鐵路概預(yù)算軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘 要：本文結(jié)合鐵路工程概預(yù)算軟件項(xiàng)目的實(shí)例，闡述了對N層體系架構(gòu)技術(shù)的理解，并通過分析具體的項(xiàng)目特點(diǎn)，詳細(xì)地表述了如何設(shè)計(jì)一個可以靈活部署為單臺計(jì)算機(jī)應(yīng)用模式、企業(yè)局域網(wǎng)應(yīng)用模式、Internet應(yīng)用模式的分布式應(yīng)用系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：鐵路概預(yù)算；軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)；N層體系結(jié)構(gòu)；Web服務(wù)；分布式應(yīng)用程序；應(yīng)用程序部署

中圖分類號：TP311.52；U215.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）02-0022-03

The Application Architecture Design of Budgetary Estimation of Railway Engineering

ZHANG Chi

（Dalian JiYi Logistics Co.，Ltd.，Dalian 116601，China）

Abstract：In this article，via a software project of budgetary estimation of railway engineering，the author describes the understanding of the technique of N-tire architecture. By analyzing the characteristic of the concrete project，the author illustrates how to make a system architecture design plan of a distributed software application，in which explained that the application can be deployed flexibly by a single desktop mode，or by an enterprise intranet mode，or by the internet mode.

Keywords：budgetary estimation of railway engineering；software system design；N-Tier；Web service；distributed application；application deployment

引 言

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，軟件的規(guī)模和應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大，造成了軟件程度的復(fù)雜度不斷加大，所以高效地開發(fā)出高質(zhì)量的軟件產(chǎn)品越來越困難，于是軟件開發(fā)人員開始關(guān)注如何找到理解軟件的更好途徑和探討是否存在更好的途徑來構(gòu)造復(fù)雜的大型軟件系統(tǒng)。為此，作為基層的計(jì)算機(jī)技術(shù)人員，我們對手頭的工作項(xiàng)目進(jìn)行了深入的思考。下面，結(jié)合我們在鐵路概預(yù)算軟件開發(fā)過程中的體會，就如何用N層體系結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)該項(xiàng)目的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行簡單介紹。

1 N層體系結(jié)構(gòu)簡介

設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫相關(guān)的軟件系統(tǒng)，總逃不開在如何確定系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的問題上做出選擇。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)從當(dāng)年的不分層，發(fā)展到今天的N層體系結(jié)構(gòu)。軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)也從當(dāng)年無規(guī)矩可循的泥沼中，走到今天規(guī)范的高速路上來。

最初的解決方案是不分“層”的，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)層被分離出來，這樣就形成了一個典型的兩層結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在這種架構(gòu)中，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在后臺存儲和管理數(shù)據(jù)，在用戶界面層里，負(fù)責(zé)進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯的處理和表示。雖然在大多數(shù)情況下，這些已經(jīng)足夠解決問題了，但仍存在著一些缺陷，如由于客戶端包含了業(yè)務(wù)邏輯，業(yè)務(wù)邏輯一改，所有客戶端都要升級等。由此，三層架構(gòu)出現(xiàn)了，業(yè)務(wù)邏輯層被從客戶端分離出來，并被部署在一臺服務(wù)器上，客戶端簡單到只是IE瀏覽器。這樣，便彌補(bǔ)了兩層架構(gòu)的缺陷。但對于需要在復(fù)雜客戶端操作的軟件系統(tǒng)，這么“瘦”的客戶端顯然是不能滿足需求的，所以客戶端必須是復(fù)雜的應(yīng)用程序界面，那么，業(yè)務(wù)邏輯又應(yīng)該放到哪里呢？

隨著組件技術(shù)的不斷發(fā)展，N層架構(gòu)出現(xiàn)了，這給上文的提問以多樣的解決方式。N層架構(gòu)還是以三層架構(gòu)為基礎(chǔ)的，只是業(yè)務(wù)邏輯層被劃分得更細(xì)，如表示層和業(yè)務(wù)邏輯的接口被從業(yè)務(wù)邏輯層單獨(dú)分離出來，業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)庫的接口也被從業(yè)務(wù)邏輯層單獨(dú)分離出來，數(shù)據(jù)實(shí)體層被單獨(dú)定義，這樣每層的邏輯更單一，層與層的接口更清晰，而這一切帶來的就是更容易地升級、更簡單地維護(hù)、更靈活地部署。

總結(jié)了這么多的分層方式，可以看出，給出一個設(shè)計(jì)方案是有多種選擇的。采用何種方案的標(biāo)準(zhǔn)是：哪種體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案更適合我們的具體項(xiàng)目；適合的標(biāo)準(zhǔn)是：體量合適、效率滿足需要、易于升級、易于維護(hù)、可以靈活部署。

下面以我們的項(xiàng)目為案例，闡述我們的解決方案。

2 鐵路概算軟件的項(xiàng)目特點(diǎn)

設(shè)計(jì)鐵路概算軟件體系結(jié)構(gòu)時，以下方面是必須考慮到的：

2.1 多專業(yè)配合工作

一個工程項(xiàng)目一般包含多個子工程，每個子工程需要多個專業(yè)配合設(shè)計(jì)。比如一個房建工程就涉及房屋、水暖、電力、裝飾、機(jī)械等專業(yè)；更大的工程如一個秦沈客運(yùn)專線，就需要多個車站多個區(qū)間的線路工程、橋梁工程、房建工程、信號工程、通信工程等。如此說來，我們面臨這樣一個事務(wù)模型：它是由許多相互關(guān)聯(lián)的子事務(wù)構(gòu)成的，這些子事務(wù)模型共享基礎(chǔ)資源，共享設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，彼此有時序關(guān)聯(lián)，互為約束條件。

2.2 多人協(xié)作工作

用戶是軟件設(shè)計(jì)時要考慮的第一要素。一個復(fù)雜的概算項(xiàng)目是由許多角色共同參與、彼此配合來完成的。這在本項(xiàng)目中表現(xiàn)得尤為突出。如，一種典型概算編制的工作模式就是：具體設(shè)計(jì)者完成自己負(fù)責(zé)的個別概算；概算科負(fù)責(zé)配置定額標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總；項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人或總工程師負(fù)責(zé)審核，以及責(zé)令修改。在這種模式中，要由許多有特定權(quán)限的角色共同協(xié)作來完成工作。

2.3 異地并行工作

隨著Internet接入的不斷普及，異地（非公司局域網(wǎng)范圍內(nèi)）并行工作成為可能，而這也正符合大型勘查設(shè)計(jì)工作的特點(diǎn)。另一種情況是，概算審查單位（比如上級主管部門、建設(shè)單位）也都處于本單位局域網(wǎng)之外，他們也有要求通過Internet訪問某特定概算的需求。

這些情況，帶來了通過Internet訪問本系統(tǒng)的需求。

2.4 多變的部署規(guī)模

大的設(shè)計(jì)院，一般有幾百個設(shè)計(jì)人員，有幾十個人的工經(jīng)處；中型的設(shè)計(jì)院，有近百個設(shè)計(jì)人員，有十余人的概算科；而眾多小型設(shè)計(jì)所、施工單位，有可能只有一個人，需要在一臺電腦上完成所有操作。

對于這種種需求，在今天飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)面前，其有效實(shí)現(xiàn)都已經(jīng)成為可能。

3 采用的軟件技術(shù)

（1）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用了MS SQL Server2008。（2）客戶端采用了MS.Net Windows Application和IE配合使用。（3）服務(wù)端組件的設(shè)計(jì)采用了.Net Managed Component和ASP.NET。（4）Web服務(wù)器采用MS IIS。（5）數(shù)據(jù)交換技術(shù)，采用了兩種技術(shù)，一是基于SAOP協(xié)議的XML Web Service，它可以穿透防火墻，適于Internet應(yīng)用；二是基于TCP或HTTP協(xié)議，傳送Binary Stream的.Net Remoting，它交換速度更快，適于局域網(wǎng)內(nèi)部應(yīng)用。由于這些技術(shù)不在本文的討論范圍之內(nèi)，故不展開討論。

4 我們的鐵路概算軟件的體系結(jié)構(gòu)

基于以上種種考慮，我們的鐵路概預(yù)算軟件的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)共分為六層，如圖1所示，箭頭代表調(diào)用關(guān)系。

4.1 客戶端表示層

該層采用有著豐富表現(xiàn)形式的Windows應(yīng)用程序作為客戶端程序，通過這個界面，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的輸入和處理方式，也能更好地利用客戶端的資源，這是IE插件所難以辦到的。

4.2 業(yè)務(wù)邏輯接口層

該層用來將客戶端表示層和業(yè)務(wù)邏輯層隔離。在該層中，主要完成用戶權(quán)限管理工作，只有有權(quán)限的用戶才能存取相應(yīng)的業(yè)務(wù)。同時，在該層中完成界面表示層和業(yè)務(wù)邏輯層之間數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。該層也為之后靈活地部署提供了條件。

4.3 業(yè)務(wù)邏輯層

該層的功能是比較好理解的——在該層中處理所有定額的管理邏輯、規(guī)則的定義邏輯、概算的計(jì)算邏輯，以及所有數(shù)據(jù)格式的合理性檢查。同時，它又是對多種來自業(yè)務(wù)邏輯接口層的一種歸納抽象，可以降低冗余業(yè)務(wù)邏輯，提高代碼的內(nèi)聚性。

4.4 數(shù)據(jù)接口層

該層的功能很單一，是內(nèi)存中的數(shù)據(jù)集和數(shù)據(jù)庫之間的接口。它只負(fù)責(zé)定額、概算數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫之間的交換。它是業(yè)務(wù)邏輯層對數(shù)據(jù)庫的調(diào)用的一種歸納和抽象，能夠大幅度地降低冗余代碼。

4.5 數(shù)據(jù)實(shí)體層

數(shù)據(jù)實(shí)體層是數(shù)據(jù)庫中的實(shí)體在組件中的再定義。為什么要把它單獨(dú)分離出來呢？這是因?yàn)槠渌鲗訌谋举|(zhì)上說都要和數(shù)據(jù)庫對話，業(yè)務(wù)邏輯操縱的業(yè)務(wù)實(shí)體就是數(shù)據(jù)庫中的實(shí)體，而在N層結(jié)構(gòu)中，只有數(shù)據(jù)接口層才能和數(shù)據(jù)庫交流，為此我們創(chuàng)建了數(shù)據(jù)實(shí)體層。從上圖中可以看出，其他各層都要對本層進(jìn)行訪問。同時帶來的好處是，它是數(shù)據(jù)庫中的實(shí)體的所有信息在組件中的映象，它對所有數(shù)據(jù)實(shí)體在組建中建立了強(qiáng)制類型的約束。

4.6 數(shù)據(jù)庫層

數(shù)據(jù)庫層負(fù)責(zé)定額、規(guī)則、概算數(shù)據(jù)的存取。把所有業(yè)務(wù)邏輯從數(shù)據(jù)庫層剔除，當(dāng)然是理想化的，但同時也會使我們不得不放棄數(shù)據(jù)庫管理軟件的強(qiáng)大功能所帶來的好處。為此我們還是利用了數(shù)據(jù)庫提供的關(guān)聯(lián)、索引、約束等手段，同時設(shè)計(jì)了簡明的存儲過程和觸發(fā)器，在提供和數(shù)據(jù)接口層交流的同時，降低業(yè)務(wù)邏輯層的工作量。

5 多層的優(yōu)點(diǎn)

有的讀者可能會問，這么簡單的一個輸入定額、費(fèi)率、再計(jì)算、輸出報表的過程用得著設(shè)計(jì)這么多層嗎？那么，拋下邏輯清晰、便于升級、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)不講，下面介紹幾種部署方案，來簡單了解一下N層體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來的其他益處。

5.1 簡單的個人版的部署

這類用戶可能只有一臺電腦，需要我們將所有組件都部署在同一臺機(jī)器上。數(shù)據(jù)庫可以安裝SQL Server MSDE，同時簡化用戶管理模塊，使該用戶擁有所有權(quán)限。這樣，該用戶會覺得和使用一個單機(jī)版的軟件沒有區(qū)別。

5.2 一個中大型企業(yè)的部署

圖2是各種組件在一個企業(yè)局域網(wǎng)內(nèi)部的部署：

豎虛線左面的是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，右面的是各層部署的組件。服務(wù)器集群的作用是均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，那么客戶的個數(shù)將只會受到集群的大小的限制。一般情況下，幾百人的企業(yè)有一臺電腦也足夠了。

5.3 面向Internet用戶的部署

圖3是各種組件在一個Internet解決方案中的部署：

從這張圖中可以看出，客戶端可以通過調(diào)用Web Service，在Internet上訪問本系統(tǒng)，同樣為了降低海量用戶訪問的壓力，可以設(shè)計(jì)兩個服務(wù)器集群，一個是web服務(wù)器集群，它是一個橋梁，溝通外部世界；另一個集群是組件服務(wù)器集群，用以完成業(yè)務(wù)邏輯處理。兩個集群之間用.Net Remoting連接。

這樣，通過組件的部署與配置，我們的軟件系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展為一個可以在Internet級別上應(yīng)用的大型系統(tǒng)，可以為廣大的客戶提供鐵路工程概預(yù)算服務(wù)。

6 結(jié) 論

以上是我們對鐵路概預(yù)算軟件項(xiàng)目設(shè)計(jì)的簡單介紹。通過對N層體系架構(gòu)的理解、對具體項(xiàng)目的分析，闡述了在本項(xiàng)目中，我們對層次的劃分，以及它所帶來的益處。

我們希望能夠?qū)⒐ぷ髦械那猩眢w會進(jìn)行歸納總結(jié)，并試圖得出超出具體軟件項(xiàng)目之外的規(guī)律性的東西。希望同行們批評指正，讓我們工程技術(shù)人員一起努力，把最新的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，讓新興的軟件信息技術(shù)為鐵路建設(shè)事業(yè)服務(wù)。

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作者簡介：張弛（1988.03-），男，漢族，遼寧錦州人，本科，助理工程師。主要從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用相關(guān)研究。