[原创]分层的程序设计方法

sham2k 2003-10-31 03:16:34

应用软件的设计应该采用分层设计。
分层的程序设计带来的好处是显而易见的，由于层间松散的耦合关系，使得我们可以专注于本层的设计，而不必关心其他层的设计，也不必担心自己的设计会影响其它层，对提高软件质量大有裨益。而且分层设计使得程序结构清晰，升级和维护都变得十分容易，更改层的具体实现代码，只要层接口保持稳定，其他层可以不必修改。即使层的接口发生变化，也只影响上层和下层，修改工作量小而且错误可以控制，不会带来意外的风险。
要保持程序分层设计的优点，就必须坚持层间的松散耦合关系。设计程序前，应先划分出可能的层次，以及此层次提供的服务和需要的服务。程序设计时，应尽量保持层间的隔离，只是使用层归档提供的服务。
下面以一个具体的应用为例加以说明。这个应用主要的功能就是提供银行间跨行的电子票据交换，即甲行输入票据信息，提交到中心清算后转发给乙行。传输的票据信息使用某种可扩充的规范化报文，通过建立在TCP/IP上的MQ传输通道传输，传输中提供端到端加密处理。
首先，分析应用的典型流程。不难知道，整个应用主要流程是业务处理（输入数据），提交通信，报文组织，MQ报文传输，解析报文，业务处理（清算或票据打印）。明显地，MQ传输与具体传输的内容无关，可以作为独立的一层。报文的组织方式，只和对端报文的解析方式有关，和具体的业务处理无关，也可以作为独立的一层。具体业务处理作为独立一层。于是，整个应用分为三层：业务层，报文层，通信层。业务层负责业务数据的处理，报文层完成业务数据交换格式组织，通信层完成报文的传输。其中业务层处于顶层，通信层处于低层，报文层处于中间层。
然后，分析各层提供的服务。通常定义服务，均指下层为上层提供的可使用的功能。
通信层提供报文传输，必然提供发送Send和接收Recv两个功能。它不关心具体的报文内容是什么，也不关心报文格式是什么，因此传递给Send/Recv的参数只能是字符串或文件名。通信层还需要知道报文传输给谁，因此还需要提个参数接收者Receiver。此外通信层可能提供优先级服务，则上层还可以设置一个传输优先级，等等。为此，我们设计一个接口结构，用于报文层和通信层交换数据，结构定义如下：
struct MQMessage
{
// 发送方
// 接收方
// 优先级
// 报文内容
// 报文类型（文件/缓冲区）
// …. 其他的定义
}
再设计两个函数，用于收发报文:
Send(MQMessage & msg)
Recv(MQMessage & msg)
报文层需要发送数据时，组织好报文内容，填写MQMessage结构，然后调用Send()将报文发出。通信层分析MQMessage结构，采取合适的方式将报文内容发送到对端。对端通信层收到报文后，进行必要的报文内容组织，填写MQMessage结构，返回给报文层。报文层分析MQMessage结构，获取报文内容。
报文层完成报文组织，就必然提供报文封装和解析两种服务。如果有多种报文格式，则每种格式都需要提供相应的封装和解析服务。它不需要知道业务数据内容，业务层也不需要知道报文的组织形式。下面假定报文格式为：{字段名=字段值；字段名=字段值；…}。报文层提供函数供应用添加字段名、字段值和通过字段名获取字段值，还提供一些必要的管理函数，象这样：
AddField(FieldName,FieldValue) -- 增加
GetField(FieldName,FieldValue) -- 获取
SetField(FieldName,FieldValue) -- 修改
DelField(FieldName) -- 删除
这样，应用层就可以根据自己的需要任意地设置或获取报文具有的内容。应该注意到，由于报文层不关心字段值的含义，因此全部的FieldValue都需要转换成统一的格式，即字符型。完成封装后，应用层还需要将报文发出，因此报文层还需要提供两个函数：
Send() 发出当前的内容
Recv() 接收一个报文
应用层调用Send()时，报文层将当前设置的字段按报文格式封装成一个串，再调用通信层将这个报文发出。应用层调用Recv()时，报文层调用通信层接收一个报文，再将其解析，供应用层获取。
这样我们就完成了系统基本的结构设计和接口设计。

从上面的分析可以看出，分层的程序设计主要有以下特点：
1．层和层之间通过接口相互访问。层接口是其功能的最小集合，即接口应该尽量的小。
2．层功能是彼此独立和内敛的。不同层提供的功能不重叠，各不相同。例如报文层决不修改数据库，通信层决不解析报文，等等。同样，操作相同数据的功能一定在同一个层中，决不会散列在多个层中。
3．不垮层访问。如应用层不直接访问通信层。如果应用需要发送不必编码格式的报文，如字符串，则应扩充报文层接口，提供没有格式的报文，而不是应用直接调用通信层传输。
这是由于这些特点，才使得层间分界线十分明显，层间耦合关系松散，才使得分层设计的优点得到体现的。

...全文