基于MVC的Web框架設計與應用

亓雪冬, 韓立峰

(中國石油大學(華東)信息化建設處， 山東 青島 266580)

0 引言

隨著Web業務需求的不斷增長，MVC設計模式和基于MVC的Web框架被持續研究和關注，如冉啟武等[1]設計了基于MVC模式的教學管理電子信息系統；張翠翠等[2]研究了基于MVC的試卷生成及主觀題判卷算法；王俊芳等[3]研究和應用了基于MVC模式的ThinkPHP框架；Majida Laaziri等[4]評估了Laravel、Smfony和CodeIgniter三種PHP Web框架并對其性能進行了測試；Andri Sunardi等[5]對比了Laravel和Slim兩種PHP Web框架并研究了在自由職業者項目監控系統中的應用效果。眾多研究表明，MVC模式通過對應用的分層和解耦，減少了架構設計的復雜性，增加了代碼的靈活性和可重用性；而MVC Web框架通過提供基礎框架模型和類庫，減少了Web應用開發中的重復代碼，提高了開發效率和可維護性。

本文在研究MVC設計模式的基礎上，分析了Web應用的一般性需求，提出了MVC Web框架的設計思路，并基于該框架設計實現了程序設計實訓Web系統。

1 MVC設計模式

MVC設計模式最初于上世紀80年代誕生于Smalltalk語言中，近年來被廣泛應用于Java EE、Web等平臺的軟件開發中。MVC全稱為Model-View-Controller，Model指數據模型，View指視圖(用戶界面)，而Controller則指控制器。MVC的目的是將Model和View分離，從而使同一個程序可以使用不同的表現形式。MVC強制使應用程序的輸入、處理和輸出分開設計，將程序主體分離為模型、視圖、控制器3個核心部件，實現功能的解耦。模型-視圖-控制器三者間的關系，如圖1所示。

圖1 MVC架構示意圖

控制器接受用戶的輸入并調用模型和視圖去完成用戶的需求，它本身不做任何處理，也不輸出任何數據。單擊Web頁面中的超鏈接和發送HTML表單時，它只是接收請求并決定調用哪個模型去處理請求，然后再確定用哪個視圖來顯示返回的數據，相當于模型和視圖的粘合邏輯。

模型表示數據和業務規則，它返回的數據是中立的，與數據格式無關，因此一個模型能夠為多個視圖提供數據，減少了代碼的重復性。

視圖為用戶提供一種展示和操作數據的方式。不同的視圖代表多個不同的用戶界面。實際的處理操作發生在模型部分而不是視圖部分。在Web應用程序，視圖通常由HTML元素、模板標記語言以及模型返回的數據共同組成。

2 基于MVC的Web框架設計

2.1 整體架構

本文設計的Web框架遵循MVC設計模式，核心類包括控制器基類Controller、模式基類Model、用于生成視圖的模板類Template和工具類Request。整體架構,如圖2所示。

圖2 整體架構設計圖

控制器基類Controller邏輯上依賴于類Model和類Template，內部包含了Model和Template的實例，其目的是粘合這兩個類的功能，選擇合適的Model獲取數據，并選擇合適的模板生成視圖。模式基類Model包含了操縱數據的基本業務邏輯，如查找、保存、更新和刪除數據等方法。模板類Template內部封裝了第三方的模板引擎Smarty，實現內存數據到HTML格式視圖的轉換。工具類Request實現了Web請求數據的封裝、請求的派發等功能，將Web請求轉發到指定的控制器。

該架構將Controller與Model的業務邏輯層作為應用的主要開發區域，上層應用程序只需繼承Controller和Model，根據業務實際需求實現對應子類UserControl和UserModel，即可完成業務邏輯開發。

2.2 Web請求入口設計

index.php為Web請求的入口地址。Web請求到達后，index.php首先將Web請求中攜帶的各種數據進行封裝以便后續使用；接下來將Web請求派發到指定控制器，由控制器完成對請求的后續處理。

Requset:: dispatch()方法實現了控制器調度，其思路為：

(1) 從Web請求的Get數據中提取ct和ac兩個參數的值，這兩個參數表示執行處理的控制器Controller以及控制器的具體操作Action；

(2) 將預設的控制器文件目錄、上一步操作中提取的控制器名稱以及字符串“.php”三部分合成控制器類文件完整路徑，使用require語句包含該控制器類；

(3) 創建該控制器的實例，并調用實例中參數ac所指的Action方法，完成控制器調度。

2.3 控制器設計

控制器設計包含兩個層次，Controller基類和UserController子類。基類中包含Model和Template的實例，方便粘合模式和視圖。但基類中并未實現任何Action方法，這部分留給子類根據業務邏輯具體實現。

2.4 視圖模板設計

控制器完成業務邏輯后，將調用模板類Template，將返回的數據和指定的模板合成視圖，向用戶展示Web應用界面。Template類基于第三方的模板引擎Smarty，模板文件使用Smarty的語法，擴展名為tpl。Template類公開了assign和display兩個方法，assign將控制器返回的數據替換入模板，display根據模板語言對模板進行解釋，生成最終的視圖。

2.5 模式設計

模式的設計圍繞操縱和處理數據展開。在業務系統中，數據表現為關系數據庫中的關系(表)；然而在軟件設計中，數據表現為內存中的對象。為了實現關系與內存對象之間的數據轉換，本文在模式層設計了輕量級、可擴展的對象-關系映射(Object/Relation Mapping，簡稱ORM)機制，相關設計類,如圖3所示。

圖3 模式部分類圖

DbManager是直接操縱數據庫的抽象基類，connect屬性表示數據庫連接對象，config屬性表示數據庫配置字符串，getData方法用于執行Select語句返回數據，runSql方法用于執行Insert、Delete、Update等SQL語句。子類MySQL和SQLServer是DbManager針對這兩種常用數據庫的具體實現，這使得模式可以支持多種數據庫。

3 Web框架的應用

基于MVC Web框架，筆者設計實現了程序設計實訓Web系統。實訓課程中，學生需要小組合作共同完成一個實訓項目，一個小組提交一份電子作業，教師根據小組中每個成員的工作量來評定成績。根據項目需求，系統核心功能確定為用戶管理、小組管理和作業管理3個主要模塊。用戶管理模塊主要提供注冊、登錄和賬號管理等功能；小組管理模塊主要提供小組的建立和刪除、小組查詢、組員加入和退出等功能；作業管理模塊中，面向教師的功能為作業發布、作業批改和成績導出，面向組長的功能為接收作業、分配子任務和提交作業，面向組員的功能為接收子任務、提交子任務等。

上文設計的MVC Web框架提供了支撐Web系統的關鍵基礎功能，并且將系統邏輯結構劃分為模式、視圖和控制器三部分，開發時只需對各部分進行必要的擴展和補充即可，這種方式極大簡化了Web系統的開發。

在控制器方面，針對用戶管理、小組管理和作業管理等模塊分別實現了UsersController、TeamsController和Projects Controller3個控制器子類。每個控制器內部可實現了一系列Action(功能)，如用戶管理控制器UsersController，內部實現了UserRegister、UserLogin、RemoveUser、EditUser等Action。Web請求中，通過指定ct(Controller)和ac(Action)兩個參數，可以調用指定控制器的指定功能，處理用戶請求。

對于每一個Action，均要設計與之匹配的專用模式子類。模式子類繼承自Model父類，提供了處理和訪問此Action所需的特定數據的能力。例如對于登錄Action和分配子任務Action，分別設計了LoginModel和SubtaskModel兩個子類，LoginModel用于處理登錄相關數據，SubtaskModel用于處理子任務劃分相關數據。

另外還需為每一個Action設計對應的視圖模板，以展示用戶界面。例如對于登錄Action和分配子任務Action，分別設計了Login.tpl和SubtaskModel.tpl兩個視圖模板。這兩個Action的用戶界面，如圖4所示。

圖4 程序設計實訓Web系統部分界面(上圖為登錄界面，下圖為分配子任務界面)

4 總結

MVC設計模式通過將應用程序分離為模式-視圖-控制器3個部分，實現了對應用的分層和解耦，提高了軟件設計的靈活性。分層結構使得MVC具有耦合性低、重用性高、便于部署、易于測試等優點。本文基于MVC模式自主設計開發了一套高效率、可擴展的輕量級Web框架，并在該框架的基礎上設計實現了程序設計實訓Web系統。實踐表明，本文的MVC Web框架為Web應用開發提供了關鍵技術支撐，簡化了開發工作，提高了開發效率，增強了應用系統的穩定性和可靠性。