分層技術(shù)在計算機軟件開發(fā)實踐中的運用探析

摘要：隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，軟件開發(fā)日益復(fù)雜化。為了提高軟件開發(fā)的效率和質(zhì)量，分層技術(shù)被廣泛應(yīng)用于實踐中。該技術(shù)通過將軟件系統(tǒng)劃分為多個層次，每個層次承擔(dān)不同的功能和任務(wù)，從而降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高了代碼的可維護性和可擴展性。文章旨在探討分層技術(shù)在計算機軟件開發(fā)中的實踐應(yīng)用，分析其優(yōu)勢與挑戰(zhàn)，并提出相應(yīng)的解決方案。通過對實際項目的分析和總結(jié)，希望能夠為軟件開發(fā)人員提供有價值的參考和指導(dǎo)，進一步推動軟件開發(fā)行業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：分層技術(shù)；計算機軟件；軟件開發(fā)

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）17-0069-03 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID） ：

分層技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于計算機軟件開發(fā)的重要方法，其原理是將系統(tǒng)劃分為多個層次，每層負(fù)責(zé)實現(xiàn)特定的功能。分層技術(shù)主要可以分為模塊化設(shè)計和功能分解與層次劃分兩類，并在當(dāng)前軟件開發(fā)中得到了廣泛應(yīng)用。在軟件開發(fā)的全過程中，包括需求分析與設(shè)計、編碼與實現(xiàn)以及測試與維護階段，分層技術(shù)都能發(fā)揮重要作用。通過模塊化設(shè)計和代碼分層架構(gòu)等方法，不僅可以提高軟件開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期，還能降低開發(fā)成本。同時，分層技術(shù)還有助于提升軟件質(zhì)量，降低軟件缺陷率，并增強軟件的可維護性。此外，分層技術(shù)還促進了團隊協(xié)作與溝通，明確了分工和責(zé)任，使得知識共享與傳承更加便捷?？傊?，分層技術(shù)對計算機軟件開發(fā)具有深遠(yuǎn)的影響。

1 分層技術(shù)的概況

1.1 分層技術(shù)的原理

分層技術(shù)的原理是將問題或系統(tǒng)分解為多個相對獨立的層次結(jié)構(gòu)。每個層次都擁有自身的功能、特性和責(zé)任。較高層次的層次通常負(fù)責(zé)描述概念、策略和高級功能，而較低層次的層次則負(fù)責(zé)處理更具體的任務(wù)和實現(xiàn)細(xì)節(jié)。

1.2 分層技術(shù)的分類

分層技術(shù)可以根據(jù)不同領(lǐng)域和應(yīng)用場景進行分類。在計算機網(wǎng)絡(luò)中，常見的分層技術(shù)包括OSI模型和TCP/IP模型。OSI模型將網(wǎng)絡(luò)通信分為七個層次，從物理層到應(yīng)用層，每個層次都執(zhí)行不同的功能。而TCP/IP模型則簡化地將網(wǎng)絡(luò)通信分為四個層次：網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。在軟件開發(fā)領(lǐng)域，常見的分層技術(shù)有三層架構(gòu)和MVC模型。三層架構(gòu)將軟件系統(tǒng)劃分為表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層，每層負(fù)責(zé)不同的職責(zé)和功能。MVC模型則將應(yīng)用程序分為模型、視圖和控制器，使代碼結(jié)構(gòu)更加清晰和易于維護。此外，分層技術(shù)在其他領(lǐng)域如物流管理、企業(yè)管理和城市規(guī)劃等中也有廣泛應(yīng)用。

1.3 分層技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

分層技術(shù)在各個領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用。在計算機網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，OSI模型和TCP/IP模型為網(wǎng)絡(luò)通信提供了基礎(chǔ)框架，支撐了互聯(lián)網(wǎng)的運行。在軟件開發(fā)領(lǐng)域，三層架構(gòu)和MVC模型被廣泛采用于各類應(yīng)用程序的設(shè)計和開發(fā)中，提高了軟件系統(tǒng)的可維護性和可擴展性。在物流管理領(lǐng)域，分層技術(shù)被用于優(yōu)化和管理物流過程，提高了物流效率和降低了成本。在企業(yè)管理領(lǐng)域，分層技術(shù)被用于組織和管理企業(yè)的職能和部門，提升了企業(yè)的決策效率和運營效果。在城市規(guī)劃領(lǐng)域，分層技術(shù)被用于規(guī)劃和管理城市的基礎(chǔ)設(shè)施、交通和環(huán)境等方面，促進了城市的可持續(xù)發(fā)展[1]。

2 分層技術(shù)在計算機軟件開發(fā)中的應(yīng)用

2.1 需求分析與設(shè)計階段

2.1.1 模塊化設(shè)計

首先，模塊化設(shè)計是分層技術(shù)在軟件開發(fā)中的重要手段。在需求分析階段，需要對軟件系統(tǒng)進行功能劃分，并將這些功能抽象為模塊。每個模塊是一個相對獨立的功能單元，擁有自己的輸入、處理和輸出。通過模塊化設(shè)計，可以將軟件系統(tǒng)的復(fù)雜性分解為相對簡單的模塊間的協(xié)作關(guān)系。圖1為模塊化設(shè)計示意圖。

2.1.2 功能分解與層次劃分

功能分解與層次劃分也是分層技術(shù)的核心應(yīng)用之一。在設(shè)計階段，需要將系統(tǒng)功能進一步分解為更小的子功能，并在不同的層次上進行劃分。一種常見的劃分方式是采用三層架構(gòu)，即用戶界面層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。每個層次專注于不同的功能領(lǐng)域，并且通過良好定義的接口與其他層次通信。這種層次劃分可以提高系統(tǒng)的可擴展性和可維護性，也便于團隊合作和不同模塊的并行開發(fā)。

2.2 編碼與實現(xiàn)階段

2.2.1 代碼分層架構(gòu)

代碼分層架構(gòu)在軟件開發(fā)中起到了至關(guān)重要的作用。通過將代碼按照不同層次進行劃分，可以提高代碼的可讀性、可維護性和可擴展性。常見的代碼分層架構(gòu)有三層架構(gòu)模式：表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。

表示層。表示層負(fù)責(zé)與用戶進行交互，將用戶的請求傳遞給業(yè)務(wù)邏輯層，并將處理結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。在代碼分層架構(gòu)中，表示層通常由應(yīng)用程序界面（UI） 組成，包括Web界面、移動應(yīng)用界面等。在實際編碼中，開發(fā)人員可以使用各種前端技術(shù)來實現(xiàn)界面設(shè)計，如HTML、CSS、JavaScript等。

業(yè)務(wù)邏輯層。業(yè)務(wù)邏輯層是整個軟件系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)處理與業(yè)務(wù)相關(guān)的邏輯和規(guī)則。它接收來自表示層的請求，對請求進行處理，并調(diào)用數(shù)據(jù)訪問層提供的接口訪問數(shù)據(jù)。在代碼分層架構(gòu)中，業(yè)務(wù)邏輯層包含各種業(yè)務(wù)邏輯的實現(xiàn)，如數(shù)據(jù)校驗、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、業(yè)務(wù)流程控制等。在編碼中，可以使用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計模式，如策略模式、工廠模式等，來處理復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯。

數(shù)據(jù)訪問層。數(shù)據(jù)訪問層負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)庫進行交互，為業(yè)務(wù)邏輯層提供數(shù)據(jù)支持。它包含對數(shù)據(jù)的訪問、查詢、更新和刪除等操作。數(shù)據(jù)訪問層利用數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)進行數(shù)據(jù)的讀寫，如使用SQL 語言進行數(shù)據(jù)庫操作，或使用ORM框架對數(shù)據(jù)庫進行對象關(guān)系映射。在實際編碼中，可以根據(jù)具體的數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)存儲方式選擇適當(dāng)?shù)募夹g(shù)。

2.2.2 接口設(shè)計與實現(xiàn)

接口設(shè)計與實現(xiàn)是分層架構(gòu)中重要的一部分。每個層都需要定義接口以實現(xiàn)模塊之間的解耦和靈活性。接口設(shè)計主要包括接口的定義、參數(shù)和返回值的規(guī)范等。在實現(xiàn)接口時，需要清晰地定義接口的功能和使用方法，保證接口的一致性和穩(wěn)定性[2]。同時，對于不同層之間的接口，需要進行適當(dāng)?shù)姆庋b和調(diào)用，以便實現(xiàn)模塊之間的無縫集成。在實際編碼中，可以使用各種編程語言和框架來實現(xiàn)代碼分層架構(gòu)。例如，Java開發(fā)人員可以使用Spring框架來實現(xiàn)代碼分層架構(gòu)，其中Spring MVC用于表示層，SpringBoot用于業(yè)務(wù)邏輯層，Spring Data用于數(shù)據(jù)訪問層。另外，Python開發(fā)人員可以使用Django框架實現(xiàn)代碼分層架構(gòu)，其中Django的視圖模塊用于表示層，Django的模型模塊用于數(shù)據(jù)訪問層，Django的管理模塊用于業(yè)務(wù)邏輯層。

2.3 測試與維護階段

2.3.1 分層測試策略

分層測試策略旨在通過層級對軟件進行系統(tǒng)化的測試，以確保軟件在各個層次上的質(zhì)量和功能完整性。圖2為測試策略架構(gòu)示意圖。

單元測試。在這一層次上，開發(fā)人員會對每個最小的邏輯單元進行獨立測試，以確保其在單獨的環(huán)境下正常工作，并按照預(yù)期進行操作。

組件測試。這一層次上，對軟件中的各個組件進行測試，以驗證它們之間的接口和交互是否正確。

集成測試。在這一層次上，將已經(jīng)過單元測試和組件測試的模塊集成到一起，并測試它們的集成是否順利、穩(wěn)定以及功能完整。

系統(tǒng)測試。這一層次上，整個系統(tǒng)將被測試以驗證其是否符合預(yù)期的功能和業(yè)務(wù)需求，并檢查其在不同環(huán)境和配置下的性能和穩(wěn)定性。

驗收測試。最終階段的測試，由最終用戶或客戶負(fù)責(zé)進行，并要確保系統(tǒng)滿足其所有需求和期望。

2.3.2 分層維護方法

分層維護方法是在軟件發(fā)布后的維護階段，針對已經(jīng)上線運行的軟件系統(tǒng)，為提高維護效率并降低發(fā)生新問題的風(fēng)險而采用的方法。其一，硬件維護。需要時及時檢查和更換硬件設(shè)備，以確保系統(tǒng)的正常運行，包括服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。其二，軟件修復(fù)[3]。針對已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的軟件缺陷和漏洞，進行及時修正、更新和部署，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

軟件修復(fù)報告中，應(yīng)顯示修復(fù)結(jié)果，包括修復(fù)成功的和修復(fù)失敗的案例，并包含程序?qū)懭?、主引?dǎo)程序加載、設(shè)定查看、退出等功能的說明。其三，更新和升級。針對系統(tǒng)中使用的第三方庫、框架和組件，及時進行更新和升級，以確保軟件能夠適應(yīng)新的環(huán)境和技術(shù)要求。其四，安全性維護。進行安全審查和安全漏洞修復(fù)，包括系統(tǒng)漏洞掃描、加密數(shù)據(jù)傳輸、實施訪問控制等措施，以保護軟件及其數(shù)據(jù)的安全。其五，文檔維護。更新和修改軟件系統(tǒng)的技術(shù)文檔、用戶手冊等，以確保其與最新版本的軟件一致，并為用戶提供準(zhǔn)確的參考信息。

3 分層技術(shù)實踐案例分析

3.1 案例選擇和背景介紹

在進行分層技術(shù)實踐案例分析時，選擇了一個在線銀行系統(tǒng)作為案例，該系統(tǒng)具有復(fù)雜的業(yè)務(wù)需求和多樣化的功能模塊。通過對此進行分析，可以全面了解分層技術(shù)在不同開發(fā)階段的應(yīng)用方式。

3.2 案例中的分層技術(shù)應(yīng)用

3.2.1 需求分析與設(shè)計階段的分層實踐

在設(shè)計階段，分層技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計上?；谛枨蠓治龅慕Y(jié)果，開發(fā)團隊將系統(tǒng)分為表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。表現(xiàn)層負(fù)責(zé)與用戶交互，業(yè)務(wù)邏輯層負(fù)責(zé)處理業(yè)務(wù)邏輯，數(shù)據(jù)訪問層負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)庫進行交互。通過這種分層設(shè)計，各層之間的職責(zé)清晰，便于擴展和維護。

3.2.2 編碼與實現(xiàn)階段的分層實踐

在編碼與實現(xiàn)階段，分層技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在代碼的組織結(jié)構(gòu)上。每個功能模塊和相關(guān)的代碼都按照層次結(jié)構(gòu)進行組織，嚴(yán)格遵守分層原則。表現(xiàn)層主要包括用戶界面的實現(xiàn)，業(yè)務(wù)邏輯層負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)邏輯的處理，數(shù)據(jù)訪問層負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)庫進行交互。通過分層編碼實踐，代碼更加清晰、模塊化，易于理解和維護。

3.2.3 測試與維護階段的分層實踐

在測試階段，分層技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)在測試策略的設(shè)計上。針對不同層次進行不同類型的測試，以保證系統(tǒng)的整體性和穩(wěn)定性。例如，對表現(xiàn)層進行用戶界面測試，對業(yè)務(wù)邏輯層進行功能和算法測試，對數(shù)據(jù)訪問層進行數(shù)據(jù)庫連接和性能測試[4]。

4 分層技術(shù)對計算機軟件開發(fā)的影響

4.1 提高軟件開發(fā)效率

分層技術(shù)可以提高軟件開發(fā)效率。通過將一個軟件系統(tǒng)劃分為多個層次，可以將復(fù)雜的問題分解為簡單的子問題，因此可以更加專注和高效地進行開發(fā)。每個層次都可以獨立地進行工作，不會互相干擾。開發(fā)人員可以專注于自己所擅長和關(guān)注的領(lǐng)域，提高開發(fā)效率。此外，分層技術(shù)還可以實現(xiàn)代碼的復(fù)用性，當(dāng)一個層次的功能需要在其他層次中使用時，可以直接調(diào)用，減少開發(fā)量和工作量。

4.2 提高軟件質(zhì)量

分層技術(shù)可以提高軟件質(zhì)量。通過將軟件系統(tǒng)劃分為多個層次，每個層次專注于實現(xiàn)特定的功能，可以使得每個層次變得更加簡單和清晰，從而降低出錯概率。同時，分層技術(shù)也可以實現(xiàn)模塊化設(shè)計，每個層次都有嚴(yán)格的接口和規(guī)范，不同層次之間的耦合度較低，因此當(dāng)一個層次出現(xiàn)問題時，可以更容易地定位和解決問題，不會對整體系統(tǒng)造成大面積的影響[5]。

5 結(jié)束語

分層技術(shù)在計算機軟件開發(fā)中具有重要的應(yīng)用價值，通過合理的需求分析與設(shè)計、編碼與實現(xiàn)以及測試與維護階段的分層實踐，可以提高軟件開發(fā)效率，降低出錯概率，促進團隊協(xié)作與溝通。分層技術(shù)使得軟件系統(tǒng)更加模塊化、清晰和易于維護，有助于提高軟件質(zhì)量和穩(wěn)定性。然而，分層技術(shù)并非萬能的，需要根據(jù)具體的項目需求和團隊情況來靈活運用。在未來的軟件開發(fā)中，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，分層技術(shù)也將不斷演進和完善，為軟件開發(fā)帶來更多便利和效益。

參考文獻：

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[2] 王磊.分層技術(shù)在計算機軟件開發(fā)中的應(yīng)用策略探析[J].華東科技，2023（9）：37-39.

[3] 田茂琴.探討分層技術(shù)在計算機軟件開發(fā)中的應(yīng)用[J].中國新通信，2023，25（13）：89-91.

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[5] 羅瑞紅.分層技術(shù)在計算機軟件開發(fā)中的運用探討[J].信息與電腦2023，35（8）：92-94.

【通聯(lián)編輯：代影】

基金項目：2023 年甘肅省大學(xué)生就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力提升工程項目“電子信息類專業(yè)‘賽創(chuàng)、思創(chuàng)、專創(chuàng)、產(chǎn)教’四元融合多元對接就業(yè)平臺構(gòu)建與實踐”〔2023-16〕