基于Java的Web軟件程序框架分層設(shè)計(jì)探討

黃麗萍

（廣西盈賽數(shù)字科技有限公司 廣西 南寧 530011）

0 引言

在信息化時(shí)代下，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)滲透到了人們生活、生產(chǎn)的方方面面，而人們生活、生產(chǎn)中的大量線(xiàn)上需求，如網(wǎng)上購(gòu)物、支付、打車(chē)、工作等，都需要通過(guò)Web類(lèi)型的軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，這會(huì)使Web軟件程序承擔(dān)大量的客戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)及業(yè)務(wù)運(yùn)行壓力。而且當(dāng)前人們對(duì)于Web軟件程序的功能及效率需求也越來(lái)越高，這就給Web軟件程序的框架設(shè)計(jì)提出了更高要求。只有高效、安全且擴(kuò)展靈活的程序框架結(jié)構(gòu)，才能保證Web軟件程序的有序開(kāi)發(fā)和順暢運(yùn)行[1]。

自20世紀(jì)80年代開(kāi)始，程序的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)日益廣泛和普遍，最初由于程序的功能需求單一，所以程序的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)采用的都是單層結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)外均是如此。此后，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的迭代發(fā)展以及程序功能需求的增加，單層結(jié)構(gòu)的程序開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)逐漸無(wú)法再適應(yīng)現(xiàn)實(shí)的需要，于是便出現(xiàn)了多層結(jié)構(gòu)[2]。分層設(shè)計(jì)最先開(kāi)始在國(guó)外得到了廣泛應(yīng)用，進(jìn)入21世紀(jì)后在我國(guó)也快速普及起來(lái)，現(xiàn)如今已經(jīng)成為主要的程序開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方式[3]。

1 分層設(shè)計(jì)概念

隨著信息化設(shè)備以及互聯(lián)網(wǎng)的廣泛普及，人們對(duì)于各種程序應(yīng)用的需求性、依賴(lài)性也越來(lái)越強(qiáng)，程序開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)逐漸成為一項(xiàng)關(guān)鍵和重要的課題，不論是程序語(yǔ)言、輔助技術(shù)還是框架結(jié)構(gòu)都在不斷改進(jìn)、完善與升級(jí)[4]。如在最初的程序開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中，由于技術(shù)設(shè)備的限制以及功能需求較為單一，所以程序的框架結(jié)構(gòu)是扁平化的，這足以滿(mǎn)足程序開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)的需要。但是隨著技術(shù)設(shè)備性能的提升以及功能需求的增加，程序的規(guī)模變得越來(lái)越大，結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，扁平化的程序框架結(jié)構(gòu)難以再適應(yīng)程序開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的要求，容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)混亂、組織無(wú)序以及維護(hù)升級(jí)復(fù)雜等一系列難題。分層設(shè)計(jì)是與扁平化框架結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的一種程序開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)框架模式，它打破了扁平化的框架結(jié)構(gòu)體系，使程序開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的組織更加井然有序[5]。如它將程序的前端與后端相分離，相互之間通過(guò)專(zhuān)門(mén)的接口通道連接，彼此協(xié)調(diào)、配合，完成程序的整體運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能供給。最基本的分層設(shè)計(jì)是雙層模式，它概括性地將程序的前端與后端分離開(kāi)來(lái)，除此還有三層模式、四層模式以及五層和多層模式，其不同之處在于，對(duì)后端進(jìn)行了更加詳細(xì)的層次劃分，如將數(shù)據(jù)層和業(yè)務(wù)層進(jìn)一步分離開(kāi)來(lái)。

2 分層設(shè)計(jì)的特征與優(yōu)勢(shì)

2.1 分層設(shè)計(jì)的特征

分層設(shè)計(jì)的主要特征是改變了原始的扁平化程序框架結(jié)構(gòu)，顯著地增強(qiáng)了程序開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的組織性和有序性[6]。通過(guò)分層，不同層次的程序開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)只需要專(zhuān)注其本身應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)的功能，不需要考慮其他功能如何實(shí)現(xiàn)，如在前端的顯示層、交互層中，只需要考慮如何向用戶(hù)展示充分的信息，如何引導(dǎo)用戶(hù)提交其所需的功能需求等，并向用戶(hù)反饋結(jié)果，至于反饋結(jié)果是如何得出的，它則不需要考慮。而在后端的業(yè)務(wù)層中，就只需要考慮如何處理用戶(hù)的需求，不需要考慮如何與用戶(hù)交互，數(shù)據(jù)層的功能則更加純粹，只需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)的查詢(xún)、更新等功能即可。需要注意的是，在分層設(shè)計(jì)中，雖然程序的各個(gè)層次具有明確的界限劃分，但是它們依舊是一個(gè)嚴(yán)密的邏輯整體。

2.2 分層設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)

除了可以使程序的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)更加井然有序之外，分層設(shè)計(jì)的主要優(yōu)勢(shì)還有以下幾點(diǎn)：（1）程序的管理、維護(hù)更加方便，穩(wěn)定性更強(qiáng)。由于分層設(shè)計(jì)將不同的功能層劃分開(kāi)了，只是存在邏輯上的聯(lián)系，所以如果需要對(duì)層序的某一層進(jìn)行管理、維護(hù)，不會(huì)涉及和影響到其他層，一般情況下只需要對(duì)本層做出調(diào)整，便可以使程序穩(wěn)定運(yùn)行[7]；（2）程序的拓展性更強(qiáng)，如果需要的話(huà)，可以隨時(shí)在業(yè)務(wù)層中進(jìn)行程序的功能拓展和優(yōu)化，不會(huì)影響到其他層的運(yùn)行；（3）分層設(shè)計(jì)能夠大大提高程序開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的效率，不同分層的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工作可以同時(shí)進(jìn)行，加快程序開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的周期，不同層之間只需要提前協(xié)商、預(yù)留好接口即可；（4）一些功能模塊可以重復(fù)性使用，這有助于加快開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)效率，降低開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)成本。

3 基于Java的Web軟件程序前后端分離部署結(jié)構(gòu)

在基于Java的Web軟件程序框架分層設(shè)計(jì)中，前后端分離部署是最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)模式，它將前端的服務(wù)器與后端的服務(wù)器分離，形成雙層結(jié)構(gòu)。

3.1 前后端分離部署結(jié)構(gòu)分析

前后端分離部署結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

前后端分離部署結(jié)構(gòu)中需注意以下幾點(diǎn)：（1）前端程序運(yùn)行在前端服務(wù)器；（2）后面程序運(yùn)行在后端服務(wù)器；（3）用戶(hù)端通過(guò)瀏覽器向前端服務(wù)器進(jìn)行頁(yè)面請(qǐng)求；（4）前端服務(wù)器返回請(qǐng)求Web頁(yè)面；（5）Web頁(yè)面通過(guò)AJAX向后端服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)接口請(qǐng)求；（6）后端服務(wù)器返回?cái)?shù)據(jù)給Web進(jìn)行數(shù)據(jù)加載顯示。

3.2 前后端分離部署結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

基于Web的軟件一般都由前端交互程序和后端服務(wù)程序組成，前端與后端以一個(gè)怎么樣的模式協(xié)同工作是一個(gè)基于Web軟件程序框架必須解決的問(wèn)題。早期基于Web的框架大多是前端和后端代碼交織在一起開(kāi)發(fā)，由此帶來(lái)許多問(wèn)題，開(kāi)發(fā)效率低下，代碼易被污染，排查錯(cuò)誤及后期維護(hù)困難，擴(kuò)展功能不靈活。尤其是如果前端和后端是不同程序員開(kāi)發(fā)，程序出問(wèn)題后，還有可能發(fā)生互相推卸責(zé)任的問(wèn)題，前后端不分離，也就不存在高效、靈活的技術(shù)框架，所以一個(gè)優(yōu)秀的基于Web技術(shù)框架的開(kāi)發(fā)模式必須采用前后端分離開(kāi)發(fā)模式。

基于前后端分離開(kāi)發(fā)模式，可以得到上面的前后端分離總署結(jié)構(gòu)。因?yàn)榍岸顺绦蚝秃蠖顺绦蚴仟?dú)立的，所以可以將兩個(gè)程序分開(kāi)部署運(yùn)行，這樣部署有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。

（1）前后端程序更新可互不影響。當(dāng)某一端的程序需要更新時(shí)，只需要暫停要更新的目標(biāo)程序，而不會(huì)影響到另一個(gè)程序運(yùn)行。

（2）用戶(hù)體驗(yàn)更友好。一般前端使用的是靜態(tài)頁(yè)，程序比較穩(wěn)定，后端因?yàn)橐惺艽罅空?qǐng)求處理及數(shù)據(jù)庫(kù)交互比較容易發(fā)生異常，前后端程序分離運(yùn)行后，在后端發(fā)生異常錯(cuò)誤時(shí)，用戶(hù)還能瀏覽網(wǎng)頁(yè)，不至于出現(xiàn)諸如404、505的錯(cuò)誤頁(yè)面。

（3）并行開(kāi)發(fā)，效率高。前端和后端程序分開(kāi)運(yùn)行，前后端開(kāi)發(fā)互不影響，只要按照約定的接口就能做到自己調(diào)試程序，這樣就能實(shí)現(xiàn)并行開(kāi)發(fā)。

（4）減輕后端服務(wù)的負(fù)載壓力。如果前后端不分離，服務(wù)器勢(shì)必要處理前端請(qǐng)求和后端請(qǐng)求，如果用戶(hù)請(qǐng)求量大的話(huà)，服務(wù)器容易過(guò)載，分離部署到不同服務(wù)器上，后端服務(wù)器負(fù)載壓力就可以大大減輕。

（5）可以更好地保護(hù)后端服務(wù)器。當(dāng)后端服務(wù)器壓力超負(fù)荷時(shí)，會(huì)給數(shù)據(jù)庫(kù)造成影響，所以后端服務(wù)顯得尤為重要。前后端分開(kāi)部署運(yùn)行后，用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)首先請(qǐng)求的是前端服務(wù)，在前端用戶(hù)請(qǐng)求數(shù)超負(fù)載時(shí)，我們便可以在前端服務(wù)器做應(yīng)急措施，不至于讓后端程序直接受到攻擊。

4 基于Java的Web軟件程序包模型結(jié)構(gòu)

為了完善分層設(shè)計(jì)，在基于Java的Web軟件程序后端服務(wù)器中，其不同的業(yè)務(wù)模塊需要相互獨(dú)立，并通過(guò)maven將不同的業(yè)務(wù)模塊進(jìn)行粘合打包，使程序的組織更加有序。

4.1 程序包模型結(jié)構(gòu)及說(shuō)明

程序包模型結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

程序包模型結(jié)構(gòu)說(shuō)明：（1）后端框架使用spring boot技術(shù)，主服務(wù)僅有一個(gè)啟動(dòng)服務(wù)的功能，對(duì)此我們稱(chēng)之為殼；（2）通過(guò)maven將多個(gè)業(yè)務(wù)模塊jar包粘合到殼中再進(jìn)行打包。

4.2 結(jié)構(gòu)分析

場(chǎng)景：市場(chǎng)人員要求軟件按照客戶(hù)購(gòu)買(mǎi)的功能提供對(duì)應(yīng)的功能接口服務(wù)，并且軟件要部署到客戶(hù)的服務(wù)器上去。該軟件業(yè)務(wù)較為復(fù)雜，且業(yè)務(wù)模塊相對(duì)獨(dú)立，不互相影響。

如果按常規(guī)做法，把所有業(yè)務(wù)模塊放一起開(kāi)發(fā)打包，雖然也可以使用一些方法來(lái)限制用戶(hù)只能使用購(gòu)買(mǎi)的功能，例如通過(guò)攔截器做權(quán)限判斷，但是如果某些軟件業(yè)務(wù)包依賴(lài)包含有個(gè)別大文件的工具包時(shí)，而且用戶(hù)非未購(gòu)買(mǎi)這些服務(wù)時(shí)，軟件包就顯得不這么精巧，也就是說(shuō)里面存在了冗余包。上面的程序包模式結(jié)構(gòu)就解決了這個(gè)問(wèn)題，把業(yè)務(wù)模塊解耦，按業(yè)務(wù)功能劃分成獨(dú)立的業(yè)務(wù)包，主程序服務(wù)只提供啟動(dòng)服務(wù)，當(dāng)客戶(hù)需求定下后，只要把需要的包丟到殼里面去打包就可以有相應(yīng)的功能服務(wù)[8]。這樣操作的優(yōu)點(diǎn)有如下幾點(diǎn)。

（1）采用分包結(jié)構(gòu)后，就能按客戶(hù)購(gòu)買(mǎi)功能提供功能服務(wù)市場(chǎng)要求，不需要再寫(xiě)程序代碼控制，從結(jié)構(gòu)上就實(shí)現(xiàn)了這點(diǎn)需求，從實(shí)現(xiàn)方法來(lái)說(shuō)是代價(jià)最小、最簡(jiǎn)單的方法。

（2）擴(kuò)展性強(qiáng)，高度解耦。業(yè)務(wù)包之間都是獨(dú)立的，不互相影響，要增減功能都非常好控制，配置靈活。

（3）打包精準(zhǔn)，不存在冗余包。

（4）開(kāi)發(fā)效率高。如果所有業(yè)務(wù)包都做成一體，開(kāi)發(fā)時(shí)，Java項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)會(huì)很慢，在調(diào)試某一個(gè)業(yè)務(wù)功能時(shí)，顯然降低了工作的效率。業(yè)務(wù)包解耦后，開(kāi)發(fā)什么功能就依賴(lài)哪個(gè)業(yè)務(wù)包，程序啟動(dòng)速度會(huì)快些，從而提升工作的效率。

（5）縮小測(cè)試范圍。很多程序員在項(xiàng)目修改某個(gè)業(yè)務(wù)功能時(shí)，如果只做針對(duì)該業(yè)務(wù)的測(cè)試，程序發(fā)布后，用戶(hù)在使用時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)其他功能問(wèn)題，跟蹤后就發(fā)現(xiàn)另一個(gè)包的程序改動(dòng)了，但一起打包發(fā)布了。出現(xiàn)這種情況后，測(cè)試人員不得不每次都對(duì)整體進(jìn)行全流程測(cè)試。采用分包模式后，在打包后把對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)模塊生成到外包lib目錄下，修改了哪個(gè)業(yè)務(wù)模塊就替換掉哪個(gè)業(yè)務(wù)模塊包，測(cè)試時(shí)也可以只針對(duì)該業(yè)務(wù)測(cè)試，這樣就不用每次都做全流程測(cè)試了。

5 基于Java的Web軟件程序服務(wù)層模塊結(jié)構(gòu)

在基于Java的Web軟件程序中，其服務(wù)層也需要進(jìn)行合理的分層設(shè)計(jì)，以使業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)、組織、調(diào)用更加有序。

5.1 服務(wù)層模塊結(jié)構(gòu)及說(shuō)明

服務(wù)層模塊結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

服務(wù)層模塊結(jié)構(gòu)說(shuō)明：（1）對(duì)外接口調(diào)用對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)服務(wù)模塊的服務(wù)功能；（2）業(yè)務(wù)服務(wù)模塊書(shū)寫(xiě)邏輯；（3）單表服務(wù)模塊僅操作做對(duì)應(yīng)單表，供業(yè)務(wù)服務(wù)模塊按業(yè)務(wù)邏輯調(diào)用；（4）單表服務(wù)模塊都是基于MyBatis-Plus搭建的。

5.2 結(jié)構(gòu)分析

該結(jié)構(gòu)有兩個(gè)最大的特點(diǎn)，一是底層采用了MyBatis-Plus，二是對(duì)服務(wù)層的再分層。

（1）MyBatis-Plus（opens new window）（簡(jiǎn)稱(chēng)MP）是一個(gè)MyBatis（opens new window）的增強(qiáng)工具，在MyBatis的基礎(chǔ)上只做增強(qiáng)不做改變。MyBatis-Plus數(shù)據(jù)庫(kù)操作功能非常強(qiáng)大，只需要調(diào)用該工具的方法就能對(duì)數(shù)據(jù)表進(jìn)行讀寫(xiě)，開(kāi)發(fā)速度可得到極大提升。

（2）對(duì)服務(wù)層的再分層。一般基于service層（服務(wù)層）為單層結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)成雙層原因就在于采用了MyBatis-Plus。MyBatis-Plus決定了服務(wù)層是單表服務(wù)模塊。MyBatis-Plus的數(shù)據(jù)庫(kù)操作接口函數(shù)都是針對(duì)單表的操作，即能發(fā)揮單表服務(wù)的優(yōu)勢(shì)又能適用于復(fù)雜的業(yè)務(wù)，需把服務(wù)層進(jìn)行再分層，按數(shù)據(jù)表建立相應(yīng)的單表服務(wù)模塊，按業(yè)務(wù)劃分業(yè)務(wù)服務(wù)模塊，然后由業(yè)務(wù)模塊按照業(yè)務(wù)邏輯調(diào)用單表服務(wù)模塊，這樣模塊接口條理清晰，數(shù)據(jù)表操作服務(wù)簡(jiǎn)單輕巧，抽象度高，可被不同的業(yè)務(wù)服務(wù)模塊復(fù)用。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著軟硬件技術(shù)的發(fā)展，功能需求的不斷提高，傳統(tǒng)的單層框架程序開(kāi)發(fā)模式已經(jīng)不能再適應(yīng)如今的需要。應(yīng)當(dāng)積極探索與合理應(yīng)用好分層設(shè)計(jì)，用組織更加有序的框架，來(lái)進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，這樣才能提高程序設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的質(zhì)量，增強(qiáng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的規(guī)范性，加快設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)速度，降低設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)成本。本文對(duì)基于Java的Web軟件程序框架分層設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，分析了分層設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用及其與相關(guān)程序開(kāi)發(fā)技術(shù)的融合，希望能進(jìn)一步促進(jìn)分層設(shè)計(jì)的推廣和應(yīng)用。