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层次式架构设计

9分钟阅读

第13章 层次式架构设计

核心知识点

1. 层次式架构概述

  • 核心思想：将系统组成层次结构，每层为上层服务，并作为下层客户
  • 连接件：通过决定层间如何交互的协议来定义
  • 拓扑约束：对相邻层间交互的约束
  • 特点：
    • 每层最多只影响相邻两层
    • 允许每层用不同方法实现（只要接口一致）
    • 支持软件复用

2. 常见分层（四层）

表现层（展示层）→ 中间层（业务层）→ 数据访问层（持久层）→ 数据层
  • 表现层：MVC 模式，负责用户交互和数据显示
  • 中间层：业务逻辑处理
  • 访问层：数据持久化操作
  • 数据层：数据库、文件系统等

3. MVC 架构模式

  • Model（模型）：业务数据和业务逻辑，一个模型能为多个视图提供数据
  • View（视图）：用户看到并与之交互的界面，接收用户输入但不做业务处理
  • Controller（控制器）：处理用户交互，解释视图输入，调用模型，选择视图反馈
  • 关键特点：强制分离输入、处理、输出流程
  • MVP 模式：Model-View-Presenter，Presenter 完全接管 View 和 Model 交互
  • MVVM 模式：Model-View-ViewModel，双向数据绑定

4. 两层 C/S 架构

  • 结构：客户端 + 服务器
  • 缺点（已不常用）：
    • 开发成本高、客户端程序设计复杂
    • 用户界面风格不一、软件移植困难
    • 软件维护和升级困难、安全性问题
    • 服务器端压力大、难以复用

5. 三层 C/S 架构

  • 结构：表示层（客户机）+ 功能层（应用服务器）+ 数据层（数据库服务器）
  • 四大优点：
    1. 各层逻辑独立，提高可维护性和可扩展性
    2. 灵活选用平台和硬件，良好可升级性和开放性
    3. 各层可并行开发，选择各自适合的开发语言
    4. 功能层隔离表示层与数据层，安全管理基础扎实
  • 关键：各层之间的通信效率（通信方法、频度、数据量）

6. 三层 B/S 架构

  • 本质：三层 C/S 的变种，客户端变为浏览器，应用服务器变为 Web 服务器
  • 特点：0 客户端架构
  • 缺点：
    • 缺乏对动态页面的支持
    • 安全性难以控制
    • 响应速度远低于 C/S
    • 数据提交以页面为单位，不利于 OLTP 应用

7. 混合架构风格

  • 内外有别模型：企业内部用 C/S，外部人员用 B/S
  • 查改有别模型：查询用 B/S，修改用 C/S
  • 缺点：实现困难，成本高

8. RIA（富互联网应用）

  • 本质：还是 0 客户端，借助于高速网速实现插件本地缓存
  • 优点：结合 C/S 反应快、交互性强 + B/S 传播广、易传播
  • 典型：小程序

9. 污水池反模式（Architecture Sinkhole Anti-pattern）

  • 定义：请求流简单穿过各层，每层基本没做业务逻辑
  • 判断标准：二八原则——如果超过 20% 的请求穿过而不处理，则遇到此反模式
  • 对策：让一些层变成"开放"的

10. 软件架构风格分类（必背）

| 大类 | 风格 | 特征 | |------|------|------| | 数据流风格 | 批处理序列、管道-过滤器 | 数据从一端流向另一端 | | 调用/返回风格 | 主程序/子程序、面向对象、层次结构 | 显式调用关系 | | 独立构件风格 | 进程通信、事件驱动（隐式调用） | 异步/事件触发 | | 虚拟机风格 | 解释器、基于规则的系统 | 自定义规则/仿真执行 | | 仓库风格 | 数据库系统、黑板系统、超文本系统 | 中央数据中心 | | C2 风格 | 通过连接件绑定的并行构件 | 构件/连接件有顶/底 |

11. 各架构风格对比（考试核心）

| 维度 | 管道-过滤器 | 数据仓库 | 解释器 | 事件驱动 | |------|-----------|---------|--------|---------| | 交互方式 | 顺序，前输出→后输入 | 星型，与共享数据交互 | 用户提交规则→引擎执行 | 触发/广播事件 | | 数据结构 | 数据流 | 数据库结构 | 规则/代码 | 事件消息 | | 控制结构 | 数据驱动 | 应用驱动 | 规则驱动 | 事件驱动 | | 性能 | 较好 | 依赖数据库 | 较差 | 较好 | | 扩展 | 增减过滤器 | 增加数据/模型 | 增加规则 | 增加监听器 |

真题考点映射

| 年份 | 考点 | 分值 | |------|------|------| | 2024上 | 质量属性识别（12分）+ 解释器风格（6+7分） | 25 | | 2024下 | 质量属性识别（10分）+ 管道-过滤器 vs 数据仓库对比（7分）+ 架构图（8分） | 25 | | 2025上 | 质量属性识别（12分）+ 解释器风格（6+7分） | 25 | | 2025下 | 质量属性识别（10分）+ 微服务架构（8+7分） | 25 |

易错点/陷阱

  • 管道-过滤器 vs 批处理：批处理前后构件不一定关联，管道-过滤器是增量传递
  • 引入对象管理层降低性能（不是提高），类似增加层次
  • 三层 B/S 不支持动态页面，需要 RIA 弥补
  • C2 风格构件有顶/底，不能直接连接，必须通过连接件
  • IDE 通常采用数据仓库（以数据为中心）架构，中心数据是语法树
  • 闭环控制适合嵌入式系统（连续动作与状态）

案例分析模板

题型一：质量属性识别（每年必考！）

答题方法： 逐条分析需求，识别对应的质量属性：

  • 时间相关（秒/分钟）→ 性能
  • 错误/故障相关 → 可用性
  • 权限/加密/隐私 → 安全性
  • 适配/配置/界面 → 易用性
  • 扩展/模块化/部署 → 可修改性
  • 多语言/文档 → 易用性
  • 日志/定位故障 → 可用性（可维护性）

题型二：架构风格对比

答题框架： 从 4 个维度对比：

  1. 交互方式：构件间如何通信
  2. 数据构造：数据如何组织
  3. 控制构造：执行流程如何控制
  4. 扩展措施：如何扩展新功能

题型三：架构风格选择理由

答题框架：

  1. 系统核心需求是什么
  2. 该风格如何满足核心需求
  3. 该风格的其他优势（复用性、灵活性等）

论文素材

  • 可写主题：分层架构设计与应用、MVC 在项目中的应用
  • 项目场景：电商系统（表现层+业务层+数据层）、管理系统（B/S+C/S混合）
  • 论述要点：分层原则、关注分离、MVP/MVVM 演进、性能优化

关系图谱