面向?qū)ο蟮亩鄬哟谓Y(jié)構(gòu)開發(fā)模式

feiyang10086

面向?qū)ο蟮亩鄬哟谓Y(jié)構(gòu)開發(fā)模式

◆傳統(tǒng)的開發(fā)結(jié)構(gòu)

直至九十年代初，大部分商業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)都是采用集中式開發(fā)架構(gòu)。這種集中式開發(fā)結(jié)構(gòu)一般都屬于特定的專有體系結(jié)構(gòu)，缺乏開放性，且其處理方式基本上是非分布式的，中央主機(jī)的負(fù)擔(dān)很重。另外，一些規(guī)模不大的mis系統(tǒng)采用的是文件服務(wù)器開發(fā)方式。在這種方式下，工作站與文件服務(wù)器之間相互傳輸?shù)氖钦麄�(gè)文件，隨著數(shù)據(jù)的積累，網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)越來(lái)越重。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)用戶增加，超出網(wǎng)絡(luò)并發(fā)響應(yīng)能力時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸瓶頸，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能就會(huì)嚴(yán)重下降。

九十年代中期，隨著微型機(jī)計(jì)算能力的大大增強(qiáng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，一種新的計(jì)算架構(gòu)——客戶機(jī)/服務(wù)器模式應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)體現(xiàn)為：數(shù)據(jù)的應(yīng)用和數(shù)據(jù)的存取分別由客戶機(jī)和服務(wù)器執(zhí)行，客戶機(jī)用來(lái)把數(shù)據(jù)“表現(xiàn)”給用戶，主要處理界面的功能；而服務(wù)器則作為后臺(tái)，集中于完成數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)、檢索等功能。當(dāng)用戶需要訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)提供的應(yīng)用程序接口（api），把數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)請(qǐng)求提交給服務(wù)器。駐留在服務(wù)器的dbms接到請(qǐng)求后，負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)，并將訪問(wèn)結(jié)果返回給客戶機(jī)。這種計(jì)算結(jié)構(gòu)在網(wǎng)上傳輸?shù)闹皇强蛻粽?qǐng)求命令、服務(wù)響應(yīng)以及數(shù)據(jù)記錄，而不是整個(gè)文件，因此網(wǎng)絡(luò)上的信息流量大大減少，有利于解決數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問(wèn)題，在一定程度上也減輕了服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，使服務(wù)器得以充分利用其較強(qiáng)的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。sybase系統(tǒng)就是基于這種標(biāo)準(zhǔn)客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)的典范。圖1給出了標(biāo)準(zhǔn)客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的示意圖。



圖1 標(biāo)準(zhǔn)客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)

標(biāo)準(zhǔn)的客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)商用領(lǐng)域得到了許多應(yīng)用，但也存在一些局限。比如說(shuō)，目前大多數(shù)mis系統(tǒng)普遍存在這樣一個(gè)問(wèn)題：一旦系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)因需求變化而不得不有所改動(dòng)時(shí)，前端的應(yīng)用程序往往要進(jìn)行大的修改。當(dāng)系統(tǒng)較大時(shí)，前端應(yīng)用程序需要很多人來(lái)寫，這時(shí)，僅僅是一個(gè)表結(jié)構(gòu)的變動(dòng)也常常導(dǎo)致多個(gè)開發(fā)人員對(duì)多個(gè)模塊進(jìn)行修改，可以說(shuō)是“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。而且，采用傳統(tǒng)的開發(fā)結(jié)構(gòu)，無(wú)論是在系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)階段，還是在代碼編寫階段，都要求每個(gè)開發(fā)人員對(duì)系統(tǒng)有較深的了解，這樣每個(gè)開發(fā)人員不僅要熟練掌握開發(fā)工具，還要熟悉業(yè)務(wù)，開發(fā)的難度大，要求高。此外，這種結(jié)構(gòu)的服務(wù)器端一般都只是在一臺(tái)機(jī)器上進(jìn)行處理，服務(wù)器的負(fù)擔(dān)比較重。

◆多層次結(jié)構(gòu)開發(fā)

事實(shí)上，大多數(shù)的應(yīng)用程序都能夠概括成三個(gè)不同的元素：用戶界面元素、信息處理元素和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元素。用戶界面元素與用戶進(jìn)行交互，為用戶顯示信息、響應(yīng)用戶生成的事件；信息處理元素根據(jù)從用戶那里接收到的命令和信息來(lái)完成程序數(shù)據(jù)的處理；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元素則檢索、存儲(chǔ)以及管理由用戶界面元素和信息處理元素所生成和使用的數(shù)據(jù)。圖2表明了這些元素之間的相互作用關(guān)系。



圖2 分布式應(yīng)用程序元素

分布式應(yīng)用程序?qū)⒁陨先齻�(gè)元素適當(dāng)分配到多臺(tái)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行處理。一方面，程序的模塊化程度更高；另一方面，資源可以得到更有效的利用（web就是分布式應(yīng)用程序的一個(gè)例子）。

到了九十年代末，隨著面向?qū)ο蠹夹g(shù)的日益成熟和internet技術(shù)、分布式計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了一種新的開發(fā)模式——多層次開發(fā)模式。多層次開發(fā)模式的顯著特點(diǎn)是推出了專門的應(yīng)用程序服務(wù)器來(lái)完成獨(dú)立于用戶界面端和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器端的信息處理工作。作者曾以面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)versant、corba的實(shí)現(xiàn)軟件orbix和orbixweb，以及前端的java開發(fā)工具jbuider建立了多層次的分布式開發(fā)環(huán)境，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了“sdh長(zhǎng)途電路管理系統(tǒng)”。

◆versant+orbix開發(fā)模式及其特點(diǎn)

versant是業(yè)界領(lǐng)先的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，orbix則是corba標(biāo)準(zhǔn)在業(yè)界的最好實(shí)現(xiàn)。二者都提供了在一致的、面向?qū)ο蟮沫h(huán)境下建立易于管理、功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序開發(fā)方法。orbix提供了靈活的分布式模型，主要是對(duì)象動(dòng)作行為的分布。orbix完全遵循corba標(biāo)準(zhǔn)，可以遠(yuǎn)程激活服務(wù)器程序和遠(yuǎn)程調(diào)用對(duì)象，但是基本上不提供對(duì)象的持久性支持。versant作為一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)對(duì)對(duì)象的持久性提供了強(qiáng)有力的支持，而且實(shí)現(xiàn)了從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器到應(yīng)用程序地址空間之間的高效對(duì)象傳送，但其提供對(duì)象的分布式能力非常有限。

將orbix和versant兩種技術(shù)結(jié)合起來(lái)，就可以實(shí)現(xiàn)分布式的corba對(duì)象在面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)中的持久性存儲(chǔ)。結(jié)合這兩種技術(shù)，一方面，由于利用了corba服務(wù)器程序的可遠(yuǎn)程激活的特點(diǎn)以及corba對(duì)象的可遠(yuǎn)程調(diào)用執(zhí)行的特點(diǎn)，用戶界面端可以與corba服務(wù)器靈活地通信；另一方面，corba技術(shù)和versant技術(shù)的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)corba對(duì)象的持久性存儲(chǔ)，同時(shí)，corba對(duì)象的分布式計(jì)算能力使應(yīng)用程序的處理功能可以在多個(gè)服務(wù)器上進(jìn)行分布。因此，利用corba分布式對(duì)象技術(shù)，我們就可以在傳統(tǒng)的客戶機(jī)/服務(wù)器模式中再加入一層專門用于信息處理的應(yīng)用程序服務(wù)器，從而形成三層的開發(fā)結(jié)構(gòu)（如圖3所示）。

在圖3所示的利用versant 和orbix開發(fā)的三層結(jié)構(gòu)模式中，用戶接口層作為orbix 的客戶端進(jìn)程，它可以遠(yuǎn)程激活服務(wù)器程序，也能遠(yuǎn)程調(diào)用orbix 服務(wù)器進(jìn)程提供的對(duì)象。該層只需安裝orbix的客戶端軟件，而不需要安裝數(shù)據(jù)庫(kù)的客戶端軟件。用戶接口層的開發(fā)語(yǔ)言可以任意選擇，不受其他層的影響，如采用c++、java、powerbuider和visual basic等。它與中間層的通信采用corba的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議——iiop協(xié)議，因此，盡管前臺(tái)與中間層的開發(fā)語(yǔ)言不同，使用平臺(tái)也可能不同，卻不需要進(jìn)行復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)編程。



中間的應(yīng)用程序?qū)蛹茸鳛閛rbix的服務(wù)器進(jìn)程，同時(shí)又是versant的客戶端，它利用versant來(lái)提供對(duì)象的持久性支持。該層需要安裝orbix的多線程版本——orbix mt以及集成了orbix和versant的適配器軟件——orbix+versant adapter（ova）。當(dāng)用戶接口層的程序接收到用戶通過(guò)交互式界面發(fā)出的數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，用戶接口層的程序就通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的idl接口去調(diào)用中間服務(wù)器提供的corba對(duì)象及其標(biāo)準(zhǔn)接口函數(shù)。中間服務(wù)器的corba進(jìn)程探測(cè)某服務(wù)器程序的corba對(duì)象是否被調(diào)用，如果該服務(wù)器程序尚未啟動(dòng)，便會(huì)啟動(dòng)可能運(yùn)行在另外一臺(tái)機(jī)器上的服務(wù)器進(jìn)程。因此，用戶接口層無(wú)需知道該服務(wù)器程序具體在哪臺(tái)機(jī)器上以及是否已啟動(dòng)，而只需根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)接口去調(diào)用就可以了，從而實(shí)現(xiàn)中間層服務(wù)器程序的平臺(tái)無(wú)關(guān)性和位置無(wú)關(guān)性。調(diào)用corba對(duì)象的接口函數(shù)就像調(diào)用一般的c++對(duì)象的函數(shù)一樣，通過(guò)調(diào)用該corba對(duì)象的其他函數(shù)（包括該corba對(duì)象的接口函數(shù)和內(nèi)部函數(shù)），實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的查詢和其他的處理，再將結(jié)果通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口返回給用戶接口層。

存儲(chǔ)層是versant數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，中間層應(yīng)用程序?qū)Υ鎯?chǔ)層數(shù)據(jù)的存取是通過(guò)ova適配器軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它可以使corba對(duì)象作為versant的持久性對(duì)象，對(duì)corba對(duì)象的屬性修改可以透明地存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。對(duì)于其他的數(shù)據(jù)庫(kù)，orbix也有相應(yīng)的適配器軟件，用戶自己也可以開發(fā)。

這種三層的開發(fā)模式能夠更好地利用計(jì)算機(jī)資源，也使得開發(fā)分布式應(yīng)用更加方便。

1) 用戶接口層只是普通的corba 客戶程序，完全與數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)關(guān)。

對(duì)orbix客戶端而言，它并不清楚也不必關(guān)心它所調(diào)用的orbix對(duì)象是否是持久的。因此，不像客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)那樣，用戶接口層不需要安裝客戶端的數(shù)據(jù)庫(kù)連接工具。在傳統(tǒng)的客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的客戶端開發(fā)中，一般要求開發(fā)人員對(duì)系統(tǒng)有較深的了解。當(dāng)然，如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)做得很好，分工很細(xì)，開發(fā)人員也可以不需要對(duì)系統(tǒng)有太多的了解，但是，系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作要做到這種程度是非常困難的。而三層結(jié)構(gòu)開發(fā)模式從邏輯上就已經(jīng)很清楚地描述了各個(gè)層次的編程人員的分工。不同層次的編程人員對(duì)系統(tǒng)可以有不同的了解程度，用戶界面的編程就基本不需要對(duì)系統(tǒng)有多少了解，而中間層ova應(yīng)用程序的編寫者事實(shí)上只負(fù)責(zé)面向?qū)ο竽Ｐ偷木唧w實(shí)現(xiàn)，對(duì)象模型中的一個(gè)對(duì)象類大體上對(duì)應(yīng)idl標(biāo)準(zhǔn)接口的一個(gè)用戶界面接口。中間層應(yīng)用程序服務(wù)器的編寫者只需負(fù)責(zé)對(duì)象模型的具體實(shí)現(xiàn)，無(wú)需考慮界面的問(wèn)題，也無(wú)需考慮用戶接口層采用什么語(yǔ)言以及什么平臺(tái)去訪問(wèn)它。用戶接口層的編寫者則只需考慮界面的編程，至于所調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)接口是如何實(shí)現(xiàn)的，根本不必關(guān)心。

一旦idl標(biāo)準(zhǔn)接口根據(jù)對(duì)象模型定義好了，用戶接口層的程序就可以去調(diào)用，即使這些接口還根本沒(méi)有具體的實(shí)現(xiàn)代碼；而中間層應(yīng)用程序服務(wù)器的編寫者可以同步編寫這些接口的具體實(shí)現(xiàn)代碼。在開發(fā)工作的逐步展開過(guò)程中，兩個(gè)層次的開發(fā)者可以合作調(diào)試。這種并行開發(fā)可以大大提高開發(fā)的速度。

由于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的類和對(duì)象的封裝特性，即使對(duì)象的屬性和方法的實(shí)現(xiàn)有些改變，用戶接口層也基本不受影響，不會(huì)像傳統(tǒng)的開發(fā)方法那樣，有很大的耦合關(guān)系。此外，由于用戶端只能通過(guò)中間層訪問(wèn)數(shù)據(jù)，本身并不直接與數(shù)據(jù)庫(kù)打交道，從而可以屏蔽很多危險(xiǎn)事件，所以系統(tǒng)具有更好的安全性。在本地，如果需要的話，作為corba客戶端程序的用戶接口層也可以連接自己的數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖3中第三層的java程序，就可以通過(guò)jdbc驅(qū)動(dòng)程序直接連接到sybase等數(shù)據(jù)庫(kù)上。

2)由于中間層ova應(yīng)用程序利用corba技術(shù)，應(yīng)用系統(tǒng)具有很強(qiáng)的跨平臺(tái)和跨語(yǔ)言能力。

中間層的ova應(yīng)用程序負(fù)責(zé)處理用戶接口層的用戶請(qǐng)求，從存儲(chǔ)層獲取數(shù)據(jù)，并將必要的數(shù)據(jù)傳送給用戶接口層。每個(gè)應(yīng)用程序服務(wù)器對(duì)于orbix 客戶端而言，是一個(gè)orbix服務(wù)器，同時(shí)又是versant數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的客戶端。ova是把orbix 和versant集成起來(lái)的軟件，它可以使分布式的corba應(yīng)用程序使用versant持久性對(duì)象和數(shù)據(jù)庫(kù)，使ova應(yīng)用程序的對(duì)象既是分布式的corba對(duì)象，又是持久性的versant對(duì)象。中間層的一個(gè)應(yīng)用程序服務(wù)器也可以向另一個(gè)應(yīng)用程序服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求。

這些中間層的ova應(yīng)用程序可以在不同的平臺(tái)上用不同語(yǔ)言（如java或c++）來(lái)編寫，也可以在多臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行，甚至不同的應(yīng)用程序還可以連接到不同的數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)據(jù)源的集成，這種實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶端是完全透明的，客戶端只需按標(biāo)準(zhǔn)的idl接口去調(diào)用就可以，而且對(duì)orba對(duì)象的調(diào)用是不受操作平臺(tái)和語(yǔ)言的限制的。

3)存儲(chǔ)層維護(hù)數(shù)據(jù)的完整性、安全性，響應(yīng)中間層的請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

versant的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)提供了對(duì)象的直接存取、快速響應(yīng)的功能。此外，versant能進(jìn)行有規(guī)則的備份，并提供容錯(cuò)服務(wù)以確保系統(tǒng)的持續(xù)可用。

另外，我們知道，powerbuider對(duì)sybase數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行直接訪問(wèn)。當(dāng)10個(gè)powerbuider用戶同時(shí)訪問(wèn)sybase數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，sybase數(shù)據(jù)庫(kù)至少需要10個(gè)用戶的license。然而，采用corba軟件作為中間件時(shí)，客戶端對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)是間接的，它通過(guò)corba 的應(yīng)用程序服務(wù)器去訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)�，F(xiàn)在假設(shè)只有一個(gè)corba應(yīng)用程序服務(wù)器程序，有10個(gè)corba的客戶端。當(dāng)10個(gè)corba的客戶同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢時(shí)，事實(shí)上都是向該corba服務(wù)器進(jìn)程發(fā)送請(qǐng)求，corba服務(wù)器進(jìn)程再去訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)一個(gè)corba應(yīng)用程序服務(wù)器應(yīng)付不了這樣繁忙的客戶端請(qǐng)求時(shí)，可以再啟動(dòng)一個(gè)同樣的應(yīng)用程序服務(wù)器進(jìn)程去分擔(dān)負(fù)荷。corba提供了一個(gè)可伸縮的服務(wù)器到服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu)。服務(wù)器的事務(wù)對(duì)象庫(kù)可以通過(guò)corba orb進(jìn)行通信，它們可以運(yùn)行在多個(gè)服務(wù)器上，從而動(dòng)態(tài)地平衡客戶器端請(qǐng)求的負(fù)載。orb能夠迅速地將請(qǐng)求交給當(dāng)時(shí)可用的對(duì)象，并隨著請(qǐng)求的增多調(diào)用更多的對(duì)象，使服務(wù)器對(duì)象協(xié)調(diào)地運(yùn)行。這樣，通過(guò)應(yīng)用程序服務(wù)器的引入就可以節(jié)約一定量的數(shù)據(jù)庫(kù)用戶license。對(duì)同一個(gè)應(yīng)用程序服務(wù)器的訪問(wèn)，也可以要求一個(gè)客戶端進(jìn)程或者一個(gè)客戶對(duì)應(yīng)一個(gè)該應(yīng)用程序服務(wù)器的進(jìn)程來(lái)專門處理其請(qǐng)求，這時(shí)的情況，就類似powerbuider用戶對(duì)sybase的訪問(wèn)，一個(gè)客戶進(jìn)程就需要一個(gè)用戶license。

◆面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析、設(shè)計(jì)與建模

在采用多層次的開發(fā)結(jié)構(gòu)時(shí)，我們可以注意到，無(wú)論是前端的java客戶程序、中間層的corba服務(wù)器程序，還是后臺(tái)的versant數(shù)據(jù)庫(kù)，都采用面向?qū)ο蟮乃枷牒头椒�。如果開始階段的系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和建模再采用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)方法，就會(huì)顯得不太協(xié)調(diào)和自然。為了避免在開發(fā)階段進(jìn)行不同意義上的轉(zhuǎn)化，多層次結(jié)構(gòu)的開發(fā)最好采用面向?qū)ο蟮姆椒�。通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的分析，構(gòu)造出適當(dāng)?shù)拿嫦驅(qū)ο竽Ｐ停�使�?yīng)用域和計(jì)算機(jī)域的對(duì)象都使用統(tǒng)一的概念，使系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和各個(gè)階段實(shí)現(xiàn)都使用同一概念表示，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的面向?qū)ο箝_發(fā)。在采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行設(shè)計(jì)和編碼過(guò)程中，系統(tǒng)開發(fā)人員強(qiáng)調(diào)的是圍繞對(duì)象而不是圍繞功能構(gòu)造系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)中的功能發(fā)生變化時(shí)，一般來(lái)說(shuō)原來(lái)的對(duì)象還是存在的，且只是圍繞這些對(duì)象的一些屬性和操作發(fā)生變化，這時(shí)，只需要修改和增加一些對(duì)象的屬性和操作就可以，對(duì)象的基本結(jié)構(gòu)并不發(fā)生變化。對(duì)用戶而言，對(duì)象內(nèi)部方法的實(shí)現(xiàn)和一些變化并不重要，他只需通過(guò)確定的輸入或命令對(duì)對(duì)象進(jìn)行操作，獲取所需的結(jié)果，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。

在傳統(tǒng)的客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上引入專門的應(yīng)用程序服務(wù)器，從而構(gòu)成多層次結(jié)構(gòu)開發(fā)模式，這是一種全新的開發(fā)模式。隨著面向?qū)ο蠹夹g(shù)、分布式計(jì)算、分布式對(duì)象技術(shù)的日益成熟和發(fā)展，這種新型的多層次結(jié)構(gòu)開發(fā)模式必將具有更廣闊的應(yīng)用前景。

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