淺談分層技術(shù)在計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

李洪濤

遼寧省信息中心 遼寧沈陽(yáng) 110002

1 計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)概述

分層技術(shù)在計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)中，是應(yīng)用最廣泛的一種設(shè)計(jì)方法，也是非常重要的一種結(jié)構(gòu)。分層技術(shù)設(shè)計(jì)思想，是隨著計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)方法不斷發(fā)展而來(lái)。最早軟件開(kāi)發(fā)，采用面向過(guò)程開(kāi)發(fā)方法。面向過(guò)程設(shè)計(jì)思想是分析實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)步驟，然后使用函數(shù)方式把這些步驟實(shí)現(xiàn)，在使用時(shí)根據(jù)需要分別調(diào)用對(duì)應(yīng)函數(shù)。這一階段分層設(shè)計(jì)主要用于隔離硬件和軟件邏輯邊界。在面向過(guò)程開(kāi)發(fā)方法不適合解決復(fù)雜應(yīng)用邏輯時(shí)，面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)方法成為主流技術(shù)。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)思想是把設(shè)計(jì)目標(biāo)分解成各個(gè)邏輯對(duì)象，建立對(duì)象方法是參考現(xiàn)實(shí)中邏輯對(duì)象實(shí)現(xiàn)目標(biāo)、解決問(wèn)題過(guò)程中行為和狀態(tài)變化。這一階段，分層技術(shù)有了比較普遍應(yīng)用。

2 分層技術(shù)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)原則

2.1 分層技術(shù)特點(diǎn)

分層設(shè)計(jì)目是利用層次結(jié)構(gòu)把軟件系統(tǒng)內(nèi)部信息交換問(wèn)題分解到一系列容易控制層中，各層根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需要可以獨(dú)立進(jìn)行修改或擴(kuò)充。使用分層技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可以分散業(yè)務(wù)關(guān)注點(diǎn)、松散模塊耦合度、便于實(shí)現(xiàn)內(nèi)部和外部邏輯復(fù)用、更適合實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，在業(yè)務(wù)發(fā)展過(guò)程中具有較好擴(kuò)展性，并能根據(jù)使用情況靈活適應(yīng)更復(fù)雜物理部署方式。雖然更多層次設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定程度上性能降低以及設(shè)計(jì)復(fù)雜度增加，但是在現(xiàn)今計(jì)算資源充足和架構(gòu)設(shè)計(jì)成熟條件下，相對(duì)后期維護(hù)成本，這些損失基本可以忽略。

2.2 分層技術(shù)設(shè)計(jì)原則

分層設(shè)計(jì)從邏輯上將系統(tǒng)劃分成許多層次集合，各層之間關(guān)系要遵循一定設(shè)計(jì)原則。①每個(gè)層被設(shè)計(jì)為完成相對(duì)獨(dú)立功能，層內(nèi)部可以繼續(xù)劃分為顆粒度更小模塊，層內(nèi)部設(shè)計(jì)應(yīng)高內(nèi)聚，每層系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)為能夠迭代和延展，甚至于能夠獨(dú)立部署。②各層功能實(shí)現(xiàn)只能基于同層和下一層功能，并對(duì)上一層提供支撐和服務(wù)，在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中基本不允許進(jìn)行跨層級(jí)功能調(diào)用，并且下層不能夠調(diào)用上一層，層間設(shè)計(jì)應(yīng)低耦合。③各層的設(shè)計(jì)應(yīng)將接口與實(shí)現(xiàn)分離，層間調(diào)用是通過(guò)接口進(jìn)行。通過(guò)接口訪問(wèn)方式分離對(duì)層內(nèi)部邏輯關(guān)注點(diǎn)，同時(shí)層的接口調(diào)用模式也更利于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。

3 分層技術(shù)應(yīng)用

3.1 兩層設(shè)計(jì)應(yīng)用

分層技術(shù)有多種形式，兩層設(shè)計(jì)是最基本形式，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和業(yè)務(wù)邏輯不復(fù)雜應(yīng)用系統(tǒng)中，兩層設(shè)計(jì)非常常見(jiàn)，在今天小型應(yīng)用軟件中也還經(jīng)常使用。兩層設(shè)計(jì)一般是采用客戶(hù)服務(wù)器模式，與用戶(hù)相關(guān)部分集中在客戶(hù)端，例如界面、操作等。與數(shù)據(jù)和運(yùn)算相關(guān)部分集中在服務(wù)器端。客戶(hù)端和服務(wù)器端兩層之間相互配合，甚至通信互訪，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、業(yè)務(wù)不復(fù)雜情況下能夠很好地滿(mǎn)足用戶(hù)使用和體驗(yàn)。

3.2 三層設(shè)計(jì)應(yīng)用

三層架構(gòu)是目前大型軟件系統(tǒng)中最核心設(shè)計(jì)技術(shù)，四層、五層設(shè)計(jì)也是從三層設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)。通常來(lái)說(shuō)，三層架構(gòu)由上至下分別為表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)層。表示層用于顯示數(shù)據(jù)和接收用戶(hù)操作信息，為用戶(hù)提供一種交互式訪問(wèn)接口。表示層狹義上通常被認(rèn)為是Web頁(yè)面，從廣義上講也可以是桌面程序、手機(jī)App等任何人機(jī)接口方式。業(yè)務(wù)邏輯層包含系統(tǒng)中核心業(yè)務(wù)邏輯，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)層業(yè)務(wù)邏輯處理實(shí)現(xiàn)表示層用戶(hù)操作目標(biāo)。業(yè)務(wù)邏輯層是三層設(shè)計(jì)架構(gòu)中最核心、最關(guān)鍵部分。業(yè)務(wù)邏輯層處于數(shù)據(jù)層與表示層中間，在數(shù)據(jù)交換中起到承上啟下作用。由于層之間弱耦合關(guān)系，以及層之間依賴(lài)關(guān)系是自上而下，上層設(shè)計(jì)改變對(duì)于其依賴(lài)底層來(lái)說(shuō)沒(méi)有影響。在層實(shí)現(xiàn)時(shí)候，如果遵循了面向接口設(shè)計(jì)思想，就可以實(shí)現(xiàn)是一個(gè)可抽取替換的設(shè)計(jì)架構(gòu)。因此業(yè)務(wù)邏輯層設(shè)計(jì)對(duì)于實(shí)現(xiàn)一個(gè)可擴(kuò)展架構(gòu)尤為關(guān)鍵。數(shù)據(jù)層也稱(chēng)為數(shù)據(jù)訪問(wèn)層，主要負(fù)責(zé)訪問(wèn)和操作數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)增刪改查。數(shù)據(jù)源可以是多種數(shù)據(jù)庫(kù)，也可以是XML文件、二進(jìn)制文件等。在數(shù)據(jù)層采用實(shí)體關(guān)系映射方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)操作時(shí)候，也可以把數(shù)據(jù)層稱(chēng)為持久層。

3.3 四層設(shè)計(jì)應(yīng)用

在領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)思想用于指導(dǎo)企業(yè)級(jí)應(yīng)用開(kāi)發(fā)之后，四層設(shè)計(jì)也得到了廣泛關(guān)注。在領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)概念中，四層設(shè)計(jì)主要包括用戶(hù)層、應(yīng)用層、領(lǐng)域?qū)雍突A(chǔ)層，相對(duì)于經(jīng)典三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，在表示層和業(yè)務(wù)邏輯層中間增加了應(yīng)用層，通過(guò)應(yīng)用層隔離用戶(hù)層對(duì)業(yè)務(wù)邏輯直接調(diào)用，將三層架構(gòu)表示層和業(yè)務(wù)邏輯層之間關(guān)聯(lián)進(jìn)行進(jìn)一步抽象和解耦，在當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和移動(dòng)端應(yīng)用場(chǎng)景下，能夠更好地適應(yīng)多終端、多模式、多網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)訪問(wèn)。基礎(chǔ)層與三層架構(gòu)數(shù)據(jù)層概念基本類(lèi)似。四層設(shè)計(jì)方法，在部署和訪問(wèn)都很復(fù)雜企業(yè)級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，能夠?qū)π录夹g(shù)實(shí)現(xiàn)和需求變更提供更好支持。

3.4 五層設(shè)計(jì)應(yīng)用

五層架構(gòu)設(shè)計(jì)目前沒(méi)有普遍認(rèn)可模式，通常五層設(shè)計(jì)是在四層基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行改進(jìn)。一種改進(jìn)方式是在領(lǐng)域?qū)雍突A(chǔ)層之間增加系統(tǒng)服務(wù)層，用于封裝云計(jì)算等外部接口，集成第三方公共服務(wù)或應(yīng)用。另一種改進(jìn)方式是將基礎(chǔ)層按照分布式系統(tǒng)模式再拆分為數(shù)據(jù)服務(wù)層和數(shù)據(jù)管理層。

3.5 分層技術(shù)與其它設(shè)計(jì)相結(jié)合

分層技術(shù)設(shè)計(jì)思想，是橫向拆分和隔離，在實(shí)際軟件開(kāi)發(fā)中，一個(gè)復(fù)雜整體系統(tǒng)并不是完整進(jìn)行分層設(shè)計(jì)。在具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，縱向不同模塊分層方法可能是不一樣。同時(shí)，隨著軟件設(shè)計(jì)思想進(jìn)步以及軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)發(fā)展，更多設(shè)計(jì)架構(gòu)在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中到了應(yīng)用，例如事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)、微服務(wù)架構(gòu)、云架構(gòu)等。

綜上所述，采用分層技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)分散業(yè)務(wù)關(guān)注、降低系統(tǒng)耦合度、提高代碼復(fù)用、增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性、便于系統(tǒng)擴(kuò)展維護(hù)等核心價(jià)值，在實(shí)際軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，已經(jīng)成為中大型應(yīng)用軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)注重在分層技術(shù)設(shè)計(jì)思想，并注重與新興開(kāi)發(fā)技術(shù)結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量和高可用性并存設(shè)計(jì)目標(biāo)。