基于MVC的分布式作戰應用框架研究

施衛峰

（南京電子工程研究所，江蘇 南京 210007）

MVC（Model-View-Controller）是由Smalltalk-80引入的一種面向對象的設計模式，廣泛應用于交互式系統和擁有用戶圖形界面軟件系統的架構設計[1-2]。MVC通過將數據表示、輸入控制和數據處理分離開來，提高了軟件結構的可擴展性和軟件模塊的可重用性[2]，在傳統界面程序設計（如MFC）和面向B/S系統的Web技術（如JSP和.NET）中得到了廣泛應用。然而，對于模型和視圖交互頻繁的分布式系統來說，系統的模型部分往往會成為數據訪問和計算的瓶頸。如何將模型中的計算任務合理分布到其他節點，是MVC在分布式環境中應用的關鍵問題。目前，國內已經有了一些關于分布式MVC架構的研究與應用。文獻[3]介紹了分布式MVC在工程項目管理系統中的 Web應用；文獻[4]則結合 Web Services和消息中間件技術，提出了一種分布式環境下基于MVC的Web架構，并將其成功應用于實時股票交易系統。雖然這些研究成果面向不同的領域，但不能滿足作戰指揮系統延遲的要求，其客戶端的處理也不能夠滿足作戰指揮系統的性能要求。因此，本文在傳統MVC模式的基礎上，借鑒文獻[3-4]中描述的一些研究成果，將模型分解為應用模型和邏輯模型，提出了一種基于MVC的分布式作戰應用框架。通過將其成功運用于某聯合作戰計劃決策支持系統中，證明了該框架的合理性和有效性。

1 MVC模式

MVC作為一種經典的設計模式，其目的在于通過合理的設計將應用程序的模型部分（Model）和界面部分（View）拆開，通過彼此之間定義的接口互相通訊（Controller）[5]，其原理如圖1。其中：

1）Model是應用程序的主體部分，表示應用程序數據和對這些數據訪問和修改的業務邏輯，維護了業務的持久性，為Controller和View對象提供封裝的應用業務邏輯。

2）View是應用程序中用戶界面相關的部分，是用戶看到并與之交互的界面。通過訪問Model對象中的數據，View可視化顯示Model對象的狀態。當Model對象中的狀態發生改變時，View對象所代表的用戶界面內容也會相應地改變，達到內容與形式的一致；對于同一個Model對象，針對不同的用戶請求，可以產生多個View對象。

3）Controller用于根據用戶的輸入，控制用戶界面數據顯示，更新Model對象狀態。Controller定義了應用程序的行為，負責View對象與Model對象之間的同步，根據用戶對 View對象的操作完成對Model對象的更新，并將Model對象狀態的改變及時反映到View對象上。

MVC模式已經在大部分JAVA開發框架中得到充分體現，它有效地分離了用戶表現層 （用戶界面）和業務邏輯實現，最大程度上實現了業務變更和擴展對系統其它部分的影響，增加了系統的可擴展性。

圖1 MVC模式原理

2 基于MVC的分布式作戰應用框架

2.1 分布式環境下MVC的不足

MVC模式將數據表示、輸入控制和數據處理分離開來，給軟件設計與開發人員提供了一種良好的設計模式，提高了軟件結構的可擴展性和軟件模塊的可重用性，因而得到了廣泛應用。但是，在模型和視圖交互頻繁的分布式作戰系統中，傳統MVC模式的部署和使用會造成數據訪問和計算的瓶頸，遭遇到不小的挑戰。

一種方案是將Model、View和Controller都部署在客戶端，所有的顯示和業務邏輯都由客戶端處理，而服務器端只是作為一個原始數據存放中心（比如是一個數據庫服務器），負責簡單的數據讀寫。這樣會造成客戶端的工作量非常大，與服務器端之間的數據通信比較頻繁，從而造成程序效率低下。

另一種方案是將Model和Controller部署在服務器端，客戶端只負責界面的顯示，對于用戶輸入的解析和業務邏輯的處理都在服務器端進行。這種部署的一個典型代表就是目前取得廣泛應用的B/S架構，在B/S架構中，客戶端主要指網頁瀏覽器，負責顯示HTML頁面；用戶的輸入都將發送到服務器端進行處理，服務器動態生成新的HTML頁面作為結果返回給客戶端。這種方式沒有充分利用客戶機越來越強大的計算能力，無法在客戶端實現復雜的用戶交互體驗。

2.2 改進的分布式MVC

如何對MVC模式進行改進，將模型中的計算任務合理分布到其他節點，是MVC在分布環境中應用的關鍵問題。我們根據模型中數據的不同特點，將模型數據分為動態和靜態兩部分，并據此將模型分解為上層業務模型（Application Model）和下層邏輯模型（Logic Model），如圖2所示，這與文獻[4]中提到的Presentation Mode和Domain Model有相通之處。歸結起來主要有以下特點：

1）Application Model和業務流程相關，將交互頻繁、計算量大的業務處理邏輯從模型中分離出來，重點處理和顯示界面相關的數據，當接收到復雜邏輯計算的操作請求后，能夠將其轉化為Logic Model能夠理解的信息并調用相應的方法來進行邏輯計算，計算結果通知給相應的View以實現同步；

2）Logic Model與基礎數據處理和邏輯計算相關，作為數據服務和邏輯算法的提供者，為業務模型提供多源數據服務和底層計算模型支撐；

3）控制器直接控制Application Model，在多模型多視圖情況下，能夠有效地減少視圖與 Logic Model之間的通信和計算開銷，可以更好地支持多視圖交互式應用。

圖2 改進的MVC模式

可以看出，Application Model更接近面向用戶的業務流程，而Logic Mode更接近底層的邏輯計算，這兩部分的分離使得部件的重用性進一步增加，程序的結構更加清晰，并且有利于確定分布式程序各個功能模塊的合理分布。在該模式下，可以把 Application Model、Controller 和View部署在客戶端，Logic Model則部署在服務器端。客戶端負責處理接近用戶界面的業務流程，可以充分利用客戶機的能力提供給用戶豐富的交互體驗；另一方面，服務器端負責連接數據庫進行數據存取并處理復雜的邏輯計算。這種劃分方式使整個系統在客戶端有良好的響應，并且充分體現了MVC模式結構清晰和重用性高的特點，使得整個構架易于維護，是一種合理的分布式程序功能劃分方式。

2.3 框架的提出

綜合以上分析，我們結合作戰指揮應用的特點，提出了一種基于MVC的分布式作戰應用框架，該框架基于 C/S架構，由客戶端、消息中間件[6]和服務器端三部分組成，具體如圖3所示。

圖3 基于分布式 MVC的作戰應用框架

客戶端主要部署 View、Controller、Application Model三部分。其中，Application Mode負責處理客戶端的業務流程并向服務器端發送底層邏輯計算請求，同時處理和接收服務器端發來的計算結果。View負責顯示元素的靈活組裝和可視化展現，Controller負責Application Mode與View之間的消息映射。消息中間件是整個框架的通信核心，客戶端之間、客戶端同服務器端之間均通過消息中間件進行通信，同時提供同步機制實現服務器端到客戶端的消息同步。服務器端部署Logic Model及公共服務對象，主要用來處理復雜的邏輯計算、公共服務的操作以及和數據庫之間的通信。通過對業務功能的分離，該框架能夠使系統功能模塊進行針對性分離和布置，使得各個客戶端能夠充分發揮其自身的性能，使得整個系統的運行效率得到了很大的提高。

3 框架的應用與實現

3.1 框架的應用

計劃決策支持是指在必要的模型、知識和數據基礎上，進行分析、判斷、探索和評價，直至做出決心建議的過程。目前，該技術已廣泛運用于作戰指揮領域中，主要以作戰指揮學、軍事運籌學、控制論、思維科學和行為科學為基礎，以計算機技術、模擬技術和信息技術為手段，輔助指揮員和指揮機構進行作戰決斷。在信息化和多軍兵種聯合作戰條件下，聯合作戰計劃決策支持系統是提高軍隊作戰決策水平、實現決策科學化的有效途徑[7]。鑒于此應用背景，我們開發了一套面向聯合作戰的計劃決策支持系統。

該系統采用上述改進的MVC框架進行設計，系統架構如圖4所示。View由系統主界面和各種業務界面動態庫組成，呈現和用戶交互的信息。Controller主要由“統一控制引擎”實現,每一個對應的業務流程類均在該引擎中進行注冊，從而在 View和應用流程模型間建立映射關系。Application Model由“情況判斷”、“目標分析”、“任務區分”和“方案評估”等組成，這些模塊負責各種業務流程的組織，同時和服務器相關的邏輯計算模型進行通信。消息傳輸總線提供底層的信息傳輸能力，同時開發了客戶端代理和服務器端代理，使之能夠滿足客戶端和服務器端之間的通信需要。服務器端由“作戰計算”、“能力分析”、“數據融合”和“數據管理”等組成，提供通用的邏輯算法模型及基礎數據信息訪問能力。

圖4 面向聯合作戰的計劃決策支持系統架構

3.2 主要實現

面向聯合作戰的計劃決策支持系統主要基于 C++開發實現，整個系統的功能實現比較復雜，限于篇幅，以下僅對幾個關鍵部件的實現進行說明。

1）基于插件技術的客戶端表現集成 關于客戶端的實現，我們主要借鑒了Eclipse[8]的插件開發思想，通過插件開發實現客戶端主應用程序與界面展示DLL分離，所有客戶端界面均以DLL模塊的形式存在，由業務流程模型根據模塊配制信息進行動態加載，同時主界面上的模塊菜單也是動態生成的。其客戶端原理如圖5所示。在具體應用開發中，對于從框架基類中繼承的各種類型窗體，將自動被納入系統統一風格控制器中，實現了當系統風格改變時，各具體業務界面不需作任何的變動（類似B/S中的CSS的效果）。客戶端要展示或處理的數據由統一控制引擎進行分發。不僅實現了前臺界面的可配制，同時前臺主應用程序對于所有C/S應用都是通用的，實現了主程序的高可復用性。

2）基于代理技術的消息中間件 代理（Agent）是一個能在特定環境中采取復雜自治行為的計算機系統。從應用的角度看，代理就是能自動執行用戶委托任務的計算實體[9-10]。在本系統中，我們基于軟件代理技術以及消息傳輸總線的通信傳輸能力，實現了用于客戶端之間、客戶端與服務端之間進行信息交互的客戶/服務代理，它們和消息傳輸總線一起構成了系統的消息中間件，主要實現如圖6所示。其中，消息傳輸總線基于TCP/IP協議實現數據傳輸，通過IP地址尋找目的服務器地址, 支持廣播和發布/訂閱兩種應用模式，能夠提供基礎的消息傳輸、信息同步以及客戶/服務動態發現能力；客戶端代理負責應用客戶的注冊，把客戶端調用轉換成服務端可識別的消息請求，同時接收服務端返回的計算結果并解釋為用戶可理解的形式；服務端代理負責邏輯計算模型的注冊，能夠響應客戶端的消息請求，根據傳遞過來的命令代號和模型類代碼查找到相應的邏輯計算模型，將客戶請求交給該模型進行處理，并把計算結果返回到客戶端。

3）基于XML的Logic Model描述規范 為了實現底層Logic Model的靈活擴展，以及系統未來分布式、跨平臺、跨語言的發展需要，我們參照 Web Services中有關WSDL文件的技術標準[11]，建立統一的Logic Mode描述規范，提供對模型屬性、模型接口、參數等元素的描述方法，為客戶/服務間 Application Model與Logic Model的互操作提供統一的交換標準，其XML Scheme如圖7所示。

圖5 基于插件技術的客戶端原理

圖6 基于軟件代理技術的消息中間件主要實現

圖7 Logic Model的XML Schema

4 結束語

本文在傳統 MVC 模式的基礎上，結合分布式作戰應用的特點，提出了一種基于MVC分布式作戰應用框架，為作戰指揮系統的開發提供了一種有效的構架解決方案。該框架通過 View、Controller、Application Model和Logic Model的分離，有助于確立良好的軟件功能劃分，提高了各部件的重用性；通過界面顯示和業務邏輯的分離，使得界面程序員只關注系統的客戶體驗，業務程序員只關注業務邏輯，從而便于軟件的并行開發，大大提高軟件開發的質量和效率；通過業務流程模型和邏輯計算模型的合理分配，并在客戶端與客戶端之間、客戶端與服務器端之間采用自研的消息中間件進行通信，使作戰指揮系統在運行效能上有了顯著的提高。

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[2]Buschmann F, Meunier R, Rohnert H, et al. 面向模式的軟件體系結構(卷 1):模式系統[M].賁可榮,, 等譯. 北京:電子工業出版社,2005.

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