几种常见的架构模式

几种常见架构模式

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在实践中，人们总结出了一些常用的软件系统结构高层模式，以供应用系统设计时参考。这些模式包括：单服务两层/多层C/S；MVC结构；面向服务的SOA与多服务集合；数据交换总线等。

1. 单机应用系统（Standalone）

准确地讲，单机应用系统是最简单的软件结构，是指运行在一台物理机器上的独立应用程序。当然，该应用可以是多进程或多线程的。

在信息系统普及之前的时代，大多数软件系统其实都是单机应用系统。这并不意味着它们简单，实际情况是，这样的系统有时更加复杂。这是因为软件技术最初普及时，多数行业只是将软件技术当做辅助手段来解决自己专业领域的问题，其中大多都是较深入的数学问题或图形图像处理算法的实现。

有些系统非常庞大：笔者早年曾经参与的一个大型纯软件系统开发，多达160万行程序！要知道，这些程序当时可都是一行行写出来的。这应该算是一个超大型的软件系统了，共有十多个子系统集成在一个图形界面上执行，并可在多行UNIX/DOS平台下运行，其中很多算法的复杂困难程度，可以说，如果讲给今天这些所谓的架构高手与计算机高手听，他们会感觉如听“天书”一般深奥；有些系统则算法非常复杂：我的一个同学，在他们专业领域内编制的软件程序，在当时最高级的专业工作站上（应该要比今天的最快的微机性能还好些），一敲回车键运行，就往往要等待一个星期的时间才能得到结果。

而这些软件系统，从今天的软件架构上来讲，却很简单，是标准的单机系统。即便是今天，复杂的单机系统也有很多，它们大多都是专业领域的产品，如CAD/CAM领域的CATIA、ProEngineer，Autodesk的AutoCAD，还有我们熟悉的Photoshop、CoralDraw，等等（这些系统的高级版本可能提供了一些网络化的功能，但改变不了其单机系统的实质）。

所以这里笔者要说的是，软件架构复杂并不代表软件系统复杂，其实，软件架构设计较为重要的领域只有一个，那就是信息系统领域，即以数据处理（数据存储，传输，安全，查询，展示等）为核心的软件系统。其他行业的软件应用对该概念其实并不是那么强调。

所以，读者应该明白，后面几节介绍的所谓流行软件架构，都是指在信息系统的领域内。

2. 客户机/服务器（Client/Server）结构

客户机/服务器结构是软件系统中最常见的一种。笔者认为该概念应该来源于基于TCP/IP协议的进程间通信IPC 编程的“发送”与“反射”程序结构，即Client方向Server方发送一个TCP或UDP包，然后Server方根据接收到的请求向Client方回送TCP或UDP数据包（这里是指建立TCP/IP连接以后的应用程序逻辑，不涉及如TCP 建立连接的三方握手过程），IPC编程的客户端/服务器概念图如图6-2所示。

诚然，上述IPC编程中的客户与服务，在过去只是一个再普通、传统不过的标准程序结构与编程方法，不会有人将其提高到软件架构的高度。但其实，现代流行的各种C/S架构，其本质却正是如此：即TCP/IP IPC编程中的客户机/服务器。目前为止，还没有任何一种客户机/服务器架构的软件超出了这个范围。

所以，准确地讲，现代各种客户机/服务器模式的软件架构实际上是对IPC编程中客户/服务程序结构更加产品化与成熟化的结果。

让我们来看看几种常见的客户机/服务器的软件结构。

●两层C/S

两层C/S，其实完全是IPC客户端/服务器结构的应用系统体现。两层C/S其实就是人们所说的“胖客户端”模式。在实际的系统设计中，该类结构主要是指前台客户端+后台数据库管理系统，如图6-3所示。

在两层C/S结构中，图6-3前台界面+后台数据库服务的模式最为典型，前文所说的很多数据库前端开发工具（如PowerBuilder、Delphi、VB）等都是用来专门制作这种结构的软件系统的。

有人也许要问，上述典型的两层C/S模式应该没有你所说的TCP/IP通信呀？怎么你前面讲所有的C/S模式都脱离不了这个范围呢？其实，每一种数据库都提供了其专用的访问API或通用的ODBC/JDBC接口，如果这个数据库的开发支持从不同的机器上以网络方式连接，则笔者相信其在客户端与数据库后台的通信大多情况下是TCP/IP的客户机/服务器模式！如果这个数据库不支持网络连接方式（如以前基于FoxBase的开发，或现在基于MS Access的开发），则我们不能称这个软件是C/S模式。

另外，如图6-3所示，两层C/S实际上是将前台界面与相关的业务逻辑处理服务的内容集成在一个可运行单元中了。

●三层C/S结构与B/S

三层C/S结构如图6-4(a)所示，其前台界面送往后台的请求中，除了数据库存取操作以外，还有很多其他业务逻辑需要处理。三层C/S的前台界面与后台服务之间必须通过一种协议（自开发或采用标准协议）来通信（包括请求、回复、远程函数调用等），通常包括以下几种：

（1）基于TCP/IP协议，直接在底层socket api基础上自行开发。这样做一般只适合需求与功能简单的小型系统；

（2）首先建立自定义的消息机制（封装TCP/IP与socket编程），然后前台与后台之间的通信通过该消息机制来开发。消息机制可以基于XML，也可以基于字节流（Stream）定义。虽然是自开发，但可以基于此构建大型分布式系统；

（3）基于RPC编程；

（4）基于CORBA/IIOP协议；

（5）基于Java RMI；

（6）基于J2EE JMS；

（7）基于HTTP协议。如浏览器与Web服务器之间的交流便是如此。需要指出的是，HTTP不是面向对象的，所以面向对象的应用数据会被首先平面化后进行传输。

目前最典型的基于三层C/S结构的应用模式便是我们最熟悉、较流行的B/S（Brower/Server，浏览器/服务器）模式，如图6-4（b）所示。

图6-4（b）的B/S结构中，Web浏览器是一个用于文档检索和显示的客户应用程序，并通过超文本传输协议HTTP （HyperText Transfer Protocol）与Web服务器相连。该模式下，通用的、低成本的浏览器节省了两层结构的C/S模式客户端软件的开发和维护费用。这些浏览器大家都很熟悉，包括MS Internet Explorer、Mozilla FireFox、NetScape等。

Web服务器是指驻留于因特网上某种类型计算机的程序。当Web浏览器（客户端）连到服务器上并请求文件或数据时，服务器将处理该请求并将文件或数据发送到该浏览器上，附带的信息会告诉浏览器如何查看该文件（即文件类型）。服务器使用HTTP（超文本传输协议）进行信息交流，这就是人们常把它们称为HTTPD服务器的原因。

我们每天都在Web浏览器上进行各种操作，这些操作中绝大多数其实都是在Web服务器上执行的，Web浏览器只是将我们的请求以HTTP协议格式发送到Web服务器端或将返回的查询结果显示而已。当然，驻留Web 浏览器与服务器的硬件设备可以是位于Web网络上的两台相距千里的计算机。

应该清楚，B/S模式的浏览器与Web服务器之间的通信仍然是TCP/IP，只是将协议格式在应用层标准化了而已。实际上B/S是采用了通用客户端界面的三层C/S结构。