Pet Shop 的设计模式与体系结构.docx

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PetShop的设计模式与体系结构

Microsoft.NETPetShop3.x:

.NETPetShop的设计模式与体系结构

发布日期：

4/1/2004|更新日期：

4/1/2004

GregoryLeakeMicrosoftCorporation

JamesDuffVertigoSoftware,Inc.

2003年5月

适用于：

Microsoft?

.NET框架1.0和1.1Microsoft?

Windows2000和WindowsServer?

2003Microsoft?

InternetInformationServicesMicrosoft?

SQLServer?

2000Oracle?

9iDatabase

摘要：

.NETPetShop3.x版针对.NETPetShop2.0的评论者给出的重要反馈进行了改进，开发时确保了应用程序与Microsoft提出的体系结构指导文档保持一致。

（20页打印页）

下载PetShop3.0Installer.msi代码示例.

本页内容

摘要

JavaPetStore是什么？

Microsoft.NETPetShop

业务需求

应用程序数据模型

.NETPetShop2.0体系结构

.NETPetShop3.0体系结构

小结

附录A：

从版本2到版本3的更改

摘要

最初研究.NETPetShop的目的是用Microsoft.NET实现Sun主要的J2EE蓝图应用程序SunJavaPetStore同样的应用程序功能。

根据用.NET实现的SunJ2EE最佳实践示例应用程序，各方面的客户可以直接地对Microsoft的.NET技术与基于J2EE的应用程序服务器进行比较，同时了解构建基于Web的应用程序中用到的各种建议的设计模式之间的异同。

.NETPetShop应用程序现在已经是第三版了，旨在显示构建企业级n层应用程序（可能需要支持多种数据库平台和部署模型）的.NET最佳实践。

根据社区对.NetPetShop2.0的反馈，.NETPetShop3.0遵照MSDN上发布的Microsoft《说明性体系结构指导》进行了重新设计。

第三版还完全符合了Middleware公司的应用程序服务器基准测试规范，将作为Microsoft参加今年春天即将进行的MiddlewareApplicationServerBenchmark的产品：

这是Middleware公司举办的第二轮测试活动，旨在比较.NET和J2EE平台在构建和承载企业级Web应用程序方面的可伸缩性。

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JavaPetStore是什么？

JavaPetStore是按Sun公司维护的J2EE蓝图开发的分布式应用程序的一个参考实现。

示例应用程序最初的开发目的是帮助开发人员和架构师理解如何使用和利用J2EE技术，以及各个J2EE平台组件是如何配合的。

JavaPetStore演示软件包括构建应用程序所需的EnterpriseJavaBeans（EJB）体系结构、JavaServerPages（JSP）技术、标记库和servlet的完整的源代码及文档。

此外，JavaPetStore蓝图应用程序还通过具体示例说明了一些模型和设计模式。

完整的JavaPetStore包括三个示例应用程序：

•

JavaPetStore：

J2EE蓝图主应用程序。

•

JavaPetStore管理器：

JavaPetStore的管理器模块

•

BlueprintsMailer:

在小一些的包中给出一些J2EE蓝图设计指南的一个小应用程序。

JavaPetStore的最初版本旨在处理以下数据库：

Oracle、Sybase和Cloudscape。

IBM已经开发了一个DB2版本的应用程序。

该应用程序可以从Java2PlatformEnterpriseEditionBlueprints公开获得。

主应用程序JavaPetStore是一个电子商务应用程序，可以通过它在线购买宠物。

启动应用程序后，可以浏览和搜索各种类型的宠物，从狗到爬行动物。

使用JavaPetStore的典型会话方案如下：

主页—这是用户第一次启动应用程序时加载的主页。

类别查看—有五大类：

鱼、狗、爬行动物、猫和鸟。

每一类都有几个相关的产品。

如果选择鱼作为类别，可以看到天使鱼等等内容。

产品—如果现在选择一个产品，应用程序将显示产品的所有类型。

通常产品类型是雄或者雌。

产品详情—每种产品类型（分别用不同项目表示）有详细的视图显示产品说明、产品图像、价格和库存数量。

购物车—用户可以通过它操作购物车（添加、删除和更新行项目）。

结帐—结帐页面以只读视图显示购物车。

登录重定向—当用户选择结帐页面上的“Continue”时，如果还没有登录，将重定向到登录页面。

登录验证—通过站点的身份验证以后，用户被重定向到信用卡和记帐地址表单。

定单确认—显示记帐地址和送货地址。

定单提交—这是定单处理流程的最后一步。

定单现在将提交到数据库。

图1.JavaPetStore

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Microsoft.NETPetShop

.NETPetShop的目标是把注意力仅仅放在JavaPetStore上（管理和Mailer组件没有在.NET中实现）。

除了重现JavaPetStore应用程序的功能之外，还增加了两项目标：

•

比较.NET和J2EE通过最佳实践实现的真实应用程序中代码和代码大小上的异同。

•

提供用.NET和J2EE实现的典型的设计良好的应用程序能够支持多少用户的数据。

图2..NETPetShop

.NETPetShop的整体逻辑体系结构如图3所示，设计的中心是在表示层使用ASP.NETWeb窗体，与逻辑中间层中的C#业务组件通信。

业务组件继而通过ADO.NET和SQLServer名为数据访问应用块（DAAB）（可以从此链接了解更多DAAB信息并下载完整的DAAB源代码）的帮助器类访问后端数据库。

数据访问功能完全抽象到数据访问层（DAL）中，与业务逻辑层（BLL）相分离。

.NETPetShop3.0中的新颖之处在于，我们为Oracle9i和SQLServer2000数据库都引入了DAL层。

相应DAL层的类加载将根据Web.Config中的应用程序配置设置在运行时动态生成。

注意.NETPetShop3.0使用了两个后端数据库，定单处理中要涉及跨两个数据库的分布式事务。

使用简单的Web.Config应用程序设置，用户可以对.NetPetShop进行部署，使用一个或者多个后端数据库，还可以自由地将SQLServer和Oracle后端数据库与由.NET服务的组件通过COM+企业服务处理的分布式事务混合。

图3..NETPetShop高层逻辑体系结构

图4说明了Microsoft.NETPetShop物理上是怎样部署的。

这里使用网络负载平衡（NLB）或者可能是硬件实现的负载平衡技术将入站的网络通信量分到了两台应用程序服务器上。

在网络请求达到群集中的一台机器时，针对该请求的所有工作都会在这台特定机器上进行。

业务逻辑和数据访问组件将以程序集的形式安装在两台服务器上，它们本质上是完全相同的。

如果负载平衡软件配置为使用“StickyIP”，则每台服务器都有自己的会话-状态存储，因为要保证第二个请求返回到实现第一个请求的那台服务器。

如果解决方案所需的容错要求更高，两台应用程序服务器可以共享一个公共会话-状态存储比如SQLServer或者一台专用的会话服务器（图中没有显示）。

会话-状态存储的类型和位置由每个站点‘web.config’文件里‘system.web’元素‘sessionState’子节点中的值决定。

图4..NETPetShop的物理部署图

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业务需求

作为PetShop3体系结构文档的一部分，我们给出了.NETPetShop的业务需求，这样开发人员和客户就可以理解我们在做应用程序的设计决策时进行的一些选择。

PetShop应用程序的功能性需求是什么？

•

应用程序应该使客户能够按类和通过关键字搜索浏览公司目录。

•

应用程序应该为客户提供一种通过一个购物车模型就能购买多个商品项的机制。

•

应用程序应该提供简单的安全模型，这样客户必须先进行登录，才允许购买购物车的内容。

•

应用程序旨在支持高容量的企业级电子商务解决方案；因此应用程序应该展示以下方面：

•

高性能，通过所支持用户数和用户响应时间进行衡量

•

通过增加更多处理器来扩展的能力

•

通过增加更多机器组成群集的分布式扩展能力

•

在大型企业级系统中，应用程序可能需要访问多个数据库，因此应用程序应该支持分布式事务。

•

应用程序应该考虑灵活的部署策略。

默认时应用程序的设计方案是要部署到两台机器上，一台是应用程序服务器，一台是数据库服务器，但是应该能够扩展在其他部署模型下工作。

应用程序应该支持多个数据库供应商。

这里我们选择了MicrosoftSQLServer和Oracle。

•

应用程序应该容易维护，这是通过应用程序中的代码行数来衡量的。

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应用程序数据模型

.NETPetShop中使用的数据库架构是直接从JavaPetStore移植而来的。

JavaPetStore支持几种数据库供应商格式，因此我们选取了Sybase应用程序的架构，并在一个MicrosoftSQLServer2000实例中创建。

这不需要改变Sybase版本的架构。

而创建Oracle版本的.NETPetShop时，我们直接采用了JavaPetStore数据库原来的Oracle实现。

数据库有如下整体表结构，参见表1：

表1.PetShop中的数据库表

表名

用途

Account

代表基本客户信息

BannerData

存储广告条信息

Category

目录类别（Fish,Dogs,Cats等）

Inventory

产品库存状态

Item

各个产品的细节

LineItem

定单细节

Orders

客户下的定单。

定单包括一个或多个行项目

OrderStatus

定单状态

Product

目录产品，每个产品可有一或多类型（项目）。

通常类型可能是雄或雌。

Profile

客户的用户配置情况

Signon

客户登录表

Supplier

有关供应商信息

在.NETPetShop版本2中，应用程序改为要创建一个方案，其中完成定单处理必须使用分布式事务。

为了适应分布式事务方案，Orders、OrderStatus和LineItem表都分到不同的可能安装在不同机器上的数据库实例。

我们在.NETPetShop的第三版中保持了这个分布式设计模式。

图5..NETPetShop订购数据库架构

图6..NETPetShop帐号和产品数据库架构

PetShop表的设计可以做什么更改？

应用程序中使用的架构可以做一些更改；然而，这些更改并不是为了与JavaPetStore参考实现提供的架构一致。

这些更改已列于表2中：

表2.PetShop架构中可能的改进

更改

原因

表中不存储HTML

因为可能要使用不同客户端应用程序类型，数据库仅存储图像文件名而不是图像标记，部署客户端类型可以更灵活。

对客户密码使用单向加密算法

帮助使应用程序更安全，因为即使系统任何部分的安全受到威胁，读取密码仍然很困难。

这是要求设施必须重置密码为新值。

加密信用卡信息

在系统安全受到威胁时防治对信用卡信息的访问。

做出的其他更改还有将表设为只能允许通过一个存储过程进行写入访问；因此黑客访问数据库将不得不需要另一套凭据来读取数据。

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.NETPetShop2.0体系结构

图7..NETPetShop2应用程序的体系结构

.NETPetShop2.0被设计成部署在物理上两层的部署环境中，并且在应用程序的一些部分的实现中利用了这一事实。

应用程序由以下部分构成：

一个用ASP.NETWeb窗体（用“代码隐藏”将应用程序HTML和用户接口代码分离）创建的Web层。

一个包含控制应用程序逻辑的业务组件（通过自定义版本的Microsoft数据库访问应用程序块（DAAB）与SQLServer数据库通信）的中间层。

为了支持分布式事务，一些中间层业务组件是用企业服务实现的。

对于Microsoft.NET，这是一种支持分布式事务的建议方式。

然而，并非所有类都要扩展ServicedComponent类，因为将所有类都实现为企业服务的组件是有性能开销的。

发布第一次Middleware应用程序服务器基准测试中使用的.NETPetShop2.0时，我们收到了许多反馈，认为体系结构应该优化，以更适应于大规模的企业。

反馈比较集中的方面包括：

•

创建完全抽象的数据层，无需在中间层导入数据特定的类。

•

为Oracle实现数据访问层，可以透明地使用与SQLServer版本一样的业务层和UI层。

•

将Web会话状态从业务逻辑层和数据层中完全提取出来，这样应用程序的后端组件可以在物理上分布到Web服务器之外的其他计算机上，或者从其他类型的客户端比如基于Windows的客户端和基于Web–的客户端重用。

•

将应用程序模块整个分为多个命名空间和物理程序集。

•

其他各方面的反馈。

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.NETPetShop3.0体系结构

图8..NETPetShop3.0应用程序体系结构

应用领域

表3.PetShop解决方案中的应用领域

范围

用途

.NET实现

用户接口组件

捕获来自用户的数据输入，显示后端系统返回的数据。

它们还处理简单的定位。

参见用户接口组件。

ASP.NETWeb窗体，用户控件和服务器控件。

这些构造能够清晰地分离设计者的HTML和UI代码比如按钮的事件处理程序。

用户接口处理

用后端业务对象控制用户定位和处理流程。

还要处理用户会话数据的管理。

参考用户处理组件。

这些是用C#类实现的。

会话状态管理由ASP.NET处理。

业务组件

实现应用程序业务逻辑的组件

这些是用C#类实现的

业务实体

在应用程序各层之间传递数据的瘦数据类。

参见业务实体组件。

这些是用C#类实现的，每个字段都以属性的形式公开。

每个类都标记为“serializable”，启用进程间传输。

数据访问层组件

处理与后端数据存储区的交互，包括数据库、消息处理系统等。

这些组件处理与后端数据存储区的交互，包括数据库、消息处理系统等，是用四个C#项目实现的：

•

一组接口类，要公开的每个数据访问方法都有。

•

SQLServer接口的实现。

•

Oracle9i接口的实现。

•

一组加载正确实现的工厂类，SQLServer或Oracle。

MicrosoftVisualStudio.NET解决方案

图9显示了MicrosoftVisualStudio.NET解决方案对.NETPetShop应用程序的布局。

应用程序的每个元素或层都有自己的项目，这样解决方案可以管理和清晰地定义应用程序中使用的新类应该放在哪里，旧类又可以在哪里找到。

图9.VisualStudio.NET应用程序解决方案

表4中列出了每个项目的目的：

表4.PetShop解决方案中的VisualStudio项目

项目

用途

BLL

业务逻辑组件存放之处

ConfigTool

用来加密连接字符串和创建事件日志源的管理应用程序

DALFactory

用来确定加载哪一个数据库访问程序集的类

IDAL

每个DAL实现都要实现的一组接口

Model

瘦数据类或业务实体

OracleDAL

Oracle特定的PetShopDAL实现，使用了IDAL接口

Post-Build

运行编译后操作的项目，比如将程序集添加到GAC或COM+

Pre-Build

将程序集从GAC删除或从COM+注销程序集的项目

SQLServerDAL

MicrosoftSQLServer特定的PetShopDAL实现，使用了IDAL接口

Utility

一组帮助器类，包括DPAPI的包装

Web

Web页和控件

SolutionItems

用来构建应用程序的杂项，比如用来签署应用程序程序集的PetShop.snk密钥文件

数据库可移植性

这一版本Microsoft.NETPetShop的关键需求之一是提供支持Oracle和SQLServer数据库的应用程序实现。

在设计应用程序的数据库访问机制时，我们可以选择应该使用哪一个数据库提供程序；可以使用通用的OLE-DB托管提供程序或者数据库特定的优化了性能的.NET托管提供程序，比如.NET框架1.1中提供的SQLServer和Oracle托管提供程序。

应用程序的关键需求之一是创建一个高性能的解决方案，因此我们选择用数据库本身的.NET托管提供程序构建应用程序。

关于托管提供程序和通用OLE-DB提供程序之间的性能差异分析，读者可以参考Using.NETFrameworkDataProviderforOracletoImprove.NETApplicationPerformance，该文档说明了厂商特定的提供程序能够比等价的OLE-DB提供程序性能好两到三倍。

在选择数据库特定的访问类时进行的考虑是，我们需要为每个要支持的数据库平台写一个单独的数据访问层，因此应用程序将包含更多代码。

虽然两个数据访问层共享很多公共代码，但还是要明显地分别针对具体数据库（Oracle或SQLServer2000）。

为了简化数据库访问类的使用，我们选择GoF（译注：

指ErichGamma等著《设计模式》一书）概述的工厂设计模式，通过反射动态在运行时加载正确的数据访问对象。

工厂设计模式是这样实现的：

创建一个C#接口，其中对于数据库访问类必须公开的每个方法都要声明一个方法。

对于每一个要支持的数据库，都创建一个实现数据库特定代码的具体类，以执行接口也称“协定”中的每一项操作。

为了支持运行时确定加载哪一个具体类，需要创建第三个类，也就是工厂类，它从配置文件中读入一个值以确定应该使用反射加载哪一个程序集。

通过.NET的反射命名空间，可以加载某个特定程序集并用该程序集创建某个对象的实例。

为了使应用程序更安全，为版本控制提供更好的支持，我们可以在应用程序配置文件（也就是这里的web.config.）中添加要加载的程序集文件的“证据”，这意味着.NET框架将只加载我们在编译期间签过名而且有正确版本号的程序集。

图10说明了业务逻辑类、工厂类和数据库访问类是如何相互操作的。

这一创建的解决方案最重要的优势是数据库访问类可以在业务逻辑类之后编译，只要数据访问类实现了IDAL接口。

这意味着，如果要创建应用程序的DB2版本，我们不需要改动业务逻辑层（或者UI层）。

创建DB2兼容版本的步骤如下：

1.创建DB2的数据库访问类，它应该实现IDAL接口。

2.将DB2访问类编译成一个程序集。

3.测试和部署新的数据程序集到一台运行中的服务器上。

4.更改配置文件，指向新的数据库访问类。

无需更改或重新编译业务逻辑组件。

图10..NETPetShop中DAL工厂类的实现

存储过程

通常我们都建议客户使用存储过程来访问数据库中的表。

原因如下：

•

存储过程提供了封装查询的一种简洁机制。

•

修改查询可以在不改变数据访问代码的情况下进行。

•

DBA可以很容易地看到正在执行什么SQL语句。

•

存储过程一般更安全，对数据库访问的控制也更容易。

•

使用存储过程，可通过在存储过程中发送多个请求，避免与客户端的多次往返行程。

•

存储过程与中间层生成的SQL相比，通常能提供最佳性能。

•

存储过程提供了极好的封装XML查询和XML输入参数的方式。

存储过程的缺点在于，它们往往是专有的，不能跨平台移植。

然而，要想最大程度地利用在数据库软件和硬件上已经花费的投资，开发人员往往对应用程序中使用的SQL针对具体数据库引擎进行优化，无论SQL是在存储过程中还是在中间层生成的。

这一点有一个很好的例子，就是唯一编号或者标识编号的生成，因为所有数据库执行此操作时都支持自己的特殊机制，所以用来生成唯一编号的SQL就往往是特定于所用数据库的。

一般总是有替代方案的，但是它们的执行速度都比不上专有解决方案。

对于.NETPetShop，我们有意识地没有在应用程序使用存储过程，因为这在Middleware基准测试中会被看作是.NET解决方案一种不太公平的优势。

实际上，这方面的性能差异很小，因为应用程序相对比较简单，大多数SQL语句的执行计划都缓存在数据库中了。

但是，Middleware基准测试规范不允许使用存储过程，哪怕只是包装简单的SQL语句，因此.NETPetShop3.0没有使用存储过程。

缓存

最有效的提高数据库驱动的应用程序性能的方式，是避免对每次请求都访问数据库。

ASP.NET提供了各种缓存机制以提高大多数应用程序中的性能。

ASP.NET中使用缓存的两种主要方式是输出缓存和数据缓存。

.NET缓存选项

页面级输出缓存接收来自ASP.NETWeb页的响应，并将整个页面存入缓存中。

页面缓存被设计成工作在Web层和中间层之间，缓存中间层方法的结果/数据，或在两层应用程序中缓存数据库调用结果。

第一版的.NETPetShop同时提供了一个页面级输出缓存版本和一个非缓存版本。

第三版只支持数据缓存，但是可以很容易地改为支持输出缓存。

对于WindowsServer2003和IIS6.0，有些输出缓存的页面（那些VaryByParm="none"而且有Cache'Anywhere'指令的