基于Django 的MVC框架設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

楊洪濤

關(guān)鍵詞：軟件框架；MVC；MTV；ORM模型

1 引言

Django是用Python語言設(shè)計的一款免費(fèi)的Web開發(fā)框架，它幾乎包括了Web應(yīng)用的各領(lǐng)域，能方便快速地搭建高性能的數(shù)據(jù)庫驅(qū)動網(wǎng)站。Django采用了通用Web開發(fā)模式的高度抽象，為復(fù)雜的編程作業(yè)提供了快速解決方案，它也是一款全能型框架，內(nèi)置了許多模塊，極大地方便了Web開發(fā)者。

百度百科解釋，“軟件框架（software framework） ，通常指的是為了實(shí)現(xiàn)某個業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)或完成特定基本任務(wù)的軟件組件規(guī)范，也指為了實(shí)現(xiàn)某個軟件組件規(guī)范時，提供規(guī)范所要求之基礎(chǔ)功能的軟件產(chǎn)品。”簡而言之，框架就是制定一套規(guī)范或者規(guī)則，程序員在該規(guī)范或者規(guī)則下工作，好比使用別人搭好的舞臺來做編劇和表演。Django就是Web開發(fā)方面優(yōu)秀的框架，下面筆者就Django 的MVC 架構(gòu)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)介紹一下。

2 MVC 設(shè)計模式

MVC是Web開發(fā)領(lǐng)域著名的設(shè)計模式，MVC是Model-View-Controller的縮寫，其各部分含義如下：

1） Model：表示數(shù)據(jù)存取層，處理與數(shù)據(jù)相關(guān)的所有事務(wù)，包括對數(shù)據(jù)表的定義和數(shù)據(jù)的增刪改查等。

2） View：表示視圖層，是系統(tǒng)前端顯示部分，負(fù)責(zé)顯示什么和如何顯示，用于向用戶展示結(jié)果。

3） Controller：表示控制層，主要根據(jù)從View層輸入的指令來檢索Model層的數(shù)據(jù)，并在該層編寫代碼產(chǎn)生結(jié)果并輸出，用于處理請求、獲取數(shù)據(jù)和返回結(jié)果[1]。

MVC設(shè)計模式的請求與響應(yīng)過程如圖1所示，運(yùn)行過程如下：

1） 用戶通過瀏覽器向服務(wù)器發(fā)起Request請求，Controller層接受請求后，同時向Model層和View 發(fā)送指令；

2） Model層根據(jù)指令與數(shù)據(jù)庫交互并選擇相應(yīng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給Controller層；

3） View層接收到Controller的指令后，加載用戶請求的頁面，并將此頁面發(fā)送給Controller層；

4） Controller層接收到Model和View層的數(shù)據(jù)后，將它們組織成Response響應(yīng)格式發(fā)送給瀏覽器，瀏覽器通過解析把頁面展示出來。

MVC的三層之間緊密相連，但又相互獨(dú)立，每層的修改都不會影響其他層，每層都提供了各自獨(dú)立的接口供其他層調(diào)用，MVC 的設(shè)計模式降低了代碼之間的耦合性，增加了模塊的可重用性，這正是MVC設(shè)計模式的優(yōu)點(diǎn)所在。

3 MVC 的優(yōu)化設(shè)計模式——MTV

Django是基于MVC構(gòu)造的框架，但在MVC基礎(chǔ)上，對控制器Controller進(jìn)行了封裝，增加了模塊功能Template 實(shí)現(xiàn)前端網(wǎng)頁，所以Django 更關(guān)注的是模型、模板和視圖，稱為MTV設(shè)計模式。其各部分職責(zé)如下：

1） Model：即數(shù)據(jù)存取層，與MVC中的M功能相同，負(fù)責(zé)和數(shù)據(jù)庫交互，處理所有數(shù)據(jù)相關(guān)的業(yè)務(wù)，并提供數(shù)據(jù)的增刪改查。

2） Template：即模板層，也叫表現(xiàn)層，與MVC中的V功能相同，負(fù)責(zé)封裝構(gòu)造要返回的HTML，處理頁面的顯示。

3） View：即業(yè)務(wù)邏輯層，與MVC中的C功能相同，接收請求、進(jìn)行業(yè)務(wù)處理和返回應(yīng)答，是連通Model層和Template的橋梁。

對照兩種模式發(fā)現(xiàn)，MTV模式中，用View層取代了Controller層的位置，用Template層取代了原來View層的位置，模板可以理解成它是一個HTML 頁面，HTML頁面的渲染在視圖層完成。具體來說，MTV設(shè)計模式的原理如圖2所示，詳細(xì)運(yùn)行過程如下：

1） 用戶通過瀏覽器對服務(wù)器發(fā)起Request請求，服務(wù)器接收請求后，通過View的業(yè)務(wù)邏輯層進(jìn)行分析，同時向Model層和Template層發(fā)送指令；

2） Model 層與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，將數(shù)據(jù)返回給View層；

3） Template層接收到指令后，調(diào)用相應(yīng)的模板，并返回給View層；

4） View層接收到模板與數(shù)據(jù)后，首先對模板進(jìn)行渲染（即將相應(yīng)的數(shù)據(jù)賦值給模板），然后組織成相應(yīng)格式返回給瀏覽器，瀏覽器進(jìn)行解析后并最終呈現(xiàn)給用戶。

通過以上兩種設(shè)計模式的比較，可以得出MTV是MVC的一種細(xì)化，它將原來MVC中的V層拿出來進(jìn)行分離，視圖的顯示與如何顯示交給Template層，而View層更專注于實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯。當(dāng)然，Django 是有Controller層的，只不過它由框架本身來實(shí)現(xiàn)，所以不用關(guān)心它，更關(guān)注于M、T 和V。

4 項目案例

某中等職業(yè)學(xué)校需要開發(fā)一款B/S版的學(xué)生管理信息系統(tǒng)，主要功能和要求為：可新增學(xué)生信息、查詢學(xué)生信息、修改學(xué)生信息、刪除學(xué)生信息和瀏覽學(xué)生信息等。

4.1 需求分析

根據(jù)學(xué)生管理信息系統(tǒng)功能要求，可以劃分如下幾個模塊來實(shí)現(xiàn)，具體為：新增學(xué)生信息模塊、查詢學(xué)生信息模塊、修改學(xué)生信息模塊、刪除學(xué)生信息模塊和瀏覽學(xué)生信息模塊。由于Django是典范的MVC框架，能靈活地支持?jǐn)?shù)據(jù)庫，而且有強(qiáng)大的后臺管理功能，所以以“瀏覽學(xué)生信息模塊”為例（其他模塊與之相似），討論Django MTV模式開發(fā)的一般步驟[2]。

4.2 項目結(jié)構(gòu)與規(guī)劃

首先，列出本項目的目錄結(jié)構(gòu)，如圖3 所示。

Stu_Manage是項目的主目錄，其內(nèi)部的manage.py文件是項目的運(yùn)行入口，指定配置文件路徑。下一級Stu_Manage文件夾內(nèi)部的settings.py是整個項目的配置文件，是項目定制化配置。urls.py是主路由文件，通過URL控制器來處理不同的請求。wsgi.py是py?thon服務(wù)器程序連接到web服務(wù)器的通用協(xié)議文件，用來調(diào)用App的應(yīng)用。stu_reginfo是項目內(nèi)的一個應(yīng)用，一般每個獨(dú)立的應(yīng)用對應(yīng)一個文件夾，目的是讓分類清晰，便于項目分工。

stu_reginfo目錄是MTV框架的核心部分，其中ad?min.py 文件是django 自帶的一個admin 管理模塊，models.py是數(shù)據(jù)模型文件，views.py是處理用戶請求和生成響應(yīng)的視圖文件。

templates文件夾是保存應(yīng)用程序的模板文件，一般包括html前端頁面內(nèi)容。

到此，基于學(xué)生信息系統(tǒng)的MTV 框架目錄結(jié)構(gòu)就清楚了，各文件部分的功能及作用也就明白了，以后開發(fā)人員依照此MTV框架，只需要根據(jù)自身的需求對框架中的各個目錄功能進(jìn)行完善就可進(jìn)行高效開發(fā)，設(shè)計出滿足自己需求的各類網(wǎng)站。

4.3 系統(tǒng)設(shè)計

由前面分析，得出MVC或MTV框架的大體設(shè)計流程是：1） 客戶端發(fā)起請求，路由對客戶發(fā)起的請求進(jìn)行統(tǒng)一處理和分發(fā)給控制層；2） 控制層獲取請求，訪問數(shù)據(jù)層；3） 數(shù)據(jù)層對數(shù)據(jù)進(jìn)行增刪改查，把數(shù)據(jù)返回給控制層；4） 控制層獲取數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)調(diào)度給視圖（模板）；5） 視圖（模板）對數(shù)據(jù)進(jìn)行渲染，形成html文件返回給控制層；6） 控制層把渲染后的視圖（模板）返回給客戶端。下面以此流程為參考，完成“瀏覽學(xué)生信息模塊”的設(shè)計。

簡單說，ORM的主要功能為：根據(jù)對象的類型生成表結(jié)構(gòu)；將對象、列表的操作，轉(zhuǎn)換為SQL語句；將SQL查詢到的結(jié)果轉(zhuǎn)換為對象、列表。

Django中的模型包含存儲數(shù)據(jù)的字段和約束，對應(yīng)數(shù)據(jù)庫中唯一的表。在stu_reginfo應(yīng)用中添加數(shù)據(jù)模型，執(zhí)行數(shù)據(jù)庫遷移，即完成Model（模型）設(shè)計。

“ 瀏覽學(xué)生信息模塊”的數(shù)據(jù)模型文件是stu_reginfo文件夾中的models.py，根據(jù)需求其基本字段定義如下：

python代碼分離，模板定義了占位符及各種規(guī)范文檔該如何顯示的模板標(biāo)簽。采用模板輸出時，需在項目下建立templates文件夾，再在其中建立html文件，在代碼中通過{{ }}輸出后臺需返回的內(nèi)容。

本項目中瀏覽器端輸出學(xué)生信息瀏覽效果，通過模板文件stu_reginfo_list.html實(shí)現(xiàn)，主要代碼如下：

粗體代碼要理解透徹，其中{{ }}代表模板變量，表示視圖傳遞給模板的數(shù)據(jù)；｛% %｝表示模板標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)語句控制功能。這一步就實(shí)現(xiàn)了動態(tài)生成HTML頁面功能，完成Template（模板）設(shè)計，這和前面修改setting.py配置文件就一致了。

Django中路由系統(tǒng)的作用是使視圖中處理數(shù)據(jù)的函數(shù)與請求的URL建立映射關(guān)系，請求時可根據(jù)urls.py中的條目找到請求對應(yīng)的處理方法。根據(jù)前面設(shè)計，將路由規(guī)則stu_reginfo_list與視圖函數(shù)進(jìn)行映射，修改項目的主路由文件urls.py內(nèi)容如下：

4.4 項目測試

通過以上步驟，完成了M、T 和V的設(shè)計，現(xiàn)在可以啟動項目進(jìn)行測試了，在命令行執(zhí)行python man?age.py runserver命令啟動項目，若顯示如圖4提示，表示項目啟動正常，沒有錯誤。然后在瀏覽器中打開http：//127.0.0.1：8000/stu_reginfo_list/，即可看到圖5結(jié)果，表明“瀏覽學(xué)生信息模塊”設(shè)計成功。

通過上面“瀏覽學(xué)生信息模塊”的設(shè)計也發(fā)現(xiàn)，MTV這種設(shè)計模式關(guān)鍵優(yōu)勢在于各種組件之間的松耦合性，每個由Django驅(qū)動的Web應(yīng)用都有獨(dú)立的目標(biāo)，并且可單獨(dú)更改而不影響其他的部分。如開發(fā)者更改一個應(yīng)用程序中的URL而不會影響到這個程序底層的實(shí)現(xiàn)，或者設(shè)計者改變HTML頁面的樣式而不用接觸Python代碼等特點(diǎn)[3]。

5 結(jié)論

本文以流行的MVC框架模式為指導(dǎo)，以學(xué)生管理信息系統(tǒng)中“瀏覽學(xué)生信息模塊”功能的實(shí)現(xiàn)為案例，分析說明了MVC框架開發(fā)的工作原理和思路，總結(jié)了Django MTV模式開發(fā)Web網(wǎng)站的基本流程和步驟，希望能對進(jìn)一步深入理解并運(yùn)用Django解決實(shí)際問題提供參考和幫助。