基于三层架构模式的基础能源管理系统_沈兵

2009年7月第16卷增刊控制工程

Contr o l Eng i n eering o f China Ju l.2009Vo.l 16,No .2

文章编号:1671-7848(2009)S 1-0202-03

收稿日期:2009-06-22; 收修定稿日期:2009-06-28

作者简介:沈 兵(1978-),男,工程师,研究生,主要从事钢铁自动化领域的应用产品开发等方面的工作。

基于三层架构模式的基础能源管理系统

沈 兵,吴毅平,李海刚

(上海宝信软件股份有限公司,上海 201900)

摘 要:为设计基础能源管理系统的软件架构,首先企业级应用广泛采用对分层及三层架构进行了介绍,重点说明了分层及三层架构的内容、特点以及三层架构中各层设计实现通

常采用的设计模式。三层架构体现了软件架构设计中的分层思想,强调从表现、业务和数据三个层次对软件的结构进行划分,达到层与层之间的松耦合和层内的高内聚,通过定义明确的层接口,提高软件的可维护性、可扩展性和可测试性。最后,介绍了基于三层架构的基础能源管理系统架构设计。

关 键 词:软件架构;分层架构;三层架构;基础能源管理系统中图分类号:TP 273 文献标识码:A

B i asic EnergyM anage ment Syste m s Based on Three Layered A rc h itecture Pattern

SHE N B ing,W u Yi -p i n g,LI H ai -gang

(Sh anghai Baos i gh t Soft w are Co Ltd ,

Shangha i201900,C hina)

Abstrac t :T o desi gn soft w are arch itecture o f basic energy m anage m ent syste m s (BE M S),layered arch itect u re and three layered a rch-i tecture w ide l y used i n des i gn o f enterprise -c l ass applica ti on architecture a re i ntroduced ,focusi ng on the content ,cha racte ristics and de -si gn patterns used to ach i eve every layer as w el.l T hree laye red arch itecture reflects l ayered th i nk i ng o f soft w are arch itecture des i gn ,e m-phasizes to co m part m enta lize so ft w are struct u re accord i ng to presen tati on l ayer ,business laye r and data l ayer ,reaches l oo se l y coup li ng

bet w een l ayers and hi gh -leve l cohesi on i n l ayer ,and i m prove soft w are m a i nta i nab ili ty ,scalability and testability through the de fi nition of clear layer i nterfaces .F i nall y ,arch itecture desi gn of BE M S based on t hree l ayered architecture i s i ntroduced .K ey word s :so ft ware arch itecture ;layered arch itecture ;t hree l ayered a rchitecture ;basic energy m anagement sy stem

1 引 言

基础能源管理系统是冶金企业能源管理系统的重要组成部分,为企业能源管理提供管理平台,将能源管理系统采集和监控系统的数据在公司级层面上以成本为中心进行数据分析和处理并在此基础上进行预测,将能源管理相关的职能通过信息化手段来履行,将涉及企业能源运行的有关资产和设备进行管理和维护。本文首先介绍在管理软件架构设计中广泛采用的三层架构,然后以基础能源管理系统为例来详细说明三层架构的具体内容并指出三层架构如何满足系统设计要求。

2 分层及三层架构

软件架构(Soft w are A rchitect u re )也称之为软件体系结构,Booch ,Rumbaugh 和Jacobson 对它的定义是一系列重要决策的集合,这些决策与以下内容有关,即软件的组织,构成系统的结构元素及其接口的选择。这些元素在相互协作中明确表现出的行为,这些结构元素和行为元素进一步组合所构成的

更大规模的子系统,以及指导这一组织-包括这些元素及其接口、它们的协作和它们的组合-架构风格。架构风格是一组原则,可以把它看成是一组为系统提供抽象框架的粗粒度模式,它能为频繁出现

的问题提供解决方案,以此促进设计重用[1]

。目前企业级管理应用解决方案中,分层架构是在实践中被广泛应用的一种架构风格,分层架构关注的是软件结构组织方面,在实际的企业应用中,根据具体应用系统复杂度和部署要求的差异,分层架构中的层的数目和层间的关系会有不同。

1)分层架构 分层架构是将解决方案的组件分隔到不同的层中,每一层中的组件保持内聚性,并且大致在同一抽象级别,每一层都与它下面的各

层保持松散耦合[2]

。分层结构,如图1所示。

第N 层,第J 层第J -1层,第1层

图1 层架构

其过程:从最低级别的抽象开始)称为第1层,这是系统的基础;通过将第J 层放置在第J -1层的上面逐步向上完成抽象过程,直到到达功能的最高级别)称为第N 层。分层架构的关键是依赖性管理,一层中的组件只能与同一级别中的对等实体或较低级别中的组件交互,这有助于减少不同级别中组件之间的依赖性。

有2种通用的分层方法[2]

,即严格分层和松散分层。严格分层方法限制一层中的组件只能与对等实体及与它紧邻的下面一层进行交互。例如,若应用程序的分层见图1,则第J 层只能与第J -1层中的组件进行交互,第J -1层只能与第J -2层进行交互,依次类推。松散的分层应用程序放宽了此限制,它允许组件与位于它下面的任意层中的组件进行交互。如图1中,第J 层不仅可以与第J -1层交互,而且可以与第J -2层和第J -3层交互。松散方法可以改善效率,因为系统不必将简单调用从一层转发到下一层,但是,松散方法在层之间不提供相同的隔离级别,这使得在不影响较高层的情况下换出较低层变得更困难。对于包含许多软件组件的大型解决方案,常见的做法是使不内聚的大量组件处于同一抽象级别,在这种情况下,每一层可进一步分解为一个或多个内聚的子系统。

2)三层架构 三层架构是分层架构的一个具体表现。在高度抽象下,任何一个企业应用从逻辑结构上都可以划分为三层架构,如图2

所示。

图2 三层架构

1表示层 表示层的主要职责是处理与用户的信息交互,向用户显示信息并把从用户那里获取的信息解释成业务层或数据层上的各种动作。大多数业务应用程序都使用窗体(页面)来构造表示层。每个窗体(页面)都包含许多用于显示较低层的输出以及收集用户输入的字段。在企业应用中,用户界面的表现形式一般有2种:富客户端应用中的窗体和W eb 应用中的基于HT M L 的页面。

o业务层 大型企业应用程序通常是围绕业务

流程和业务组件的概念构造的,这些概念是通过业务层中的大量组件、实体、代理和界面来处理的。业务组件是业务概念的软件实现。在业务应用程序的生命周期中,它们是设计、实现、部署、维护和管理的主要单元。业务组件封装业务逻辑(也称业务规则),这些规则约束业务概念的行为以匹配特定公司的需要。业务层设计中通常采用的设计模式[3]

包括事务脚本、领域模型和表模块。

?数据层 大多数业务应用程序需要访问存储在数据库(最常见的是关系数据库)中的数据,数据层中的数据访问组件负责将存储在这些数据库中的数据公开给业务层。数据访问组件将业务层与特定数据存储解决方案的细节隔离开来。这种隔离具有下列优点:尽量减少数据库提供方的更改所造成的影响;尽量减少数据表示的更改(如数据库架构的更改)所造成的影响;封装操作单个位置的特定数据项的所有代码,简化了测试和维护过程。

三层架构采用严格分层方法,它在继承分层架构具有的大多数优点的同时,还可尽量减少必须跨越过多层所造成的负面影响。三层架构的主要优点如下:由于层之间的低耦合、层内的高内聚,以及交换层接口的不同实现的能力,解决方案的维护和增强变得更容易;其他解决方案能够重用各个层所公开的功能;将层分布在多个物理级可以改善可伸缩性、容错和性能;具有定义明确的层接口以及交换层接口的各个实现的能力提高了可测试性。

数据层设计中通常采用的设计模式[3]

包括:表数据入口、行数据入口、活动记录和数据映射器。

3 基础能源管理系统架构

软件系统的架构必须是在满足软件的需求上做出的选择。对于基础能源管理系统来说,它的特点和要求决定了软件的架构风格。

1)系统要求 基础能源管理系统在系统架构上有如下要求:

1作为一个管理系统,要求使用方便,易于维护和升级。o系统层次划分清晰,各个应用系统功能相对独立,减少应用功能之间的耦合度。?应用系统的数据存储方案基于关系数据库。?用户通过浏览器来使用应用系统。?系统应有良好的扩展性,应用功能的增加不会对系统结构有影响。

2)系统架构 基础能源管理系统实现为W eb 应用系统,软件架构选择三层架构,主要原因是三层架构的特点能够很好满足系统的特点和要求。首先,三层架构由于层之间的低耦合、层间内的高内聚,以及交换层接口的不同实现的能力,解决方案的维护和增强变得更容易,增强了采用三层架构系统的可扩展性和可维护性。其次,三层架构中的业

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203# 增刊 沈 兵等:基于三层架构模式的基础能源管理系统

务层和数据层的功能可供其他系统调用,提高了采用三层架构系统的复用性。再次,三层具有定义明确的层接口以及交换层接口的各个实现的能力提高了可测试性,提高了采用三层架构系统的开发效率。基础能源管理系统的架构,如图3

所示。

图3 基础能源管理系统架构

1表现层 基础能源管理系统表现层采用M -i

crosoft 的ASP 1NET 技术实现,具体来说就是由ASP 1NET W eb 窗体和代码隐藏文件组成。W eb 窗体只是用HT M L 提供用户操作,而代码隐藏文件实现各种事件处理,所有需要与用户交互的页面均有一个类型与其对应。

首先,表现层实现了一个页面框架,该页面框架提供了系统对外的一个一致风格的主页面,它通过调用授权管理组件提供的资源授权接口来创建系统的导航菜单,通过菜单就可以快速定位到具体的业务操作页面,并且系统的导航菜单是根据不同的用户身份动态生成的。其次,表现层将展现和处理用户交互的通用功能封装为自定义控件和用户控件,以此达到交互功能的复用。

o业务层 业务层是基础能源管理系统的核心,该层将基础能源管理的业务划分为5个子系统,系统之间松耦合,系统内部高内聚。业务层设计时主要使用了表模块设计模式,这和系统的特点紧密相关。系统是建立在大量数据基础上的管理系统,数据处理是系统的核心。而这个特点正好符合表模块的使用场景。

表模块是处理某一数据库表或视图中所有行的业务逻辑的一个实例,它以一个类型对应数据库中的一个表来组织业务逻辑,而且使用单一的类实例来包含将对数据进行操作的各种程序[3]

。表模块的长处是允许你将数据与行为封装在一起,同时又可以充分利用关系数据库的优点。很常见的情况,对于基于关系数据库的应用中,往往对于数据库中的每个表使用一个表模块。

在基础能源管理系统中,核心业务对象的实例

数据往往在关系数据库中都有一张表来存储。通过使用表模块模式,把业务对象的所有处理行为封装在一起。具体实现时,表模块实现为一个实例,这样做主要基于以下两点,一是使用实例允许将表模块初始化,二是使继承的应用成为可能,这样可以在业务对象的基础上通过增加行为来扩展业务对象以达到在某些特定场合下的需要。

?数据层 基础能源管理系统中的数据层是业务层与数据库之间的桥梁,业务层包含的是与数据库无关的领域逻辑。在数据层中,需要解决2个主要问题,一是关系数据库中记录如何与业务层的业务对象建立联系,二是数据库操作代码如何组织。

第一个问题采用O /R 映射来解决。在具体的实现中,将业务实体与关系数据库中表记录建立一个映射关系,在数据层中通过数据库的交互操作,将数据库表中的查询结果转换为业务实体,数据层和业务层以及业务层和表现层之间通过业务实体来交换数据。第二个问题采用表数据入口设计模式,即在数据层针对数据库表定义一个数据库访问对

象,该对象的实例处理表中的所有行[3]

。表数据入口接口很简单,一般包括几个从数据库中获取数据的查找方法以及更新、插入和删除方法,每个方法都将输入参数映射为一个SQL 调用并在数据库连接上执行该语句,其他代码调用它的方法来实现所有与数据库的交互。由于表数据入口用于数据读写,因此通常是无状态的。

在数据层中,对于如何组织和调用SQL 语句,有两种方法,一是直接在表数据入口的方法中组织SQL 语句,二是在表数据入口的方法中调用存储过程。在基础能源管理系统中,采用了第二种方法,主要基于以下3点:一是在存储过程中封装数据处理逻辑,可以减少数据架构的调整对数据层代码的影响;二是可以提高SQL 语句执行的效率和SQL 脚本的安全性;三是减少数据访问层处理的复杂性,提高应用系统开发效率。

4 结 语

在软件的架构设计中,模式不是一成不变的。基础能源管理系统也是如此,分层架构是系统组织分层的有效方法,但是在具体如何界定各层的范围以及确定各层调用的接口上,还需要在实际的应用中针对应用的实际需求进行分析和选择。参考文献:

[1] J .D .M eier .App li cati on Arch i tecture 2.0[M ]USA:M i cros oftC or -porati on,2009.[2] M icrosoft .使用NET 的企业解决方案模式[M ].USA :M icrosoft

Corporation ,2004.

[3] Fo w lerM.企业应用架构模式[M ].王怀明,周斌,译.北京:机

械工业出版社,2004.

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