摘要讨论 的应用程序设计和所需的更改检验从使用 Microsoft Windows DNA 构建 N 层应用程序中学到的结构知识以及如何将这些知识应用到使用 Microsoft NET 框架构建的应用程序并且为使用 XML Web Services 的应用程序提供体系结构方面的建议
简介
如今N 层应用程序已经成为构建企业软件的标准对于大多数人来说N 层应用程序就是被分成多个独立的逻辑部分的应用程序最常见的选择是分为三个部分表示业务逻辑和数据当然还可能存在其他的划分方法N 层应用程序最初是为了解决与传统的客户端/服务器应用程序相关的问题而出现的但是随着 Web 时代的到来这一体系结构开始成为新开发项目的主流
Microsoft Windows？ DNA 技术已成为 N 层应用程序的非常成功的基础Microsoft NET 框架也为构建 N 层应用程序提供了坚实的平台然而NET 所带来的变化使结构设计人员应当重新考虑他们在 Windows DNA 领域中所学的有关设计 N 层应用程序的某些知识更重要的是对内置于 NET 框架的 XML Web services 的基本支持允许开发人员构建突破传统 N 层方法的新应用程序要了解如何更好地构建 NET 应用程序的体系结构您需要了解这一新领域中发生了哪些变化以及如何充分利用这些变化
本文将对这些问题进行讨论首先回顾一下在使用 Windows DNA 构建 N 层应用程序中学到的关键体系结构知识然后再按同一顺序将这些知识应用到使用 NET 框架构建应用程序的过程中从而对它们进行检验最后一部分对使用 XML Web services 的应用程序的体系结构提供了一些建议
Windows DNA 环境
将应用程序分解成多个逻辑部分是很有用的将一个大软件分成几个小的部分会更利于软件的构建重复利用和修改对适应不同的技术或不同的业务组织也很有帮助同时还有一些综合因素需要考虑虽然模块化和重复使用性很有效但它们可能会导致应用程序不能象使用其他方法那样安全易管理和快速本节将回顾一些从使用 Windows DNA 技术构建 N 层应用程序的普遍经验中所获得的基本体系结构知识
编写业务逻辑
Windows DNA 应用程序通常使用以下三种实现方式中的一种或多种方式来实现其业务逻辑
●ASP 页
●COM 组件可能使用 COM+ 提供的其他服务
●在 DBMS 中运行的存储过程
一般来讲在 ASP 页中编写过多的业务逻辑并不是一个好办法因为必须使用简单的语言例如 Microsoft Visual Basic？ Script （VBScript）而且每次执行时都要解释代码这会对性能造成影响而且 ASP 页中的代码不好维护主要是因为业务逻辑通常与创建用户界面的表示代码混合在一起
鑒于这种情况建议在编写中间层业务逻辑时将业务逻辑当作 COM 对象来实现这种方法比编写纯粹的 ASP 应用程序要稍微复杂一点但是可以使用全功能语言来生成编译好的可执行文件因此其结果要快得多将业务逻辑包装在 COM 对象中还可以将此代码与包含在 ASP 页中的表示代码完全分隔开来从而使应用程序更易于维护
从 COM 到 COM+其体系结构相差无几但是正如许多 Windows DNA 体系结构设计人员所了解的除非真正需要否则不应使用 COM+ 提供的核心服务如事务实时 （JIT） 激活基于角色的安全性和线程服务等使用其他开发平台提供的 COM+ 或类似服务自然会导致应用程序速度更慢更复杂只有在以下情况下使用 COM+ 才有意义
●需要跨越不同资源管理器（如 Microsoft SQL Server？ 和 Oracle）的分布式事务
●应用程序可以有效地利用基于角色的安全性
●可以增强 Microsoft Visual Basic？ 的线程操作
●JIT 激活能够提高性能浏览器客户端很少出现这种情况因为 ASP 页是通过 JIT 有效激活的
●COM+ 的配置优势大大简化了应用程序的部署
编写业务逻辑的第三种方式是创建一些作为存储过程在数据库管理系统 （DBMS） 中运行的代码尽管使用存储过程的主要原因是将数据库架构的详细信息与业务逻辑分隔开以简化代码的管理和提高安全性但代码与数据如此接近也有助于优化性能那些必须独立于 DBMS 的应用程序（例如由独立的软件供应商创建的应用程序）通常要避免使用这种方法因为它会将应用程序锁定到某个特定的数据库系统中存储过程的编写和调试可能会比 COM 对象的编写和调试难而且此方法会减少重复使用代码的机会这是因为 COM 对象通常比存储过程更易于重复使用但是大多数自定义应用程序仍然连接到最初创建它们的 DBMS 上因此使用存储过程的性能优势还是很大的鑒于这种情况那些必须尽可能运行良好的 Windows DNA 应用程序通常对部分或全部的业务逻辑都使用存储过程
构建客户端
Windows DNA 既支持用 Visual Basic 等语言编写的本地 Windows 客户端也支持浏览器客户端浏览器客户端的局限性较大尤其同时将 Microsoft Internet Explorer 和 Netscape 作为浏览器时因此应用程序通常同时拥有浏览器客户端和本地 Windows 客户端浏览器客户端提供的界面很有限但用它可以方便地访问 Internet而 Windows 客户端能提供全功能的界面使用可下载的 Microsoft ActiveX？ 控件可以创建更复杂的浏览器界面但必须确保浏览器是 Internet Explorer并且用户愿意信任应用程序的创建者
管理浏览器应用程序中的状态
ASP 应用程序可以使用几个不同的机制来维护服务器上客户端请求之间的信息但是 Windows DNA 中有一条严格的规则如果应用程序在两台或多台机器之间平衡负载则绝对不能使用 ASP Session 对象存储每个客户端的状态ASP 的 Session 对象被锁定在一台机器上因此不能用于负载平衡的应用程序
ASP Session 对象和 ASP Application 对象还有另一个限制使用它们中的任何一个来存储 ADO 记录集都会大大降低可伸缩性因为它限制了应用程序开发多线程的能力因此在这两个对象的任何一个中存储记录集都不是好办法
分布式通信
在 Windows DNA 中选择运行在不同机器上的组件的通信方式非常简单DCOM 可以说是唯一的选择单纯从体系结构上来看DCOM 是 COM 的简单扩展但实际上DCOM 还有许多其他含义其中包括
●由于实际上是其自有协议因而使用 DCOM 与远程 COM+ 对象进行通信非常直接
●只要配置正确DCOM 将是非常安全的协议但是要实现这种配置并不容易因此该协议不太容易使用尽管如此DCOM 自身仍能提供很好的分布式身份验证数据完整性和数据保密性特别是在 Windows 域内
●由于 DCOM 需要打开任意端口因此不适合与防火墙配合使用所以对于必须通过 Internet 进行通信的应用程序一般不能使用 DCOM
访问存储数据
可以将使用 ADO 构建的数据访问体系结构分为两类轻型和重型轻型 ADO 客户端尽可能简短地保持数据库连接并使用存储过程写入数据库轻型客户端使用以下三种方法之一检索数据
●通过使用只读的仅向前游标填充记录集
●通过存储过程输出参数
●使用数据流（在 ADO 的较新版本中）
重型客户端则会较长时间地保持数据库连接这类应用程序依赖于开放式连接以及那些连接所允许的有状态的服务器端游标以
●使记录集能够直接访问其他用户或应用程序所做的更改
●启用保守式锁定
●尽可能减少复制到 ADO 客户端的数据量以减少网络通信量与轻型客户端不同使用服务器端游标的客户端可以将查询结果保留在数据库内直到真正需要这些数据时再取出此外这种方法向记录集复制的元数据较少而把更多的数据保留在数据库中
轻型应用程序最具伸缩性因为它们最有效地使用了数据库连接这一稀有资源相比之下重型应用程序必须保持长期有效的数据库连接因为这是有状态的服务器端游标所要求的这就大大地限制了应用程序的可伸缩性尤其不适用于 Internet 服务器应用程序尽管使用 ADO 开发重型应用程序可能更简单但通常这并不是最佳选择
ADO 也不是特别适用于处理 XML 文档等分层数据ADO 完成此项工作的功能用法复杂且不易理解同样ADO 仅为访问 SQL Server 的 XML 功能提供有限支持因此Windows DNA 应用程序通常都避免使用 ADO 处理分层数据
将数据传递到客户端
对于所有 N 层应用程序而言将数据从中间层有效地移动到客户端都是一个关键的环节当使用 DCOM 与 Windows 客户端通信时Windows DNA 应用程序可以使用 ADO 断开连接的记录集当确保浏览器为 Internet Explorer 时此选项也可用于浏览器客户端而将数据发送到任意浏览器则比较困难一种方法是显式地将数据转换为 XML然后将数据和所有必要的脚本代码发送到浏览器
net 环境
NET 支持传统的 N 层应用程序Web Services 应用程序以及将二者的元素结合在一起的应用程序本节首先介绍 NET 如何影响 N 层应用程序然后介绍构建 Web services 应用程序过程中的几个主要的体系结构问题
将 N 层应用程序与 NET 绑定在一起
上一节中介绍的某些问题同样适用于 Windows DNA 应用程序和使用 NET 框架构建的应用程序例如只有当满足前面所列的一个或多个条件时才能使用 COM+（在 NET 框架中称为企业服务）同样将业务逻辑构建为存储过程在很多 N 层应用程序中都可以获得更好的性能
同时NET 框架中到处都是新技术和现有技术的新版本这些增强功能为 N 层应用程序的优化体系结构带来了多种变化本节将按照前面介绍的分类介绍 NET 框架是如何改变体系结构设计人员在创建 N 层应用程序时所做的决定的
编写业务逻辑
与在 Windows DNA 中创建 N 层业务逻辑的三种可选方法（ASP 页COM 组件和存储过程）不同NET 框架只提供了两种方法程序集和存储过程对于浏览器应用程序可以使用 Microsoft ASPNET aspx 页来创建程序集与 ASP 不同在这种情况下完全使用 ASPNET 编写业务逻辑通常是一个比较好的方法
其中一个原因就是 ASPNET 的内含代码选项在传统的 ASP 页中以一种可维护的方式混合业务代码和表示代码并不是一件容易的事而 aspx 页使用内含代码能够完全将这两种代码分开Windows DNA 应用程序可能需要同时使用 ASP 页和 COM 对象才能实现可维护性而使用 NET 框架构建的应用程序则只需使用 ASPNET此外aspx 页中包含的业务逻辑可以用任何基于 NET 的语言编写而不仅限于传统 ASP 页所支持的简单的脚本语言而且ASPNET 是编译页面而不是解释页面因此 ASPNET 应用程序速度可以非常快虽然使用 Windows DNA 构建的应用程序可以使用 ASP 页和 COM 对象来达到足够高的性能但 NET 只需使用 ASPNET 便可构建具有同样优良性能的应用程序最后业务逻辑使用 ASPNET 缓存来减少对包含常用数据的数据库的访问这样可以大大提高性能
但是需要指出的是对于包含在 aspx 页中的代码即使是使用内含代码其重复使用也比标准的程序集困难例如从 Windows 窗体客户端访问 aspx 页中的代码会遇到很多问题
构建客户端
使用 NET 框架可减少对 Windows 客户端的需求通常只需要一个浏览器客户端即可其中一个原因在于ASPNET Web 控件允许构建和/或购买可重复使用的浏览器图形用户界面 （GUI） 元素从而能够更方便地构建更有用的浏览器客户端而且可以将基于 NET 框架的组件下载到 Internet Explorer 客户端然后使用部分信任来运行这些组件（而不使用 ActiveX 控件所要求的全是全非信任模式）这有助于构建更好的用户界面
管理浏览器应用程序中的状态
由于 ASP Session 对象被绑定到一台机器上因此它并未发挥出应有的作用而使用 NET 框架就避免了这种限制与 ASP 不同ASPNET Session 对象可以被两台或多台机器共享从而可以使用 Session 对象来维护负载平衡的 Web 服务器领域中的状态使其更加有用而且由于 Session 对象的内容可以选择存储在 SQL Server 数据库中这种机制可用于出现故障时必须一直保持每个客户端的状态的应用程序中
影响 ASPNET 应用程序体系结构的另一个重要更改在于数据集可以存储在 Session 和 Application 对象中而无需包含线程这一点与 ASP 不同也就是说在 Windows DNA 中严格规定的不能将记录集存储在这些对象中的规则不适用于 NET 框架中的数据集这就使得查询结果的存储更加简单也更加自然
分布式通信
与 Windows DNA 相比NET 框架为应用程序的分布式部件之间的通信提供了更多选择包括
●NET Remoting提供 TCP 通道和 HTTP 通道
●ASPNET 支持在 asmx 页中实现的可通过 SOAP 调用的 XML Web services
●与远程 COM 对象通信所需的 DCOM
选项越多意味着体系结构的选择也越多这也意味着做选择时有更多需要考虑的因素使用 NET 框架创建分布式应用程序时要了解的体系结构问题包括
●直接与远程 COM+ 对象进行通信要求使用 DCOM而不能使用 NET Remoting由于 DCOM 的建立和使用都相当复杂因此应尽量避免这种通信在某些情况下有必要通过托管代码处理现有的 COM+ 对象尽管这样做所要求的 COM 互操作性会降低性能
●NET Remoting TCP 通道没有提供内置的安全性与 DCOM 不同它不提供严格的身份验证数据完整性或数据保密服务但它并非一无是处TCP 通道比 DCOM 更容易配置
●DCOM 不能很好地与防火墙配合使用NET Remoting HTTP 通道与之不同它是专门为在 Internet 上进行有效通信而设计的而且由于可以使用 SSL此选项能够为数据提供安全的路径通常对于 Intranet 通信而言TCP 通道是较好的选择而对于 Internet 通信则更适合使用 HTTP 通道或 ASPNET SOAP 支持
●NET Remoting HTTP 通道和用于 XML Web services 的 ASPNET 支持都能实现 SOAP但这两种实现却截然不同各有其特定的目的NET Remoting 注重保持公共语言运行时的确切语义因此当远程系统也运行 NET 框架时它是最佳选择ASPNET 则注重提供绝对标准的 XML Web services因此当远程系统是基于 NET 的平台或任何其他平台时它是最佳选择而且 ASPNET 比 NET Remoting HTTP 通道的速度快但 HTTP 通道也有优点它允许通过引用和真正的异步回调来传递参数这是 ASPNET 中的 SOAP 支持所不具备的功能
访问存储数据
ADO 能够方便地构建重型客户端但客户端的伸缩性较差ADONET 与 ADO 不同它更适用于构建轻型客户端ADONET 客户端使用仅向前的只读游标读取数据它不支持有状态的服务器端游标因此其编程模式鼓励短时间的连接直接读取和处理数据的客户端可以使用 ADONET 的 DataReader 对象它不为返回的数据提供缓存或者可以将数据读入 DataSet 对象中将其作为从 SQL 查询和其他源中返回的数据的缓存但是与 ADO 记录集不同数据集不能显式地维护与数据库的开放连接
如前面所述ADO 生成的重型方法还存在一些其他问题这些问题可以在 ADONET 中解决如下所示
●对于将数据存储在数据集并要求访问由其他用户或应用程序所做的更改的 ADONET 客户端需要包含显式代码才能进行这些更改该代码通常还需要为每个所进行的检查打开一个数据库连接
●尽管 ADONET 并不直接支持保守式锁定但通过使用 ADONET 事务或在存储过程中实现所需的功能客户端仍然可以获得同样的效果
●与 ADO 不同ADONET 不允许将部分查询结果保留在数据库中（可以使用服务器端游标从中进行访问）虽然 ADONET 确实比 ADO 检索的元数据要少但应用程序仍应设计为能够将所有的查询结果从数据库传递到 ADONET 客户端
ADONET 中影响体系结构选择的另一项更改是其对处理分层数据（特别是 XML 文档）的支持增强了将 ADONET 数据集转换成 XML 非常简单就象访问 SQL Server 的 XML 功能一样因此在 Windows DNA 中可能被强制装入关系模型中的分层数据现在可以以其原始形式提供访问
将数据传递到客户端
将数据有效地传递到客户端对于在 框架上构建的 N 层应用程序和使用 Windows DNA 构建的应用程序同样重要一项重要的更改在于ADONET 数据集可自动序列化成 XML从而使得各层之间的数据传递更加简单虽然在 Windows DNA 中也可以使用这种方法但 NET 使通过 XML 的信息交换变得更加简单直接
XML Web Services 体系结构
在构建分布式应用程序的过程中可以通过多种方法来使用 XML Web services 的 SOAPWeb Services 说明语言 （WSDL） 以及其他技术例如
●使用 SOAP 而不是仅仅使用 HTTP 连接到 N 层应用程序的 Web 客户端连接建立后该客户端可以是能够进行 SOAP 调用的任意设备之后客户端可以为其用户提供更多的功能因为它能够直接调用远程服务器中的方法
●将可能是在基于 NET 框架的平台上构建的 N 层应用程序与在其他平台（例如 Java 应用程序服务器）上构建的另一个应用程序连接起来
●连接两个大型应用程序或者连接一个企业资源规划 （ERP） 系统与另一个 ERP 系统或任何其他应用程序正如这些示例所示XML Web services 不仅仅适用于 N 层应用程序其应用范围十分广阔
不管如何使用XML Web services 都会带来许多新的体系结构问题XML Web services 与 N 层应用程序通常使用的更为传统的中间件技术之间的最主要的差别或许在于XML Web services 提供的是松散耦合遗憾的是这个词对于不同的用户有着不同的含义在本文中它是指具有以下特点的通信应用程序
●应用程序在很大程度上相互独立并且通常由不同的组织控制
●并不完全可靠不能保证每个通信应用程序在所有时间都可用
●其交互操作可以是同步的也可以是异步的Web services 客户端可能阻塞对某个请求的响应的等待也可以在发出请求后去做其他事稍后再来检查响应
●这些基本特点为使用 XML Web services 的应用程序提供了很多体系结构方面的原则虽然有些问题可能会在以后的工作中得到解决如 Microsoft 的 Global XML Web Services Architecture （GXA） specifications（英文）但是目前创建有效的 XML Web services 应用程序的用户必须要了解这些问题其中包括
●安全性可能会比较复杂预先规划端对端身份验证和有效授权十分重要端对端的数据完整性和数据保密性对某些应用程序也很重要可能有必要在不同的安全机制之间进行映射当然最好尽量避免这种情况互操作性可能会成为问题由于规范还相对不成熟不同供应商的 SOAP 实现还不能始终很好地协作
●修改现有应用程序以便可以通过 XML Web services 进行访问时可能会出现问题当把从未打算要在一起使用的程序连接在一起时总会出现速度可伸缩性和安全性等问题现有应用程序通常不是作为服务器而构建的因此处理一些很小的请求就会轻易搞垮它们减少请求数量而增加每个请求中包含的数据可能会提高应用程序的性能此外现有应用程序通常不能处理预料之外的负载例如向 Internet 公开软件时可能产生的负载如果可能使用某种排队机制以在请求被响应之前将请求存储起来这可能会有所帮助
●调节故障非常重要尤其是只需要一次语义的请求通常需要格外小心例如请求可能会超时从而触发重试但原来的请求可能只是因为某种原因被延迟而已如果针对单个调用执行两次远程 Web service 会出现问题则必须创建某种机制来解决这个问题
●不可能提供依赖于分布式锁定（跨越组织边界保持）的端对端事务大多数组织不允许外来应用程序锁定数据因此不可能实现两阶段提交样式的事务而只能考虑为任何必要的回滚使用补偿事务
●由于收到的数据可能跨越应用程序和组织边界Web services 通信的每一端可能都需要仔细检查该数据虽然应用程序的创建者可能十分信任由他们自己的应用程序的其他部分所生成的数据的准确性但他们不能对其他应用程序抱以同样的信任收到的信息甚至可能包含恶意代码因此必须仔细检查
●SOAP 及其携带的 XML 定义的数据非常多在一个调用中传递太多数据可能会搞垮低带宽的网络反过来在一个调用中传递的数据太少又会搞垮处理这些请求的应用程序尽管这很困难但找到正确的平衡点还是很重要的
小结
体系结构是关键为应用程序（尤其是分布于多个系统的应用程序）选择正确的结构是至关重要的如果选择了错误的体系结构不管开发人员多么优秀通常都无法在实现过程中修复错误的决定会导致性能降低安全性降低以及应用程序需要更新时可用的选项较少
Windows DNA 为 N 层应用程序奠定了一个坚实的基础Windows 开发人员可以根据他们从 DNA 领域所学到的知识来构建应用程序把其中的大部分应用到新的 NET 环境中不过了解本文所建议的更改将有助于创建更快更安全功能更强的应用程序对于 N 层应用程序以及采用 Web services 新技术的应用程序来说NET 可提供的功能很多
