劉正 張書鋒 趙鶴鳴

摘 要： 為了解決傳統(tǒng)基于模式的軟件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)存在復(fù)用力度弱以及系統(tǒng)代價高的弊端，設(shè)計(jì)MVC模式下多層分布式軟件系統(tǒng)架構(gòu)，在分析MVC模式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將MVC設(shè)計(jì)形式的開發(fā)框架Struts，Spring以及Hibemate匯集起來形成SSH框架，設(shè)計(jì)基于SSH的多層分布式軟件系統(tǒng)開發(fā)框架，給出SSH框架的組合及其體系結(jié)構(gòu)，并分析了其中的表示層、業(yè)務(wù)層、持久層、域模型層的功能，詳細(xì)描述了軟件系統(tǒng)的運(yùn)行流程。設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)功能模塊包括會話管理模塊、身份認(rèn)證模塊、授權(quán)模塊、安全審計(jì)模塊以及性能檢測模塊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，所設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的運(yùn)行效率和能耗都較優(yōu)，具備較高的性能。

關(guān)鍵詞： MVC模式； 多層分布式； 軟件系統(tǒng)； 架構(gòu)設(shè)計(jì)； 復(fù)用力度； 開發(fā)框架

中圖分類號： TN911?34； TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）07?0135?05

Design of multi?layer distributed software system architecture based on MVC mode

LIU Zheng1， 2， ZHANG Shufeng2， ZHAO Heming1

（1. School of Electronic and Information Engineering， Soochow University， Suzhou 215123， China；

2. Suzhou Industrial Park Institute of Services Outsourcing， Suzhou 215123， China）

Abstract： In order to eliminate the shortcomings of weak reuse strength and high system cost existing in the design of traditional software system architecture based on mode， a multi?layer distributed software system architecture based on MVC mode was designed. On the basis of analyzing the structure of the MVC mode， the development framework Struts， Spring and Hibemate in MVC design mode are assembled to form the SSH framework. The SSH framework based development framework of multi?layer distributed software system was designed. The combination and architecture of the SSH framework are given. The functions of the presentation layer， business layer， persistence layer and domain model layer function are analyzed. The running process of software system is described in detail. The functional modules of the designed software system include session management module， identity authentication module， authorization module， security audit module and performance detection module. The experimental results show that the designed software system has high operating efficiency and performance， and low energy consumption.

Keywords： MVC mode； multi?layer distribution； software system； architecture design； reuse strength； development framework

0 引 言

在持續(xù)擴(kuò)展軟件系統(tǒng)領(lǐng)域和增添繁瑣度的大環(huán)境中，開發(fā)設(shè)計(jì)人員需要解決層出不窮的問題，各種各樣的應(yīng)用解決規(guī)劃也隨之產(chǎn)生。因此，軟件系統(tǒng)建立和框架規(guī)劃具有重要應(yīng)用價值[1]，軟件系統(tǒng)的架構(gòu)是框架實(shí)現(xiàn)特殊情況的軟件架構(gòu)。設(shè)計(jì)、開發(fā)軟件系統(tǒng)架構(gòu)時，框架是應(yīng)用程序的一部分，其可實(shí)現(xiàn)完整設(shè)計(jì)以及代碼的復(fù)用，實(shí)現(xiàn)特定的程序。大幅度提升軟件的開發(fā)速度，確保軟件品質(zhì)是框架復(fù)用的優(yōu)勢。而傳統(tǒng)基于模式的軟件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)存在復(fù)用力度弱以及系統(tǒng)代價高的弊端。因此，本文設(shè)計(jì)基于MVC模式下多層分布式軟件系統(tǒng)架構(gòu)，極大地提高了軟件系統(tǒng)的性能。

1 MVC模式下多層分布式軟件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 MVC設(shè)計(jì)模式

多層分布式軟件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)模式被稱為模型?視圖?控制器設(shè)計(jì)模式（Model?View?Controller，MVC）。MVC設(shè)計(jì)模式的優(yōu)勢表現(xiàn)為模型層、視圖層以及控制層不同層之間層次鮮明，性能分明，不同模塊間互不干擾，系統(tǒng)的靈敏性與重復(fù)性得到提升。實(shí)現(xiàn)三層乃至多層的松散耦合是MVC設(shè)計(jì)模式的中心內(nèi)容，應(yīng)用程序被其抽象為三大類，它們分工明確、相互協(xié)作將用戶提出的請求完成[2]。MVC構(gòu)成如圖1所示。

用Model，View，Controller的方法對應(yīng)用的流入、管理、流出過程實(shí)施分離即是MVC設(shè)計(jì)模式。用啟發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)中事項(xiàng)的方式來更改控制器，并對模式和視圖造成影響。本文通過MVC模式的M.V.C交叉圖來分析他們間的交叉關(guān)系。從圖1的描述中可看出，用戶用上交的方式對Requests和Controller部分進(jìn)行交叉。Model部分被Controller部分實(shí)例化，在應(yīng)用的邏輯基礎(chǔ)上對他們進(jìn)行操作。用戶顯示的View在Model被建立的情況下由Controller確定，且View和Model交叉操縱，用戶的有關(guān)數(shù)據(jù)被獲取和顯現(xiàn)。View可實(shí)時修正Model狀態(tài)，并將功能模塊與顯示模塊進(jìn)行劃分[3]，應(yīng)用系統(tǒng)的維持性、擴(kuò)大性、轉(zhuǎn)移性以及組件的循環(huán)性得到提升。

1.2 SSH的多層分布式軟件系統(tǒng)開發(fā)框架設(shè)計(jì)

企業(yè)級應(yīng)用開發(fā)中，較優(yōu)的依據(jù)MVC設(shè)計(jì)形式的開發(fā)框架是Struts框架。企業(yè)級應(yīng)用程序全套的處理計(jì)劃是模塊化Spring框架。開源O/R（對象關(guān)系）映射框架叫做Hibemate框架，其是對于Java語言而建立的，目的是使保存永久話，使數(shù)據(jù)庫里的對象永久化，并服務(wù)于應(yīng)用程序。基于SSH架構(gòu)的多層分布式軟件系統(tǒng)開發(fā)處理計(jì)劃是本文提出的開發(fā)框架，把Struts，Spring，Hibemate匯集起來產(chǎn)生的普遍性框架為SSH框架。依據(jù)Struts具備的完備標(biāo)簽庫以及對MVC模式的較好實(shí)現(xiàn)，運(yùn)用Struts對視圖層進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。在對象以及數(shù)據(jù)庫中，關(guān)系表的映射機(jī)制完成有效的針對對象編程的基礎(chǔ)上，Hibemate完成數(shù)據(jù)的永久層。為了提出貫穿整個過程的處理計(jì)劃，把不同的專屬框架統(tǒng)一成相連的總框架。Spring框架發(fā)揮著粘合劑的作用[4]，其通過把不同領(lǐng)域優(yōu)秀的處理計(jì)劃統(tǒng)一起來構(gòu)建新框架的方式來服務(wù)應(yīng)用。

1.2.1 組 合

綜合塑造的SSH組合框架包括Struts，Spring以及Hibemate三類，采用IOC對不同組件實(shí)施整合，獲取功能強(qiáng)大的多層分布式軟件系統(tǒng)框架?SSH框架。通過Struts架構(gòu)實(shí)現(xiàn)MVC分離，通過Hibemate框架完成持久層服務(wù)，業(yè)務(wù)層通過Spring實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)控制。通過SSH整合框架開發(fā)多層分布式軟件系統(tǒng)，其在總體架構(gòu)以及局部復(fù)雜業(yè)務(wù)模型內(nèi)具有較低的耦合性，具備較高的靈敏度和可擴(kuò)展性。

1.2.2 具體架構(gòu)方案及各層功能

多層分布式軟件系統(tǒng)應(yīng)用被SSH框架依據(jù)框架規(guī)劃原理劃分成四個層次，分別為表示層、業(yè)務(wù)層、持久層、域模型層。Struts為表示層，Spring為業(yè)務(wù)層，Hibemate為持久層，用圖2描述其框架構(gòu)造。SSH框架中，不同層次的職責(zé)被確定[5]，不同層的性能方面沒有重復(fù)，數(shù)據(jù)的輸送以及交叉的實(shí)施由通信接口實(shí)現(xiàn)。

1） 表示層。表示層通過Struts實(shí)現(xiàn)，在SSH框架中Struts扮演操控的角色，其核心是Struts.cntug.xch，MVC中Controller的職責(zé)，ActionForm類封裝以及用戶界面的數(shù)據(jù)元素由控制組件Actionservlet負(fù)責(zé)，業(yè)務(wù)邏輯、動作管理、鏈接調(diào)轉(zhuǎn)由Action類來完成。

2） 業(yè)務(wù)邏輯層。業(yè)務(wù)邏輯層通過Spring對業(yè)務(wù)組件的安裝連接進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，依據(jù)添加DI、AOP應(yīng)用，針對接口編程技術(shù)，對業(yè)務(wù)組件間的融合度進(jìn)行減小，使系統(tǒng)相容性和延展性得到提升。依據(jù)Spring完成業(yè)務(wù)邏輯層的不同模塊，運(yùn)作程序時，根據(jù)配置文件在具體的調(diào)用舉措模塊中添加詳細(xì)的業(yè)務(wù)邏輯實(shí)現(xiàn)，配置文件的撰寫依據(jù)是業(yè)務(wù)操作進(jìn)程。

3） 數(shù)據(jù)持久層。采用ORMaPing工具基于Hibemate的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)持久層改善了數(shù)據(jù)庫的訪問功能，完成了與數(shù)據(jù)庫交叉的CRUD操作（增加、更改、刪減、瀏覽），把數(shù)據(jù)庫表同對象連接起來，運(yùn)用SQL對數(shù)據(jù)庫表的交叉向徑直面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫交叉完成轉(zhuǎn)換，使編碼效率得到大幅度提升。

4） 域模型層。開發(fā)多層分布式軟件系統(tǒng)應(yīng)用程序時，要有轉(zhuǎn)移于各層間的對象集合。現(xiàn)實(shí)需要的業(yè)務(wù)對象構(gòu)成了域模型層。其中，研究人員只需要注意域?qū)ο螅╠omain object）。若數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容被Hibemate準(zhǔn)許儲存到域?qū)ο螅╠omain object）中，則連續(xù)斷開時能夠在用戶界面層顯現(xiàn)數(shù)據(jù)，持久層也能夠接收到被退回的對象，并將其完善于數(shù)據(jù)庫中。此模型的優(yōu)點(diǎn)是在無附帶編碼的條件下，Java研究人員可以自如應(yīng)用面向?qū)ο缶幊獭?/p>

依據(jù)上述內(nèi)容得出，架構(gòu)在通信接口的基礎(chǔ)上彼此聯(lián)系，不同層間彼此單獨(dú)，且不同層的性能非常確定。分層有很多積極作用，它減小了系統(tǒng)不同局部間的耦合度，便于研究人員的工作劃分，系統(tǒng)的延展性以及維持性得到大幅度加強(qiáng)。

1.2.3 框架的工作流程

SSH框架在客戶端請求抵達(dá)后進(jìn)入操作狀態(tài)。用戶操縱網(wǎng)頁是表象，實(shí)際上，其內(nèi)部業(yè)務(wù)管理的經(jīng)過也在其中，并對操縱和系統(tǒng)做數(shù)據(jù)交叉。表示層的操縱包括三層，分別是業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)持久層以及域模型層，采用域模型層對表示層、業(yè)務(wù)層以及數(shù)據(jù)持久層間的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。數(shù)據(jù)被提煉以及保存的過程中，把持事務(wù)以及管理異樣情況通過業(yè)務(wù)邏輯層框架Spring完成[6]。三個框架應(yīng)相互協(xié)作實(shí)現(xiàn)交互，三個框架間相互合作的流程如圖3所示。

在網(wǎng)頁中，用戶操作的動作促使Struts框架接收此動作，且在配置文件（Struts?config.xml）里搜索與該動作相吻合的Action，檢驗(yàn)配置模塊中的屬性validate的真假，如果為真，那么通過數(shù)據(jù)檢驗(yàn)框架檢驗(yàn)屬性name特定的ActionForm。檢驗(yàn)合格或?qū)傩灾禐閒alse時，用屬性type特定的Action類對其進(jìn)行管理。此系統(tǒng)中，同業(yè)務(wù)邏輯層的框架Spring統(tǒng)一后，配置文件中采用的Action類即為采用的Spring框架中所封裝的代理類DelegatingActionProxy，采用此代理類的優(yōu)勢是業(yè)務(wù)進(jìn)程的控制權(quán)能夠從Struts調(diào)轉(zhuǎn)到Spring。

綜合分析得知，Spring框架相當(dāng)于精簡的重量較輕的Web容器，其性能與EJB容器的性能相似，對操控整體系統(tǒng)進(jìn)程發(fā)揮了重大影響，性能的實(shí)現(xiàn)需具備能源以及資金大幅度縮減，但是效率得到巨大的提升。Hibemate的數(shù)據(jù)持久層性能在框架容器的操控下得以實(shí)現(xiàn)，事務(wù)和安全的操控則借助框架容器中此框架的特征來實(shí)現(xiàn)。將Struts與Spring相結(jié)合，用Spring管理業(yè)務(wù)邏輯，通過Spring的操控，大幅度提升了數(shù)據(jù)管理的準(zhǔn)確度。

1.3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

本文將基于MVC模式下多層分布式軟件系統(tǒng)分成：會話管理模塊、身份認(rèn)證模塊、授權(quán)模塊、安全審計(jì)模塊以及性能檢測模塊，以JAASPAM結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的身份認(rèn)證模塊，用戶登錄系統(tǒng)依靠以多層分布式軟件系統(tǒng)客戶端為基礎(chǔ)的表單，滿足支持口令以及X.509證書認(rèn)證，用戶信息存放在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，認(rèn)證證書由密鑰庫產(chǎn)生和提煉。以JAAS為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的授權(quán)模塊用來確認(rèn)認(rèn)證用戶有無進(jìn)入以關(guān)系數(shù)據(jù)庫及XML策略文件為依據(jù)設(shè)立的特定資源訪問庫。會話管理模塊是身份認(rèn)證模塊和授權(quán)模塊之間的橋梁，會話信息的安全得到保障才能順利實(shí)現(xiàn)訪問過程。出現(xiàn)異常及日常日志數(shù)據(jù)的維護(hù)由安全審計(jì)模塊負(fù)責(zé)[7]。性能檢測模塊計(jì)算發(fā)生安全事件的情況下從性能及內(nèi)存消耗方面產(chǎn)生的各種支出。性能檢測模塊的完成需要憑借MVC模式，具體功能模塊調(diào)試依靠控制器StrutsAction與Struts相互影響的依附聯(lián)系來收集用戶提交用來進(jìn)行信息認(rèn)證及傳輸過程的完整信息。以各種對象/關(guān)系的依附得到POLO對象，憑借Hibemate和DAO對象之間的持久化管理，系統(tǒng)的各部分性能得到加強(qiáng)。具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

將這些系統(tǒng)功能進(jìn)行整理后得到的分散在不同的Action中的連接點(diǎn)稱為橫切關(guān)注點(diǎn)。運(yùn)用APO技術(shù)對系統(tǒng)執(zhí)行建模及信息攔截功能，Aspect進(jìn)行封裝橫切邏輯，在切入點(diǎn)被激活之后傳導(dǎo)開始橫切邏輯，任務(wù)完成后原路返回，流程圖如圖5所示。

1.3.1 安全數(shù)據(jù)庫和XML策略文件設(shè)計(jì)

安全數(shù)據(jù)庫作用是保存客戶身份識別、批準(zhǔn)與核對。它的理論依據(jù)是RBAC控制理論，其中包括身份認(rèn)證和授權(quán)，身份認(rèn)證涵蓋用戶表、角色表、登錄表，授權(quán)分為用戶登錄表、權(quán)限表等。以上表格是依照Permissionid，Userid及Roleid進(jìn)行外部關(guān)聯(lián)。為了更高效地實(shí)施管理，角色表中的字段利用Groupid為擴(kuò)展字段對角色組進(jìn)行編號，角色間的安全關(guān)系表結(jié)構(gòu)用圖6描述。用Uri表示權(quán)限表中頁面瀏覽流程，可加強(qiáng)對頁面安全的維護(hù)。審計(jì)過程覆蓋日志表、安全事件和發(fā)生時間等。

1.3.2 會話管理模塊設(shè)計(jì)

會話信息的維護(hù)需要從用戶登錄時直到會話時間結(jié)束或用戶注銷為止，期間的會話信息安全需要會話管理模塊來維護(hù)。會話信息包含重要的上下文連接信息及客戶身份信息?AuthenticateUtil是通過會話管理模塊施行的，這一過程只能在身份認(rèn)證后開始。安全數(shù)據(jù)庫授權(quán)之前，由獲知會話內(nèi)容的AuthorizationAspect進(jìn)行信息傳導(dǎo)[8]，最終取得認(rèn)證后主題Subject。會話管理模塊是授權(quán)穩(wěn)定進(jìn)行的關(guān)鍵。圖7是會話管理模塊結(jié)構(gòu)。

會話管理器（SessionManager）可對會話內(nèi)容實(shí)施修正以及過濾操作。用戶實(shí)名認(rèn)證后，會話管理器借助SessionCreator把獲取的登錄上下文（LoginContet）以及用戶登錄信息（UserlogiaVo）儲存到會話信息（SessionBean）中，共同作用得到會話信息，發(fā)現(xiàn)用戶使用時間過期或注銷時會話信息會自動消除，減少多余的未認(rèn)證信息造成系統(tǒng)故障。SessionCreator采用工廠法（FactoryMethod）模式得到會話信息，在用戶經(jīng)過認(rèn)證后，會話信息的回執(zhí)傳送給授權(quán)模塊在授權(quán)發(fā)生時。會話信息主要是以JavaBean的模式存在，以getter或者setter兩種方式為數(shù)據(jù)成員提供如登入上下文對象和用戶信息對象操作路徑，變成可復(fù)用的軟件組成部分。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本文設(shè)計(jì)的多層分布式軟件架構(gòu)的目標(biāo)是降低系統(tǒng)運(yùn)行開銷，提高系統(tǒng)性能。實(shí)驗(yàn)將Aspect當(dāng)成AOP實(shí)現(xiàn)語言。采用靜態(tài)織入方案，確保Aspect編織器在程序編譯以及鏈接過程時，向核心代碼內(nèi)融入橫切代發(fā)，實(shí)現(xiàn)程序的擴(kuò)展，使得系統(tǒng)性能提高。圖8描述了課題項(xiàng)目不同類型橫切關(guān)注點(diǎn)的排列情況，標(biāo)識模塊用于描述不同StrutsAction，條形描述授權(quán)、日志跟蹤以及性能等橫切關(guān)注點(diǎn)。采用Aspect將功能相似的橫切關(guān)注點(diǎn)聚集至Aspect實(shí)現(xiàn)，解決代碼糾纏以及分散問題，提高程序的擴(kuò)展性和維護(hù)效率。

如果身份認(rèn)證以及授權(quán)連接點(diǎn)被激活，則性能監(jiān)測模塊運(yùn)算系統(tǒng)即刻統(tǒng)計(jì)CPU以及內(nèi)存的能耗，控制臺在一次認(rèn)證授權(quán)執(zhí)行成功過程中呈現(xiàn)的系統(tǒng)性能用圖9描述?？刂迫藛T采用不同數(shù)據(jù)對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施監(jiān)測，若系統(tǒng)存在異常情況，則通過合理的解決方案確保系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

實(shí)驗(yàn)對比分析本文設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)以及傳統(tǒng)基于模式的軟件系統(tǒng)架構(gòu)的運(yùn)行效率和精度、CPU以及內(nèi)存的能耗結(jié)果，用圖10和圖11描述。

能夠看出，相對于傳統(tǒng)基于模式的軟件系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)具有更高的運(yùn)行效率和精度，較低的CPU以及內(nèi)存能耗，本文設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)性能更佳，取得了令人滿意的效果。

3 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)了MVC模式下多層分布式軟件系統(tǒng)架構(gòu)，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)極大地提高了軟件系統(tǒng)的性能，具有較高的應(yīng)用價值。

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