《解剖PetShop》系列之一-PetShop的系統架構設計

 

前言:PetShop是一個範例,微軟用它來展示.Net企業系統開發的能力。業界有許多.Net與J2EE之爭,許多數據是從微軟的PetShop和Sun的PetStore而來。這種爭論不可避免帶有濃厚的商業色彩,對於我們開發人員而言,沒有必要過多關注。然而PetShop隨着版本的不斷更新,至現在基於.Net 2.0的PetShop4.0爲止,整個設計逐漸變得成熟而優雅,卻又很多可以借鑑之處。PetShop是一個小型的項目,系統架構與代碼都比較簡單,卻也凸現了許多頗有價值的設計與開發理念。本系列試圖對PetShop作一個全方位的解剖,依據的代碼是PetShop4.0,可以從鏈接http://msdn.microsoft.com/library/default.asp?url=/library/en-us/dnbda/html/bdasamppet4.asp中獲得。

一、PetShop的系統架構設計

在軟件體系架構設計中,分層式結構是最常見,也是最重要的一種結構。微軟推薦的分層式結構一般分爲三層,從下至上分別爲:數據訪問層、業務邏輯層(又或成爲領域層)、表示層,如圖所示:

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圖一:三層的分層式結構

數據訪問層:有時候也稱爲是持久層,其功能主要是負責數據庫的訪問。簡單的說法就是實現對數據表的Select,Insert,Update,Delete的操作。如果要加入ORM的元素,那麼就會包括對象和數據表之間的mapping,以及對象實體的持久化。在PetShop的數據訪問層中,並沒有使用ORM,從而導致了代碼量的增加,可以看作是整個設計實現中的一大敗筆。

業務邏輯層:是整個系統的核心,它與這個系統的業務(領域)有關。以PetShop爲例,業務邏輯層的相關設計,均和網上寵物店特有的邏輯相關,例如查詢寵物,下訂單,添加寵物到購物車等等。如果涉及到數據庫的訪問,則調用數據訪問層。

表示層:是系統的UI部分,負責使用者與整個系統的交互。在這一層中,理想的狀態是不應包括系統的業務邏輯。表示層中的邏輯代碼,僅與界面元素有關。在PetShop中,是利用ASP.Net來設計的,因此包含了許多Web控件和相關邏輯。

分層式結構究竟其優勢何在?Martin Fowler在《Patterns of Enterprise Application Architecture》一書中給出了答案:
1、開發人員可以只關注整個結構中的其中某一層;
2、可以很容易的用新的實現來替換原有層次的實現;
3、可以降低層與層之間的依賴;
4、有利於標準化;
5、利於各層邏輯的複用。

概括來說,分層式設計可以達至如下目的:分散關注、鬆散耦合、邏輯複用、標準定義。

一個好的分層式結構,可以使得開發人員的分工更加明確。一旦定義好各層次之間的接口,負責不同邏輯設計的開發人員就可以分散關注,齊頭並進。例如UI人員只需考慮用戶界面的體驗與操作,領域的設計人員可以僅關注業務邏輯的設計,而數據庫設計人員也不必爲繁瑣的用戶交互而頭疼了。每個開發人員的任務得到了確認,開發進度就可以迅速的提高。

鬆散耦合的好處是顯而易見的。如果一個系統沒有分層,那麼各自的邏輯都緊緊糾纏在一起,彼此間相互依賴,誰都是不可替換的。一旦發生改變,則牽一髮而動全身,對項目的影響極爲嚴重。降低層與層間的依賴性,既可以良好地保證未來的可擴展,在複用性上也是優勢明顯。每個功能模塊一旦定義好統一的接口,就可以被各個模塊所調用,而不用爲相同的功能進行重複地開發。

進行好的分層式結構設計,標準也是必不可少的。只有在一定程度的標準化基礎上,這個系統纔是可擴展的,可替換的。而層與層之間的通信也必然保證了接口的標準化。

“金無足赤,人無完人”,分層式結構也不可避免具有一些缺陷:
1、降低了系統的性能。這是不言而喻的。如果不採用分層式結構,很多業務可以直接造訪數據庫,以此獲取相應的數據,如今卻必須通過中間層來完成。
2、有時會導致級聯的修改。這種修改尤其體現在自上而下的方向。如果在表示層中需要增加一個功能,爲保證其設計符合分層式結構,可能需要在相應的業務邏輯層和數據訪問層中都增加相應的代碼。

前面提到,PetShop的表示層是用ASP.Net設計的,也就是說,它應是一個BS系統。在.Net中,標準的BS分層式結構如下圖所示:

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圖二:.Net中標準的BS分層式結構

隨着PetShop版本的更新,其分層式結構也在不斷的完善,例如PetShop2.0,就沒有采用標準的三層式結構,如圖三:

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圖三:PetShop 2.0的體系架構

從圖中我們可以看到,並沒有明顯的數據訪問層設計。這樣的設計雖然提高了數據訪問的性能,但也同時導致了業務邏輯層與數據訪問的職責混亂。一旦要求支持的數據庫發生變化,或者需要修改數據訪問的邏輯,由於沒有清晰的分層,會導致項目作大的修改。而隨着硬件系統性能的提高,以及充分利用緩存、異步處理等機制,分層式結構所帶來的性能影響幾乎可以忽略不計。

PetShop3.0糾正了此前層次不明的問題,將數據訪問邏輯作爲單獨的一層獨立出來:

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圖四:PetShop 3.0的體系架構

PetShop4.0基本上延續了3.0的結構,但在性能上作了一定的改進,引入了緩存和異步處理機制,同時又充分利用了ASP.Net 2.0的新功能MemberShip,因此PetShop4.0的系統架構圖如下所示:

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圖五:PetShop 4.0的體系架構

比較3.0和4.0的系統架構圖,其核心的內容並沒有發生變化。在數據訪問層(DAL)中,仍然採用DAL Interface抽象出數據訪問邏輯,並以DAL Factory作爲數據訪問層對象的工廠模塊。對於DAL Interface而言,分別有支持MS-SQL的SQL Server DAL和支持Oracle的Oracle DAL具體實現。而Model模塊則包含了數據實體對象。其詳細的模塊結構圖如下所示:

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圖六:數據訪問層的模塊結構圖

可以看到,在數據訪問層中,完全採用了“面向接口編程”思想。抽象出來的IDAL模塊,脫離了與具體數據庫的依賴,從而使得整個數據訪問層利於數據庫遷移。DALFactory模塊專門管理DAL對象的創建,便於業務邏輯層訪問。SQLServerDAL和OracleDAL模塊均實現IDAL模塊的接口,其中包含的邏輯就是對數據庫的Select,Insert,Update和Delete操作。因爲數據庫類型的不同,對數據庫的操作也有所不同,代碼也會因此有所區別。

此外,抽象出來的IDAL模塊,除了解除了向下的依賴之外,對於其上的業務邏輯層,同樣僅存在弱依賴關係,如下圖所示:

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圖七:業務邏輯層的模塊結構圖

圖七中BLL是業務邏輯層的核心模塊,它包含了整個系統的核心業務。在業務邏輯層中,不能直接訪問數據庫,而必須通過數據訪問層。注意圖中對數據訪問業務的調用,是通過接口模塊IDAL來完成的。既然與具體的數據訪問邏輯無關,則層與層之間的關係就是鬆散耦合的。如果此時需要修改數據訪問層的具體實現,只要不涉及到IDAL的接口定義,那麼業務邏輯層就不會受到任何影響。畢竟,具體實現的SQLServerDAL和OracalDAL根本就與業務邏輯層沒有半點關係。

因爲在PetShop 4.0中引入了異步處理機制。插入訂單的策略可以分爲同步和異步,兩者的插入策略明顯不同,但對於調用者而言,插入訂單的接口是完全一樣的,所以PetShop 4.0中設計了IBLLStrategy模塊。雖然在IBLLStrategy模塊中,僅僅是簡單的IOrderStategy,但同時也給出了一個範例和信息,那就是在業務邏輯的處理中,如果存在業務操作的多樣化,或者是今後可能的變化,均應利用抽象的原理。或者使用接口,或者使用抽象類,從而脫離對具體業務的依賴。不過在PetShop中,由於業務邏輯相對簡單,這種思想體現得不夠明顯。也正因爲此,PetShop將核心的業務邏輯都放到了一個模塊BLL中,並沒有將具體的實現和抽象嚴格的按照模塊分開。所以表示層和業務邏輯層之間的調用關係,其耦合度相對較高:

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圖八:表示層的模塊結構圖

在圖五中,各個層次中還引入了輔助的模塊,如數據訪問層的Messaging模塊,是爲異步插入訂單的功能提供,採用了MSMQ(Microsoft Messaging Queue)技術。而表示層的CacheDependency則提供緩存功能。這些特殊的模塊,我會在此後的文章中詳細介紹。

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