软件开发体系结构.ppt

第九章 软件开发体系结构,数据库系统及应用,江西财经大学信息管理学院,9.1 软件开发体系结构概述9.2 C/S体系结构 9.3 B/S体系结构 9.4 常用开发体系结构本章小结,2,9.1 软件开发体系结构概述,九十年代之前，开发人员通过集成本地系统服务来构建应用程序。在这种模式下：通过嵌入式或自含式语言访问后台数据库。如嵌入式C或COBOL开发访问ORACLE数据库的应用程序系统；使用Foxpro开发访问Foxpro数据库的应用程序系统。如今开发人员摆脱了这种模式的束缚，致力于构建具有N层复杂结构的系统，将分散在网络中各处的应用程序集成，极大提升应用程序的价值。在这种开发模式下：不必为构建基本结构花费过多精力有利于集中精力挖掘软件独特的商业价值缩短软件投放市场的时间编程效率明显提高，软件质量得到了相应的保证。,3,9.1 软件开发体系结构概述,随着软件系统的规模和复杂程度的增加，软件体系结构的选择比数据结构和算法的选择更为重要。软件体系结构是构件的集合，包括处理构件、数据构件和连接构件。处理构件负责对数据进行加工数据构件是被加工的信息连接构件把体系结构的不同部分组合连接起来最初的软件体系结构是客户表示、数据和程序集中放在主机上，主机负责处理所有的业务，客户通过终端完成对远程数据库的访问该体系结构要求主机具有很高的性能随着PC机的广泛应用，该结构逐渐被淘汰,4,9.1 软件开发体系结构概述,在80年代中期出现了Client/Server分布式计算结构，客户机发出SQL请求，被数据库服务器响应并进行处理，客户机在接收到被处理的数据后实现显示和业务逻辑。Client/Server结构因其灵活性得到广泛的应用当越来越多的用户访问数据库中的数据时，该模式暴露出它的弊端由于客户端包含业务逻辑且应用程序必须安装在客户端一旦业务逻辑发生变化必须更改所有客户端程序，给系统维护带来很大的困难。,5,9.1 软件开发体系结构概述,Client/Server结构其特点是将用户的界面操作、业务逻辑放在客户端操作，而将数据操作放在服务器端处理。在这种体系结构中：无法确保数据访问的安全（从客户程序中可以得到数据库密码）网络资源消耗较大（因为要保持数据库联接、数据频繁在网络中传递）服务器负担过重（因为它要处理所有客户机的请求）升级不够方便（一旦用户的业务逻辑发生变化，必须更改所有客户机的软件）。Internet的发展给传统应用软件的开发带来了深刻的影响。一种新的、更具生命力的体系结构被广泛采用，这就是“三层/多层计算”框架,6,9.1 软件开发体系结构概述,三层/多层结构9.1.2 组件技术9.1.3 数据库技术,7,9.1.1 三层/多层结构,表现层信息浏览，服务定位主要实现用户界面，保证用户界面的友好性、统一性，也叫GUI层 总是与业务处理层打交道，不直接与数据服务层打交道，为客户提供输入输出数据的界面典型应用是网络浏览器和胖客户（如Java程序、Delphi程序）,8,9.1.1 三层/多层结构,业务逻辑层负责从数据层获取适当格式的数据并执行最后的合法性检查(也叫执行业务规则)实现客户的全部业务逻辑典型应用是Web服务器和运行业务代码的应用程序服务器。数据层实现数据定义、存储、备份、检索等功能主要由数据库系统实现典型应用是关系型数据库和其他后端（back-end）数据资源,如 Oracle、Sybase、Sql-Server数据库和数据文件等,9,9.1.1 三层/多层结构,在三层体系结构中客户（请求信息）、程序（处理请求）和数据（被操作）被物理地隔离。把显示逻辑从业务逻辑中分离出来，业务逻辑层处于中间层，不需关心由哪种类型的客户来显示数据，也与后端系统保持相对独立性，有利于系统扩展。具有更好的移植性，可以跨平台工作。安全性更易于实现。三层体系结构将组件作为中间层，其作用相当于分担了C/S结构中C（客户）和S（服务器）的部分工作，跟C/S结构相比在安全性、并发度方面有了明显的改善，软件的升级也容易实现实现组件的方法有COM（只用于Window平台）、Corba（用于跨平台，主要用于Unix平台）和Internet网络中基于Java环境的Enterprise Java Bean,10,9.1.1 三层/多层结构,三层体系结构是多层体系结构的基础层是一个逻辑的概念，将“客户/服务器”的关系用“请求/服务于该请求”的关系来描述将网络上发出请求的机器认为是客户机，将响应该请求的机器认为是服务器，网络上有的机器既是客户机又是服务器。使用多层体系构架模型，可将系统需求划分成可以明确定义的服务例如事务服务、名字服务等，将这些服务以组件的形式实现一个组件可以实现系统中的一种或者多种服务，是这些服务的物理封装。根据系统的功能、性能等各方面的需求，系统管理员可以在网络上灵活的部署这些组件，并且根据业务的改动灵活地对这些服务组件进行修改，而不影响其它的组件，从而降低维护的费用,11,9.1.1 三层/多层结构,多层应用程序的体系结构的优点：业务规则集中、瘦客户体系结构自动错误调和、负载平衡可重用性、灵活性可管理性、易维护性一系列优良的特性,12,9.1.2 组件技术,组件是指在采用组件技术开发的软件中，为实现一定的功能而独立编译的模块或类。基于组件化的程序设计思想将复杂的应用程序分解为一些小的、功能单一的组件模块这些模块可运行在同一台计算机上，也可分散运行在网络中的任何一台计算机上组件技术是构造多层体系结构的基础组件不同于传统的模块或类，它具有依照COM、CORBA或Javabean特征所规定的接口。独立于语言，在组建应用程序时仅通过接口访问组件，不涉及组件的内部细节，是保障软件安全和升级的最好手段,13,9.1.2 组件技术,企业在构建管理信息系统时必须要考虑安全问题、升级问题、投入问题、服务器负担问题等。组件服务器在客户和数据库服务器之间起了一个桥梁作用通常它定义了一个完整的逻辑接口客户程序只是简单地访问这些接口创建和维护数据库提供了极大的便利,14,9.1.2 组件技术,小应用程序applet定义简单的容器组件接口，使得java代码可以嵌入web浏览器的applet中运行。JavaBean定义编写java代码的标准模型，对外提供组件属性和事件以及与JavaBean容器的接口。容器一般嵌入到一个集成的开发环境中，如tomcat、weblogic等。corba定义分布式访问用任何语言实现的组件标准模型。通过标准通信容器环境orb，把从分布式客户机发出的调用传至服务器端容器代码，该代码激活分布式对象方法。RMI远程方法调用RMI为分布式访问组件提供可能。RMI容器环境装备了java平台，并扩展支持使用相同底层通信协议，如CORBA的标准通信协议。,15,9.1.2 组件技术,COM在微软平台上实现组件交互的标准模型，分布式组件对象模型DCOM是COM的分布式通信版本。J2EE Web组件java servlet和java sever page表示服务端的组件，它处理web请求和生成WEB内容。WEB组件运行和操作在基于J2EE的WEB容器环境内部。J2EE企业javabean企业javabean(EJB)是服务器端的遵守标准模型的应用组件，在EJB容器和服务器内操作，这样的服务器能够为EJB提供一组标准的服务框架，如事务、安全和可扩展性等。CORBAcomponentCORBAcomponent是基于corba的应用服务模型，与EJB模型非常相似。微软的DNA（分布式网络体系结构）DNA是微软的集成式分布应用服务体系结构环境，该环境仅适合微软平台。DNA结合许多微软的标准组件并在微软平台上运行企业应用。,16,9.1.3 数据库技术,数据库技术用于存储、维护企业经营活动中所产生的数据，并为企业决策提供数据支持。企业管理信息系统必须使用数据库技术。目前成熟的数据库技术很多，如Oracle、Sybase、MSSql-Server、Access、DB2等。Oracle数据库适合于大中型企业的信息管理系统Sybase和DB2数据库适合于中型企业的信息管理系统MSSql-Server数据库适合于中小型企业的信息管理系统Access数据库仅适合于个人系统。,17,9.2 C/S体系结构,9.2.1 两层C/S体系结构 9.2.2 三层/多层C/S体系结构,18,9.2.1 两层C/S体系结构,两层结构将应用一分为二，服务器（后台）负责数据管理，客户机（前台）完成与用户的交互任务。把存储企业数据的数据库放在远程的服务器上，每台客户机上只安装相应软件客户机，其用户界面结合了表示层和业务逻辑层，接收用户的请求，并向数据库服务器提出请求数据库服务器，响应客户的请求，并将数据提交给客户端，客户端再将数据进行计算并将结果呈现给用户。两层结构提供完善的安全保护及完整性处理等操作，允许多个客户同时访问同一个数据库。,19,9.2.1 两层C/S体系结构,CS在技术上非常成熟，模型简单，易于理解和接受。主要特点交互性强、具有安全的存取模式、网络通信量低、响应速度快、利于处理大量数据。但随着企业规模的日益扩大，软件的复杂程度不断提高该结构存在以下局限：程序是针对性开发，变更不够灵活，维护和管理的难度较大。通常只局限于小型局域网，不利于扩展。每台客户机都要安装相应的客户端程序，不能实现快速部署安装和配置，要求具有一定专业水准的技术人员去完成。,20,9.2.1 两层C/S体系结构,C/S结构是单一服务器且以局域网为中心的，所以难以扩展至大型企业广域网或Internet。软、硬件的组合及集成能力有限。客户机的负荷太重，不仅要实现表示层，还要实现业务逻辑层，一旦某个业务逻辑发生变化，则所有的客户机软件必须重新安装。当企业中有大量的客户机时，系统的性能容易变坏，维护也相当不方便开发C/S体系结构采用的主要工具有Borland 公司的Delphi，Jbuilder Sybase 公司的Powerbuilder微软公司的VB、VF等,21,9.2.2 三层/多层C/S体系结构,将用户界面同企业逻辑分离，将信息系统按功能划分为表示、功能和数据三大块，分别放置在相同或不同的硬件平台上。如果企业需要更改业务，开发人员只要修改一下实现此业务的中间层即可。中间件是在计算机硬件和操作系统之上，支持应用软件开发和运行的系统软件。能够使应用软件相对独立于计算机硬件和操作系统平台。中间件的工作机制是：客户端从网络中的某个地方获取一定的数据或服务这些数据或服务可能处于一个运行着不同操作系统和特定查询语言数据库的服务器中客户/服务器应用程序负责数据的部分只需访问一个中间件系统由中间件完成到网络中找到数据源或服务传输客户请求、重组答复信息最后将结果送回应用程序的任务,22,9.2.2 三层/多层C/S体系结构,在三层C/S体系结构中，客户机实现实现业务的表示层，以及最简单的业务规则如编号的合法性、数据是否允许空值等负责接收客户的输入信息将输入信息发送给中间件服务器客户机接收来自中间件服务器的结果信息并显示给客户,23,9.2.2 三层/多层C/S体系结构,中间件服务器（组件服务器）实现大部分的客户业务规则建立与后台数据库的连接将客户机发送过来的数据按照业务规则进行分类、加工和处理生成相应的SQL语句发送给数据库服务器接收数据库服务器返回的数据或状态，并返回给客户机在网络中可以有多台中间件服务器为提高系统的效率，可将企业的业务进行大类分类同类业务规则的实现放在同一台中间件服务器上，使得企业的业务处理达到真正的分布式处理。客户机访问中间件服务器是通过其接口实现的所有对数据库的操作封装在中间件中，在很大程度上保证了数据库的安全,24,9.2.2 三层/多层C/S体系结构,数据库服务器的功能与C/S结构是一样的，其结果数据返回给中间件服务器，而不是客户机。三层是多层体系结构的基础，中间件服务器可以再访问中间件服务器，这样就形成了多层体系结构。多层应用程序的体系结构有很多强过客户/服务器的优点：业务规则集中、瘦客户体系结构自动错误调和、负载平衡、可重用性、灵活性可管理性、易维护性等一系列优良的特性,25,9.3 B/S体系结构,9.3.1 三层B/S体系结构 9.3.2 多层B/S体系结构 9.3.3 C/S与B/S结构的结合,26,9.3.1 三层B/S体系结构,B/S结构利用了不断成熟的WWW技术，结合多种Script语言(VBScript、JavaScript)和ActiveX技术，是一种全新的软件系统构造技术在三层B/S体系结构中用户通过浏览器向WEB服务器发出请求WEB服务器对请求进行处理若涉及到访问数据库中的数据，则由WEB服务器向数据库服务器发出请求数据库服务器接收到请求并处理，将处理后的数据或状态返回给WEB服务器由WEB服务器对数据进行加工处理，生成动态网页返回到客户的浏览器中,27,9.3.1 三层B/S体系结构,三层B/S体系结构，其客户端只需要安装一个浏览器即可。实际上B/S结构把C/S结构的事务处理逻辑模块从客户机中分离出来，由Web服务器来负担客户机一下子苗条了。不再负责处理复杂计算和数据访问等关键事务，只负责显示部分。B/S结构也暴露许多不足地方，具体表现：由于浏览器只是为了WEB浏览而设计的，当应用于数据库系统时，许多功能不能实现或实现起来比较困难。如进行大量的数据输入，或进行报表的应答都比较困难和不便复杂应用构造困难。虽然可用ActiveX、Java等技术，但是相对成熟的C/S来说，这些技术的开发复杂HTTP可靠性低，可能造成应用故障。对于管理者来说，采用浏览器方式进行系统的维护非常不安全和不方便,28,9.3.1 三层B/S体系结构,WEB服务器成为对数据库的唯一的客户端所有对数据库的连接都通过该服务器实现WEB服务器同时要处理与客户请求以及与数据库的连接当访问量大时，服务器端负载过重业务逻辑和数据访问程序一般由JavaScript、VBScript等嵌入式小程序实现，分散在各个页面里，难以实现共享，给升级和维护也带来了不便。同时由于源代码的开放性，使得商业规则很容易暴露由于存在上述问题，又提出多层B/S体系结构,29,9.3.2 多层B/S体系结构,多层B/S体系结构是在三层B/S结构中增加了一个或多个中间层。该层使用中间件技术。在多层B/S体系结构中WEB服务器主要是接收数据请求，对数据进行加工，将加工后的结果返回以及动态网页生成涉及对数据库的访问和企业的业务规则，则向应用服务器发出请求应用服务器根据请求向数据库服务器发出请求数据库服务器响应请求，将结果或状态返回给应用服务器应用服务器再依据企业的业务规则对数据进行加工、整理，并将处理后的数据返回给WEB服务器WEB服务器以动态网页的形式返回给客户浏览器,30,9.3.2 多层B/S体系结构,从多层B/S体系结构的流程可以看出WEB服务器不直接访问数据库服务器通过应用服务器，将企业的业务规则以及对数据库的操作封装在应用服务器的组件中WEB服务器仅仅通过应用服务器中的组件提供的接口实现相应的业务操作很大程度提高了B/S的安全性,31,9.3.2 多层B/S体系结构,市场上有很多应用服务器软件，应用服务器可直接作为WEB服务器使用作为一个安全的企业级的管理信息系统，必须将WEB服务器与应用服务器物理分开。著名的应用服务器有：BEA公司生产的Weblogic Application ServerBorland公司生产的Enterprise Server AppServer ServerOracle公司生产的Oracle Application ServerIBM公司生产的Websphere Application Server微软公司生产的M BS结构的主要特点是分布性强、维护方便、开发简单且共享性强、总体成本低对服务器要求过高、数据传输速度慢软件的个性化特点明显降低，难以实现传统模式下的特殊功能要求提出一种将C/S与B/S结构结合起来的方法。,32,9.3.3 C/S与B/S结构的结合,对于企业外部客户，或者一些需要用WEB处理的、满足大多数访问者请求的功能界面（如信息发布、数据查询、下订单、维修服务等界面）采用B/S结构对企业内部少数人使用的功能应用（如数据库维护管理、统计报表、数据分析、业务处理等界面）采用C/S结构，其体系结构如图所示。,33,34,9.3.3 C/S与B/S结构的结合,这种结构优点:充分发挥B/S与C/S结构的优势，弥补二者不足。信息发布、数据查询、下订单、维修服务等采用B/S结构，保持瘦客户端的优点企业内部采用C/S结构，这部分只涉及到系统维护、数据更新等，不存在完全采用C/S结构带来的客户端维护工作量大等缺点。并且在客户端可以构造非常复杂的应用，界面友好灵活，易于操作，能解决许多B/S存在的固有的缺点。对于原有基于C/S结构的应用，可以非常容易地升级到这种体系结构。只需开发用于发布的WWW界面，节省投资。,35,9.3.3 C/S与B/S结构的结合,通过在浏览器中嵌入ActiveX控件实现复杂的功能。如通过浏览器进行报表的应答。另外，客户端ActiveX控件的加盟，可以丰富HTML页面，产生令人惊奇的效果。将服务器端划分为WEB服务器和应用服务器两部分。应用服务器采用组件技术实现多层B/S体系结构中的商业逻辑部分，达到封装源代码，保护知识产权的目的,36,9.4 常用开发体系结构,9.4.1 C/S结构编程体系 9.4.2 B/S结构编程体系 9.4.3 MVC开发模型,37,9.4.1 C/S结构编程体系,C/S体系结构主要采用的编程语言有VB、Delphi和Powerbuilder后台数据库有Sql-server2000、Oracle、DB2、Sybase,38,9.4.2 B/S结构编程体系,B/S结构的编程语言分为浏览器端编程语言和服务器端编程语 浏览器端包括HTML（Hypertext Markup Language，超文本标记语）CSS（Cascading Style Sheets，层叠样式表单JavaScript语言VBScript语言,39,9.4.2 B/S结构编程体系,服务器端编程语言主要是3P技术ASP技术是微软公司推出的，专门用于Windows平台的开发语言。后台数据库可以采用Sql-server、Oracle、DB2、Sybase等JSP技术是SUN公司推出的，专门用于java平台的开发语言。后台数据库可以采用Oracle、DB2、Sybase等PHP技术是在1999年下半年和2000年用得非常广泛的一种技术，专门用于构造Linux+PHP+MySQL（一种小型数据库管理系统）平台的全免费且非常稳定的应用平台,40,9.4.3 MVC开发模型,Model-View-Controlle(模型-视图-控制)设计模式，简称MVC模式。MVC架构模式是80年代中期在Smalltalk-80 GUI（一种经典的面向对象程序设计语言）实验室发明的。MVC模式将软件分为商务逻辑（Model）和显示(View)两部分，其好处：同一商务逻辑层（Model）可能会对应多个显示层（View）如果商务逻辑层和显示层放在一起，再添加一个显示层会极大的增加组件的复杂性一个商务逻辑对着两个显示层的例子是：银行帐户的商务逻辑层对应ATM和Internet两个显示层。通常情况下，每次修改显示层的时候一般并不需要修改商务逻辑层,41,9.4.3 MVC开发模型,MVC模型的含义 Model层：一般利用组件进行设计，在复杂的商务逻辑上，提供简单并且统一的应用程序接口。这一层负责管理应用程序的行为和状态，响应状态的请求和改变状态的指令。View层：从Model层和Controler层获取数据，并按照某种方式显示给用户。Controller层：捕捉用户的一些事件，并根据用户和应用程序的状态来决定响应的类型。Controller层的响应会同时影响到View层和Model层。,42,9.4.3 MVC开发模型,MVC中三层的关系MVC在JSP中的设计模式使用JSP实现客户页面，通过Servlet完成大量的事务处理工作以实现用户的商业逻辑。Servlet用于处理请求的事务，充当了控制器（Controller即“C”）的角色，负责响应客户对业务逻辑的请求并根据用户的请求行为，决定将哪个JSP页面发送给客户。JSP页面处于表现层，也就是视图（View即“V”）的角色。JavaBean负责数据的处理，也就是模型（Model即“M”）的角色,43,9.4.3 MVC开发模型,图描述了基于JSP的MVC设计模式。,44,MVC工作步骤java,用户在表单中输入，表单提交给 Servlet，Servlet 验证输入，然后实例化 JavaBeanJavaBean 查询数据库，查询结果暂存在 JavaBean 中Servlet 跳转到 JSP，JSP 使用 JavaBean，得到它的查询结果，并显示出来,45,9.4.3 MVC开发模型,有两种实现模型：基于bean的MVC模型JavaBean（M）+JSP（V）+Servlet EJB（M）+JSP（V）+Servlet（C）基于Stucts的MVC模型。Struts是Apache组织的一个项目，它也是开放源码项目。Struts是一个比较好的MVC框架。提供了对开发MVC系统的底层支持，采用的主要技术是Servlet，JSP和custom tag libraryEJB属于重量级的实体bean，目前采用Spring+Hibernate框架构造企业级的应用Hibernate是一个开放源代码的对象关系映射框架，它对JDBC进行了轻量级的对象封装。Hibernate可以在应用EJB的J2EE架构中取代CMP，完成数据的持久化。,46,Struts 框架简介,基于MVC(ModelViewController)模型的Struts框架越来越受到web系统开发者的青睐Struts建立在动态网站设计中JSP、Servlet、XML等相关开发技术基础之上的一种主流开发架构具有组件模块化、灵活性和重用性的优点，极大地简化了Web应用程序的开发它合理地将用户表示逻辑、业务逻辑和控制逻辑分离，使得开发过程变得简洁清晰，并提高了软件的可维护性和可重用性,47,Struts 框架简介,Struts 是为了规范 MVC 开发而发布的一个框架。类似的框架还有 WebWork、SpringMVC 等要编写基于Struts框架的应用，需要导入一些支持的包，也就是Struts开发包,48,Struts 框架简介,Struts体系结构实现了MVC设计模式的概念，它将Model、View和Controller分别映射到Web应用中的组件Model由代表系统状态和商业逻辑Action来构建View由JSP和struts提供的自定义标签来实现Controller负责控制流程，由ActionServlet和ActionMapping来完成,49,Struts 框架简介,Struts的基本结构如图所示。,50,Struts 框架简介,对于一个动作，其执行步骤为：用户输入，JSP 表单提交给 ActionServletActionServlet 将表单信息封装在 ActionForm 内，转交 Action ActionServlet 不直接处理业务逻辑，让 Action 来调用 JavaBean(DAO)Action 返回要跳转到的 JSP 页面地址给 ActionServlet ActionServlet 进行跳转，结果在 JSP 上显示,51,本章小结,介绍了软件开发体系结构，重点讨论了C/S和B/S的体系结构，详细地描述了两层结构、三层结构和N层结构在C/S和B/S体系结构的应用和实现,52,