三層架構詳解

《解剖PetShop》系列之一

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，許多資料是從微軟的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隨著版本的不斷更新，至現在基於.Net 2.0的PetShop4.0為止，整個設計逐漸層得成熟而優雅，卻又很多可以借鑒之處。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，可以從連結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

在軟體體系架構設計中，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為三層，從下至上分別為：資料訪問層、商務邏輯層（又或成為領域層）、展示層，：

圖一：三層的分層式結構

資料訪問層：有時候也稱為是持久層，其功能主要是負責資料庫的訪問。簡單的說法就是實現對資料表的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資料表之間的mapping，以及對象實體的持久化。在PetShop的資料訪問層中，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。

商務邏輯層：是整個系統的核心，它與這個系統的業務（領域）有關。以PetShop為例，商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。如果涉及到資料庫的訪問，則調用資料訪問層。

展示層：是系統的UI部分，負責使用者與整個系統的互動。在這一層中，理想的狀態是不應包括系統的商務邏輯。展示層中的邏輯代碼，僅與介面元素有關。在PetShop中，是利用ASP.Net來設計的，因此包含了許多Web控制項和相關邏輯。

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介面，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人員只需考慮使用者介面的體驗與操作，領域的設計人員可以僅關注商務邏輯的設計，而資料庫設計人員也不必為繁瑣的使用者互動而頭疼了。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，對項目的影響極為嚴重。降低層與層間的依賴性，既可以良好地保證未來的可擴充，在複用性上也是優勢明顯。每個功能模組一旦定義好統一的介面，就可以被各個模組所調用，而不用為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，這個系統才是可擴充的，可替換的。而層與層之間的通訊也必然保證了介面的標準化。

“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、降低了系統的效能。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資料庫，以此擷取相應的資料，如今卻必須通過中介層來完成。

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。如果在展示層中需要增加一個功能，為保證其設計符合分層式結構，可能需要在相應的商務邏輯層和資料訪問層中都增加相應的代碼。

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

圖二：.Net中標準的BS分層式結構

隨著PetShop版本的更新，其分層式結構也在不斷的完善，例如PetShop2.0，就沒有採用標準的三層式結構，三：

圖三：PetShop 2.0的體系架構

我們可以看到，並沒有明顯的資料訪問層設計。這樣的設計雖然提高了資料訪問的效能，但也同時導致了商務邏輯層與資料訪問的職責混亂。一旦要求支援的資料庫發生變化，或者需要修改資料訪問的邏輯，由於沒有清晰的分層，會導致項目作大的修改。而隨著硬體系統效能的提高，以及充分利用緩衝、非同步處理等機制，分層式結構所帶來的效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，將資料訪問邏輯作為單獨的一層獨立出來：

圖四：PetShop 3.0的體系架構

PetShop4.0基本上延續了3.0的結構，但在效能上作了一定的改進，引入了緩衝和非同步處理機制，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：

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。在資料訪問層（DAL）中，仍然採用DAL Interface抽象出資料訪問邏輯，並以DAL Factory作為資料訪問層對象的工廠模組。對於DAL Interface而言，分別有支援MS-SQL的SQL Server DAL和支援Oracle的Oracle DAL具體實現。而Model模組則包含了資料實體物件。其詳細的模組結構圖如下所示：

圖六：資料訪問層的模組結構圖

可以看到，在資料訪問層中，完全採用了“面向介面編程”思想。抽象出來的IDAL模組，脫離了與具體資料庫的依賴，從而使得整個資料訪問層利於資料庫遷移。DALFactory模組專門管理DAL對象的建立，便於商務邏輯層訪問。SQLServerDAL和OracleDAL模組均實現IDAL模組的介面，其中包含的邏輯就是對資料庫的Select，Insert，Update和Delete操作。因為資料庫類型的不同，對資料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模組，除瞭解除了向下的依賴之外，對於其上的商務邏輯層，同樣僅存在弱依賴關係，如所示：

圖七：商務邏輯層的模組結構圖

圖七中BLL是商務邏輯層的核心模組，它包含了整個系統的核心業務。在商務邏輯層中，不能直接存取資料庫，而必須通過資料訪問層。注意圖中對資料訪問業務的調用，是通過介面模組IDAL來完成的。既然與具體的資料訪問邏輯無關，則層與層之間的關係就是鬆散耦合的。如果此時需要修改資料訪問層的具體實現，只要不涉及到IDAL的介面定義，那麼商務邏輯層就不會受到任何影響。畢竟，具體實現的SQLServerDAL和OracalDAL根本就與商務邏輯層沒有半點鐘關係。

因為在PetShop 4.0中引入了非同步處理機制。插入訂單的策略可以分為同步和非同步，兩者的插入策略明顯不同，但對於調用者而言，插入訂單的介面是完全一樣的，所以PetShop 4.0中設計了IBLLStrategy模組。雖然在IBLLStrategy模組中，僅僅是簡單的IOrderStategy，但同時也給出了一個範例和資訊，那就是在商務邏輯的處理中，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。或者使用介面，或者使用抽象類別，從而脫離對具體業務的依賴。不過在PetShop中，由於商務邏輯相對簡單，這種思想體現得不夠明顯。也正因為此，PetShop將核心的商務邏輯都放到了一個模組BLL中，並沒有將具體的實現和抽象嚴格的按照模組分開。所以展示層和商務邏輯層之間的調用關係，其耦合度相對較高：

圖八：展示層的模組結構圖

在圖五中，各個層次中還引入了輔助的模組，如資料訪問層的Messaging模組，是為非同步插入訂單的功能提供，採用了MSMQ（Microsoft Messaging Queue）技術。而展示層的CacheDependency則提供緩衝功能。這些特殊的模組，我會在此後的文章中詳細介紹。