)取出并提交給業(yè)務(wù)邏輯層，同時把業(yè)務(wù)邏輯層處理的數(shù)據(jù)結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫。對數(shù)據(jù)庫的操作，可以分為單表操作、關(guān)聯(lián)表操作和不同數(shù)據(jù)庫之間的操作?？梢猿浞掷肧QL語言中的Insert，delete，update，Select等語句，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，同時返回不同的數(shù)據(jù)類型結(jié)果，例如Data Table，Bool，Data Set，Data Reader等，將其生成DLL文件，然后通過組件的引用就可以現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)訪問的功能。

（4）數(shù)據(jù)實(shí)體層：就是數(shù)據(jù)庫中的原始數(shù)據(jù)。為了能夠更有效地存儲原始數(shù)據(jù)，方便數(shù)據(jù)訪問層對數(shù)據(jù)的存取等操作，就必須對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計，將數(shù)據(jù)有規(guī)律地進(jìn)行存放。

數(shù)據(jù)庫設(shè)計是信息系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。首先我們應(yīng)該對軟件用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的使用情況進(jìn)行調(diào)查和分析，了解所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的種類、范圍、數(shù)量、存在形式以及它們之間的關(guān)聯(lián)情況，并由此確定用戶對數(shù)據(jù)庫的要求和相關(guān)制約條件等，形成用戶的需求分析。

通過用戶的需求分析，建立出一個合適的數(shù)學(xué)模型。這個數(shù)學(xué)模型應(yīng)能夠完整反映出現(xiàn)實(shí)中所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的信息結(jié)構(gòu)、信息內(nèi)容和信息之間的互相關(guān)聯(lián)與制約關(guān)系，并滿足用戶對信息的存儲、維護(hù)、檢索和修改數(shù)據(jù)的操作要求等。

2三層架構(gòu)技術(shù)的工作原理

首先，用一張圖表示三層架構(gòu)技術(shù)之間的關(guān)系（見圖1）。

從圖1中可以很清晰地看到四層之間的一個邏輯關(guān)系。用戶通過表示層的界面輸入數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳遞給業(yè)務(wù)邏輯層進(jìn)行驗(yàn)證、計算、處理等操作，然后傳遞給數(shù)據(jù)訪問層，通過數(shù)據(jù)訪問層到數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行增加、刪除、查找等操作，得到用戶所需要的數(shù)據(jù)結(jié)果，將結(jié)果進(jìn)行存儲并把結(jié)果返回到數(shù)據(jù)訪問層，再通過給業(yè)務(wù)邏輯層，最后以用戶設(shè)定的格式顯示在用戶界面，最終用戶得到自己需要的結(jié)果。四層中任意一層僅僅和自己相鄰的層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而和其他層無任何關(guān)聯(lián)。

三層架構(gòu)技術(shù)，其實(shí)就相當(dāng)于在客戶端與數(shù)據(jù)庫端之間加了一個“中間層”，也可以稱之為組件層。這個“中間層”，并不是實(shí)際物理意義上的中間層，而指的是邏輯上的中間層，把應(yīng)用程序中的業(yè)務(wù)規(guī)則、數(shù)據(jù)訪問、合法性校驗(yàn)等工作放到了中間層進(jìn)行處理，客戶端不再直接與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，而是通過中間層來建立連接，再由中間層和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，最終實(shí)現(xiàn)客戶端和數(shù)據(jù)庫端的數(shù)據(jù)的交互。

3三層架構(gòu)技術(shù)的規(guī)則

在軟件開發(fā)的三層架構(gòu)技術(shù)中，第四層數(shù)據(jù)實(shí)體層是基本的數(shù)據(jù)源，是必不可少的一層，是軟件操作的基礎(chǔ)，它的運(yùn)算效果取決于計算機(jī)的硬件和數(shù)據(jù)庫設(shè)計的合理性。而對于另外三層，并不是只要項(xiàng)目被劃分成了表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層就稱之為三層架構(gòu)，這三層之間還必須要遵守一些約定的規(guī)則：（1）表示層僅僅只是一個和用戶進(jìn)行對接的界面，因而可以將其任意移植到其他類似環(huán)境的項(xiàng)目中。（2）數(shù)據(jù)實(shí)體層只能通過數(shù)據(jù)訪問層進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，其他層都不能夠直接從數(shù)據(jù)實(shí)體層中讀取數(shù)據(jù)。（3）數(shù)據(jù)訪問層只能作為一個對數(shù)據(jù)庫實(shí)體的讀取中間層，而不能進(jìn)行任何業(yè)務(wù)邏輯的處理操作。（4）軟件設(shè)計應(yīng)該以業(yè)務(wù)邏輯層為核心，而不是數(shù)據(jù)訪問層或是數(shù)據(jù)實(shí)體層，更不應(yīng)該是表示層。在業(yè)務(wù)邏輯層應(yīng)該以面向?qū)ο蟮姆绞?，?shí)現(xiàn)所有的有業(yè)務(wù)邏輯操作。（5）數(shù)據(jù)層中所有的數(shù)據(jù)都應(yīng)該在一定的抽象程度上做到與系統(tǒng)無關(guān)。（6）設(shè)計的時候，所有的遠(yuǎn)程對象技術(shù)都應(yīng)該考慮到不同的服務(wù)器和多臺服務(wù)器之間的負(fù)載均衡作集群。（7）這3個模塊中的任意模塊都可以運(yùn)行在不同的服務(wù)器上。

一個項(xiàng)目是否需要進(jìn)行三層設(shè)計，首先要看這個項(xiàng)目的復(fù)雜度。實(shí)際上，很多項(xiàng)目只需要編輯一個WebApplication就足夠?qū)崿F(xiàn)全部功能了，根本不需要更復(fù)雜的技術(shù)，而只有真正復(fù)雜的項(xiàng)目，才需要利用三層架構(gòu)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計和開發(fā)。

4三層架構(gòu)技術(shù)的優(yōu)勢

通過對三層架構(gòu)技術(shù)的工作原理的理解，我們可以得到通過三層架構(gòu)技術(shù)開發(fā)出來的軟件的優(yōu)點(diǎn)。

（1）結(jié)構(gòu)清晰，耦合度低。三層架構(gòu)技術(shù)中層次分明，層與層之間結(jié)構(gòu)清晰，軟件編寫人員分工明確，層與層之間的關(guān)聯(lián)不多，降低層與層之間的依賴性，編寫人員可以只關(guān)注整個結(jié)構(gòu)中的某一層，從而極大地避免了二層技術(shù)開發(fā)的軟件中存在的耦合度問題。

（2）可維護(hù)性高，可擴(kuò)展性高。用三層架構(gòu)技術(shù)開發(fā)的軟件在后期維護(hù)的時候，極大地降低了維護(hù)成本和維護(hù)時間。軟件的任意一部分的功能更改和升級，僅需更改某層的設(shè)計和編寫，而不需要對整個系統(tǒng)做出改變，而不像用二層技術(shù)開發(fā)的軟件那樣，一個小程序的變化都需要調(diào)整整個軟件開發(fā)，極大地提高了軟件的維護(hù)性和擴(kuò)展性。

（3）利于開發(fā)任務(wù)同步進(jìn)行，容易適應(yīng)需求變化。三層架構(gòu)技術(shù)極大地解決了軟件開發(fā)的問題，特別是大型軟件開發(fā)的問題，讓軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn)任務(wù)的同步。在二層技術(shù)開發(fā)軟件時，由于僅有2個端點(diǎn)，故軟件開發(fā)時就存在一個編程的先后，必須由一個團(tuán)隊(duì)對整個軟件流程十分清楚，并從始至終編寫所有環(huán)節(jié)的程序。而三層架構(gòu)技術(shù)把軟件分成4個層次，而且層與層之間關(guān)聯(lián)不大，故可以將軟件分成4個不同層次進(jìn)行同步開發(fā)，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的同步，從而大大縮短了軟件開發(fā)的時間，更容易適應(yīng)需求的變化。

5三層架構(gòu)技術(shù)的缺點(diǎn)

（1）降低了整個系統(tǒng)的讀取數(shù)據(jù)的速度。在二層技術(shù)結(jié)構(gòu)中，大部分?jǐn)?shù)據(jù)的讀取是通過客戶端直接造訪數(shù)據(jù)庫而得到的結(jié)果，而三層架構(gòu)技術(shù)卻必須經(jīng)過4個層次的完整過程才能得到最終結(jié)果，無形中增加了中間環(huán)節(jié)，從而降低了系統(tǒng)的性能。

（2）有時會導(dǎo)致關(guān)聯(lián)層次的修改。由于三層架構(gòu)技術(shù)中層與層之間存在邏輯關(guān)系，當(dāng)其中一個層次由于需要而發(fā)生功能的改變或增加時，很有可能導(dǎo)致其他層次的代碼改變。例如：當(dāng)表示層中增加了一個功能，為了保證其各層設(shè)計的結(jié)構(gòu)合理性，可能需要在對應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層中都增加相應(yīng)的代碼，從而達(dá)到最終數(shù)據(jù)的一致性。

（3）整體代碼編寫的工作量增加。由于三層架構(gòu)技術(shù)增加了層與層之間的接口，有些能夠直接使用的代碼現(xiàn)在不得不分開使用，無形中增加了代碼的編寫工作量。

（4）增加了開發(fā)成本。原先一個整體的軟件開發(fā)，現(xiàn)在首先必須將其分割成不同功能的層次，而且需要考慮層與層之間的連接接口，無形中增加了整個軟件開發(fā)的過程和工作量，從而增加了軟件開發(fā)的成本。

總體而言，針對如今軟件開發(fā)的日趨大型化、規(guī)模化的特點(diǎn)，三層架構(gòu)技術(shù)解決了很多二層架構(gòu)技術(shù)中無法解決的問題，從而真正實(shí)現(xiàn)了軟件開發(fā)的同步性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性，是軟件開發(fā)進(jìn)步的重要標(biāo)志。