（控制理论与控制工程专业论文）基于三层结构的综合信息管理系统设计及其应用研究.pdf

摘要 随着科学技术的发展和管理水平的提高，信息系统正向着高层次和普及性两个方向 发展。开发基于i n t e m e t i n t r a n e t 的大型企业级应用将是综合信息管理系统未来的发展方 向。目前广泛应用的基于客户机服务器的两层体系结构已经不能满足开发和配置大规 模、复杂的企业级应用的需要。三层结构体系是在分布式技术的基础上，把信息系统按 功能划分为表示、功能及数据三部分。实现了对用户界面、业务逻辑及数据服务的逻辑 分离和独立封装，从而具有显着的优点：易维护、扩展性强、可重用、降低网络负荷、 安全性高。因此在综合信息管理系统的开发中，三层结构体系将逐步取代两层结构体系。 本文以某供电公司计划处供电管理综合统计信息系统的开发为背景进行了应用研 究。供电管理综合统计工作不仅具有报表多、信息量大、客户端分散、数据来源多样化 的特点，还有统计项目和统计算法多变性的要求。针对这些问题，本文采用基于s y b a s e e a s e r v e r 的三层结构体系对供电管理综合统计信息系统进行了设计，将大量的数据处 理工作封装成组件运行在中间层组件事务服务器上，充分利用了服务器的硬件资源与软 件环境。一方面改善了系统的性能，另一方面有利于系统的维护与扩展。 对于系统的核心组成部分：表单管理、动态报表、综合查询分析子系统，本文给出 了系统的具体解决方案。利用可视化建模工具r a t i o n a lr o s e 详细描述了功能的实现流 程、三层之间的消息传递；采用面相对象分析设计的方法，将业务逻辑进行封装后设计 成功能组件：将辨识和精炼出来的系统可重用对象设计为通用组件。 本文提出的基于三层结构的综合信息管理系统解决方案虽然增加了开发难度，但是 在系统的性能、易维护与扩展性上表现出了显著的优势，也为复杂综合信息管理系统的 快速开发提供了范例。 关键词：三层结构；综合统计；e a s e r v e r ：动态报表 a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y a n dt h e p r o g r e s s i n m a n a g e m e n t m e t h o d s ，i n t e g r a t e di n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do ni n t e r n e t i n t r a n e ti sr e q u i r e d f o r e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o n i nt h e l o n g t e r m n l ec l i e n t s e r v e r a r c h i t e c t u r e w i d e l y u s e d n o w a d a y s ，i sn o te f f i c i e n te n o u g ht om e e tt h er e q u i r e m e n to fe n t e r p r i s ea p p l i c a t i o n i nt h e t h r e e l a y e ra r c h i t e c t u r em o d e li n f o r m a t i o ns y s t e mi sd i v i d e di n t o ：e x p r e s s i o nl a y e r , b u s i n e s s l o g i cl a y e r , d b m sl a y e r t h e r e f o r e ，t h r e e - l a y e r a r c h i t e c t u r ei s o b v i o u s l ys u p e r i o r t o t w o l a y e r a r c h i t e c t u r ei n m a i n t a i n i n g ，e x p a n s i b i l i t y , r e u s a g e ，s e c u r i t ye t c s ot h r e e l a y e r a r c h i t e c t u r ew i l lg r a d u a l l yt a k e p l a c eo f t w o - l a y e r a r c h i t e c t u r e t h e d e v e l o p m e n t o f i n t e g r a t e ds t a t i s t i c si n f o r m a t i o ns y s t e mf o rp o w e rs u p p l yc o m p a n y i sp r e s e n t e di nt h i sp 印e r n l ei n t e g r a t e ds t a t i s t i c sb u s i n e s si sc h a r a c t e r i z e db yag r e a tm a n y o fd i s t r i b u t e di n f o r m a t i o ns o u r c e sa n dv a i l a b l es t a t i s t i cr u l e sa n di t e m sf o rd i f f e r e n ts t a t i s t i c p u r p o s e s t os o l v et h e s ep r o b l e m s ，t h es y s t e ma d o p t e dt h et h r e e l a y e ra r c h i t e c t u r eb a s e do n s y b a s ee a s e r v e r t h eb u s i n e s sl o g i ci se n c a p s u l a t e da sc o m p o n e n t st h a ta l ee x e c u t e di nt h e c o m p o n e n tt r a n s a c t i o ns e r v e r b yt h i sm e a n s ，t h ep e r f o r m a n c ei sg r e a t l yi m p r o v e da n dt h e s y s t e mb e c o m e sm u c h e a s i e rf o r m a i n t a i n i n g a n d e x p e n d i n g ad e t a i l e ds c h e m ei sa l s op r e s e n t e di nt h i sp a p e rf o rr e a l i z i n gt h ek e yf u n c t i o n so ft h e s y s t e m ，s h e e tm a n a g i n g ，d ”a m i cr e p o r t i n g ，i n t e g r a t e dq u e r ya n dd a t aa n a l y s i s n ed e t a i l so f t h eb u s i n e s sf l o wa n dt h em e s s a g e se x c h a n g e db e t w e e ne a c ht w ol a y e r so ft h et h r e e 1 a y e r a r c h i t e c t u r ea r ed e s c r i b e di nt h e s e q u e n c ed i a g r a mb yu s i n gr a t i o n a lr o s e m o r e o v e r ， o b j e c t - o r i e n t e da n a l y s i sa n dd e s i g ni su s e dt oc l a s s i f yt h ec o n t r o lc o m p o n e n t sa n dt h ep u b l i c c o m p o n e n t s a l t h o u g hi t i sm u c hh a r d e rt o d e v e l o pt h ei n t e g r a t e di n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m b a s e do n t h r e e - l a y e r a r c h i t e c t u r et h a nt h a to n t w o 1 a y e r a r c h i t e c t u r e t h ee n h a n c e d p e r f o r m a n c e ，m a i n t e n a n c ea n de x p a n s i b i l i t yo ft h es y s t e mc a l lo b t a i n e di nc o m p a r i s o nw i t h t h et w o l a y e ra r c h i t e c t u r e t h e r e f o r et h ec o n t r i b u t i o n g i v e n i nt h i s p a p e r i sv a l u a b l ef o r r a p i d d e v e l o p m e n to f i n t e g r a t e di n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m k e y w o r d s ：t h r e e la y e r ：in t e g r a t e ds t a r i c ：e a s e r v e r ：i ) y n a m icr e p o r t 基于三层结构的综台管理信息系统设计及其应用研究 0 前言 随着计算机及通讯技术的迅猛发展，信息的应用成为现代化管理和决策不可缺少的 手段，产生了巨大的社会效益和经济效益。强化信息管理楚所有企业发展采取韵最根本 措施之一。当前，在信息系统的建设中，客户机服务器技术被广泛采用。但是，随着用 户需求的不断深入和现代化管理水平的不断提高，这种两层结构体系已经不能满足开发 和配置大规模、复杂的企业级应用的需要。不足之处表现为：缺乏集中的控制、安全性 较差、客户端负荷大、客户端与后台数据库数据交换频繁，大量用户访问时，易造成网 络瓶颈。 。 三层结构体系是在分布式技术的基础上，把信息系统按功能划分为表示、功能及数 据三部分。实现了对用户界面、业务逻辑及数据服务的逻辑分离和独立封装，从而具有 显着的优点：易维护、扩展性强、可重用、降低网络负荷、安全性高。因此，研究三层 结构的设计与实现，在开发和配置复杂的大规模企业应用中，用三层结构逐渐取代了两 层结构是十分有意义的。 本文以某供电公司供电管理综合统计信息系统的开发为背景进行了三层结构的应用 研究。针对应用背景的特点，对系统进行逻辑划分，设计了基于s y b a s ee a s e r v e r 的三 层结构体系。采用面向对象分析设计的方法，将大量的数据处理工作封装成组件运行在 中间层组件事务服务器上，充分利用了服务器的硬件资源与软件环境，一方面改善了系 统的性能，另一方面有利于系统的维护与扩展。对于系统的核心组成部分：表单管理、 动态报表、综合查询分析子系统，本文利用可视化建模工具r a t i o n a lr o s e 详细描述了功 能的实现流程、三层之间的消息传递，给出了具体的实现方案。 与两层结构相比基于三层结构的系统开发更加复杂，但是通过利用高性能的组件事 务服务器以及与之密切结合的前端开发工具，一定程度上降低了系统开发的难度。同时， 在系统的性能、易维护与扩展性上，三层结构应用系统表现出了显著的优势，在实际应 用中已经取得了很好的效果。 基于三层结构的综合管理信息系统设计及其应用研究 1 绪论 1 1 综合信息管理系统的功能和特点 随着信息时代的到来，信息的作用正变得越来越重要，信息已成为决定经济增长的 战略资源，信息技术将是推动经济发展、社会进步的核心技术。企业必将不可抗拒地加 速进入信息网络时代，利用先进的信息技术建立企业综合信息管理系统是企业获得竞争 优势的必要手段。 综合信息管理系统是一个能收集、存储、读取和处理数据的系统，它给组织中不同 层次的管理者提供适当和及时的信息，以帮助他们进行相关计划、组织、控制、决策等 管理活动【l 】。把企业物流的管理提高到对企业信息流的管理来控制企业的运作，把数据 转化为有效信息、促进信息共享是综合信息管理系统的重要功能。 综合信息管理系统具有以下特点【2 】： 1 ) 信息来源广泛，数据源分散。 2 ) 信息量大、信息处理复杂、事务密集。 3 ) 分布式、规模可变的应用系统。 4 ) 基于i n t e r n e t i n t r a n c t 的大型企业级应用。 1 2 综合信息管理系统结构的现状与发展方向 1 2 1 综合信息管理系统的发展方向 随着科学技术的发展和管理水平的提高，信息系统在应用上概括起来说是向着高层 次和普及性两个方向发展。 从信息系统应用的高层次上来讲，一个信息系统的功能已经不再局限于对某个表的 简单查询，以大型计算机为中央处理机的分布式信息系统将是信息系统的一个重要发展 方向。利用微型计算机和大型主机联网，可以为管理者提供更加广泛的信息和决策支持。 另外，各种类型的专家系统、人工智能系统、决策支持系统也将得到进一步的研究和发 展，并逐渐走进应用领域。 从普及性方面来说，随着信息全球化，区域的界限已经被打破，人们已经越来越不 满足于只在一个小的区域内共享信息，尤其是近年来电子商务在i n t e m e t 上的兴起，已 成为一种强大的驱动力，迫使管理信息系统从局域网向广域网延伸。 因此，开发基于i n t e m e t i n t r a n e t 的大型企业级应用将是综合信息管理系统未来的发 展方向。 1 2 2 企业级应用体系结构 企业级应用体系结构是指用于大型企业及商业组织的应用软件的分布式实现的体系 结构【2 ，3 1 。它的核心是一个分布式、规模可变的应用系统。首先，作为大型企业及商业组 织在地理位置上通常是分布式的。这种分布形式，小可以是在企业内部部门之间的近距 基于三层结构的综合管理信息系统设计及其应用研究 离分布，大可以是跨国分支机构在全球范围内的远距离分布；其次是业务的分布：大型 企业及商业组织的业务繁多，虽然有些业务需要集中处理，但多数业务都是相对独立的， 业务部门和分支机构的分布也是造成业务分布的主要原因最后要指出的是，规模可变 的应用程序必须是分布的，成为对象的软件组件必须能够在网络上任何鲍方豹任何计算 机上工作，数据必须可分布到多个物理数据库服务器上，而且处理也必须分布到应用程 序的各层上。 在网络上，分布式系统对于用户来说应该是透明的，即使是在不同的地理位置，企 业内部的各业务部门和分支机构也应该能无障碍地实行分工协作，共同完成目标任务。 一个好的企业级应用体系结构，通常来自于优秀的解决方案，企业级应用体系结构 通常划分为三层：表现层、业务层和数据层，三层结构的开发思想是企业级应用体系结 构的基础。同时，自应用程序设计的开始就要考虑其体系结构的合理性、灵活性、健壮 性，从而既可满足企业级应用的复杂要求，也能为今后系统的调整和升级留有余地。这 样处理实际上是延长整个应用的生命周期，增强了用户在多交的商业社会中的适应性， 减少了系统维护的开销和难度，从而给用户带来最大的利益。 1 3 本文的主要工作 本文详细介绍了三层结构的组成、优势、实现方式。将面向对象分析与设计、可视 化建模的方法应用于三层结构综合信息管理系统的设计 在此基础上，以某供电公司计划处供电管理综合统计信息系统的开发为背景，将先 进的结构体系和设计方法应用于实际的开发工作中。具体工作如下： 根据其具体的网络环境、客户端分布情况、功能要求，对系统进行逻辑划分、设计 了基于s y b 嬲ee a s e r v e r 的三层结构体系。 一表单管理、动态报表、综合查询分析是整个系统的核心功能。表单管理包含了数据 收集、整理的整个过程：动态报表从编码维护、报表显示格式动态设计、报表系统动态 扩展、计算公式定义四方面为用户提供了完善的报表动态设计与管理功能；综合查询分 析是对数据库数据的表现与应用，系统提供了灵活的客户端查询方式、自定义校验与报 警功能对数据进行查询分析。本文利用可视化建模工具r a t i o n a lr o s e 详细描述了这三个 部分功能的实现流程、三层之间的消息传递。利用面向对象分析设计的方法，对业务逻 辑进行封装，设计为功能组件；辨识并精炼出系统可重用的对象，设计为通用组件。通 过面向对象分析设计，使中间层的组件设计更加合理，更易于实现，提高了组件开发和 执行的效率。 在系统设计的基础上，本文介绍了中间层组件事务服务器的配置与管理，以及利用 p o w e r b u i l d e r 8 0 进行客户端应用程序和中间层组件开发的具体方法。 基于三层结构的综合管理信息系统设计及其应用研究 2 基于分布式组件模型的三层结构 2 1 传统的客户机服务器模式 当前，在信息系统的建设中，客户机，服务器技术被广泛采用。客户机朋艮务器结构 体系是在网络基础上，以数据库管理系统为后援，以微机为工作站的一种体系结构。在 传统的客户机绡匣务器计算模式下，应用程序表现为两层结构，即：服务器层和客户机层。 前者负责数据库管理，如数据存储、检索等，后者负责控制用户界面。如果把商业逻辑 放在客户端，称为“胖客户”方式。放在服务器端则称为“胖服务器”方式。 这种结构对于规模较小，复杂程度较低的系统比较合适，但在开发和配置复杂的更 大规模的企业应用中逐渐显示出不足，表现为【4 】： 1 ) 缺乏集中的控制，不能将应用中包含企业逻辑的组件安装在某一集中的位置，而必 须装到每一台客户机上，使得对系统的维护、特别是对易变动的企业逻辑的维护非 常困难。 2 ) 安全性较差，在两层结构中，由于大部分企业逻辑是放在每一台客户机上，要保证 其中涉及企业核心机密部分( 重要的计算规则、条件等) 不被泄露就比较困难。同 时，在这种结构中，客户机能够直接对服务器上的敏感数据进行存取，也容易产生 安全漏洞。 3 ) 客户端负荷大。复杂的业务逻辑集中在客户端，往往使客户端不堪重负，增加了对 客户机硬件环境的要求，不利于系统的推广。 4 ) 客户端与后台数据库数据交换频繁，大量用户访问时，易造成网络瓶颈。 2 2 基于分布式组件模型的三层结构 2 2 1 三层结构的定义 所谓三层结构是在分布式技术不断发展、成熟的基础上建立起来的。它的基本思想 是在分布式技术的基础上，将用户界面同应用的企业逻辑分离，把信息系统按功能划分 为表示、功能业务及数据三大块，分别放置在相同或不同的硬件平台上断，7 ，踟。 图2 1 三层结构模型 f i g 2 1t h r e e l a y e ra r c l f i t e c t u r em o d e l 基于三层结构的综台管理信息系统设计及其应用研究 一、表现层( 客户端) 表现层是信息系统的用户接口部分，负责： 处理对用户信息表示，并提供一种机制允许用户与系统交互，例如提供某些窗口让 用户能输入客户信息，看到按钮、列表框和消息等； 处理用户界面事件，这些事件将触发业务逻辑层中的处理流程； 处理其他与外部系统之间的数据进出接口，例如数据读入和产生规定的数据输出。 二、业务层( 中间层) 也叫事务逻辑层或中间层，是应用程序的核心，是上下两层的纽带。它负责在分布 式系统中处理数据。这一层主要用于大批量处理、事务支持、大型配置、信息传送和网 络通信，包括事务处理规则和业务流程约束数据的处理。在分布式系统中，可以把复杂 业务关系细分为多项功能单一的服务，每项服务都执行一项特殊任务。这些服务可以用 相对独立的服务组件来实现其功能。通过分布这些组件，可以平衡数据处理负载、协调 业务逻辑关系、调整业务规模和业务规则。 对于一个企业应用来说，业务层是至关重要的，大量的企业事务处理都是在这一层 完成的。所以这一层的应用都是由大型主机或者分布式平台来承担。而在系统设计中， 业务层也是最重要的一块，必须充分考虑到系统的可扩展性、稳定性。企业应用的目的 就是为了提高企业的信息化水平，加快企业的发展。面企业的事务都是千变万化的，信 息都是千变万化的。如果应用系统不能够做到随着企业的变化而变化，那么这样的应用 系统必然是无用的。 三、数据层 数据层实际上就是资源管理层。与业务层相比，没有或较少有数据的处理。而是定 义了大量数据的管理任务。数据和资源会变得越来越多，因此，这项任务也变得越来越 困难。 通常数据层使用大型的) b m s 来管理。r d b m s 处理数据除了完成数据库本身的 插入新数据、修改数据、执行系统函数等s q l 操作外，还可以通过存储过程和触发器 来自动地在数据库上存储应用程序的商务逻辑和函数模块，这样在数据层上就可以对数 据做出相关的功能强大的处理，而不是仅仅把请求结果返回给客户机。不过在数据层是 否应该有太多的数据处理，一直存在着分歧。主要有以下两种对立的观点： 第一种观点认为，在数据层用r d b m s 处理数据的功能越多越好。他们相信存储过 程和触发器应能在数据库的插入与更新中提供一切，以保持数据的时效性。反对者的观 点是，这种解决方案等于把所有的应用程序的业务逻辑放进数据库，会使数据库本身的 速度减慢，另一个主要闯题是，当所有的应用程序逻辑都存储在数据库本身时，很难把 数据库从一个平台移植到另一个。许多人正在从这种解决方案转向下一种。 第二种观点认为，所有由实际应用程序来处理的功能都应放在数据层之外，并在业 务层或表现层进行处理。认为应该放入数据层的东西仅仅是数据本身以及它们的更新、 插入和删除等基本操作。任何业务逻辑，比如数据有效性的校验，都应放在业务层或放 在实际应用程序的表现层。赞成这种解决方案的是那些对速度要求高，而且其数据库仅 基于三层结构的综台管理信息系统设计及其应用研究 仅是为了存储数据的人。反对者的观点是，如果所有的业务逻辑都存储在前端的应用程 序中，任何业务逻辑的变化都将导致程序的重写、重编译以及重新分发。在三层结构体 系中通过使用包含所有业务逻辑的业务层应用程序来解决这个问题。 2 。2 2c o r b a ：三层结构的层间通信 因为客户机服务器应用程序跨越了多台计算机，所以需要一种像t c p i p 或者i p x 这样的网络基础设施来连接应用程序的各节点。 在两层结构中，对网络协议进行抽象是相当容易的事。关系数据库开发商提供一些 专用库和驱动程序来访问数据库，由这些专有程序对不同的网络协议进行抽象。在客户 端应用程序中无需考虑数据库的实际位置。客户层应用程序可以链接适当的库，从而与 数据层进行通信。 三层结构需要更复杂的基础设施以实现跨网络的通信。客户应用程序与中间层服务 之间的通信不能像两层结构那样以一种通用的结构化的方式实现。相反，客户应用程序 需要一种通信模型，来协调实现客户应用程序的不同开发平台。当这种模型实现后，就 出现了为这样的客户应用提供中间件基础的标准【9 】。 为了满足不同客户实现的需要，中间件技术就像编程语言所经历的发展过程一样， 在过去的十年中也得到了极大的发展。第一个获得广泛认可的中间件技术是远程过程调 用( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ，r p c ) 。使用远程过程调用，客户应用程序可以调用在远程 计算机上执行的c 语言函数。对于远程过程调用体系结构来说，o m c r p c ( o p e n n e t w o r k c o m p u t i n gr p c ) 和d c e ( o p e ng r o u p sd i s t r i b u t e dc o m p u t i n ge n v i r o n m e m ) 是主流标 准。 随着面向对象编程语言逐渐流行，分布式中间件正向着面向对象的方向演化。对象 管理组织( o b j e c t m a r 扭g e m e n t g r o u p ，o m g ) 是一个由许多计算机软件和硬件开发商组 成的组织，它提出了公共对象请求代理体系结构( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ，c o r b a ) 9 , 1 0 , 1 1 , 1 2 ) 该规范描述了跨语言、进程和机器边界的分布式对象 体系结构。c o r b a 的目标是解决机器间通信的问题，因此它是一种远程体系结构。 c o r b a 规范概括了在相同或不同机器上的进程间进行通信的基础设施。方法以透明的 方式调用c o r b a 对象。c o r b a 提供了跨语言、跨平台、甚至跨开发商的互操作性。 在c o r b a 结构中，有几项重要的部分： o r b ：o r b 是o b j e c t r e q u e s t b r o k e r ，它是c o r b a 结构中的核心。o r b 主要的功能 是负责识别以及找寻应用程序对象、资料加密以及解密、传送前端的请求给服务器 并将结果返回，也就是提供应用程序对象之间沟通的重要媒介，并且隐藏所有底层 传送信息所需的细节。 i d l ：一个c o r b a 对象可以被不同种类的前端应用程序所调用，为了达到这个目的， 每一个c o r b a 对象都包含两个部分：个是真正操作的部分，另一个是包含对象 功能定义的接口( i n t e r f a c e ) 。所有的前端程序对c o 融j a 对象的认知都是通过这个 接口，这样做的好处是，真正编写c o r b a 对象的语言与前端程序分开，面c o 魁地 对象也不会知道前端程序所使用的语言，因此可以完全达到不同语言之间的沟通。 一个c o r b a 对象的接口会包含此对象中所有函数的名称、参数以及返回值，而此 6 基于三层结构豹练台管理信息系统设计及其应用研究 接口不能与任何一种语言有关，必须保持它的独立性，因此o m g 制定了一种接口定 义语言，我们称之为i d l ( i n t e r f a c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 。 s t u b ：所有的前端程序都是通过i d l 来了解c o r b a 对象韵内容，但i d l 并没宥包含 对象功能实际操作的部分。因此，前端程序必须使用它所使用的语言来调用在i d l 中所描述的功能，这部分我们称之为s t u b 。s t u b 可以想象成c o r b a 对象在前端程序 环境中的“分身”，通常它是通过i d l 编译器产生，然后与前端程序编译及链接在 起，成为前端程序的一部分。s t u b 最主要的工作是负责处理与o r b 之间的通信， 以及将函数调用中所传输的资料做加密解密。 s k e l e t o n ：与s t u b 意义相同，s k e l e t o n 是作为c o r b a 对象在服务器端的“分身”，通 常它也是通过i d l 编译器产生，然后与组件程序编译及链接在一起，成为组件程序 的一部分。s k e l e t o n 最主要的工作是负责处理与o r b 之间的通信，以及将函数调用 中所传输的资料做加密解密。 i i o p ：前端应用程序与c o r b a 服务器之间传送信息，o m g 同时也制定了一套传输 协议标准，定义其中的通用的表示方式以及信息格式我们称之为g i o p ( g e n e r a l i n t e r 一0 r bp r o t o c 0 1 ) 。i i o p ( i n t e m e t i n t e r - o r bp r o t o c 0 1 ) 是g 1 0 p 规范中的一种方 式，它是运行在t c p i p 网络协议之上的通信协议。 2 3 三层结构的优势 三层结构( 也称多层结构) 实现了对用户界面、商业逻辑规则及数据服务的逻辑分 离和独立封装，从而具有显着的优点：易维护、扩展性强、可重用性强、降低网络负荷、 安全性高。 易维护：在一个组件中实现一个服务使得业务需求改变时的维护得到了简化。我们 可以将代码的改变限制在一个单独的组件内。这样只要某个服务的最初接1 2 不改变，就 可以添加新功能或改变现在功能的实现而不打乱其它组件。 可重用性强：基于服务的概念而开发出的组件可以提高组件的可重用性，特别是在 业务服务处理层，这种优势显而易见。将公共业务逻辑作为企业对象从用户界面和数据 层中分离出来，使服务组件更具有一般性并且更适合于重用是企业级应用体系结构思想 的精华所在。大量的研究表明当应用程序的大小增加时，程序的复杂性会呈指数形式增 长。通过细化企业对象，减小每个组件的复杂性，那么就能获得更有效的质量保证。组 件重用也减小了项目风险。 扩展性强：分布式结构的优越性还体现在应用程序规模可变上，即在硬件上可以将 组件和服务进行分布，以平衡网络及服务器的负载。在软件上可以适应企业业务需求的 变化及增长，通过修改和增加相关层的业务组件和服务来适应变化，而不必更新整个应 用程序。 降低网络负荷：在三层体系里，在每个事务里，客户端应用只发一个请求，主要处 理工作集中到中间事务层，在数据发送到局域网之前先经过事务层过滤，从而降低了网 络的通信量。 基于三层结构的综合管理信息系统设计及其应用研究 安全性高：三层结构中，客户端必须通过中间层组件对数据库访问，企业的重要业 务逻辑与数据处理规则运行在中间层服务器上，这样只要在事务层提供相应的加密技术 和安全控制就能很好地解决系统的安全性问题。 2 4 三层结构的两种基本形式 三层结构体系在具体形式上有两种：基于w e b 模式的三层结构和传统模式的三层结 构 9 1 。 2 4 1 基于w e b 模式的三层结构 基于w e b 模式的三层结构将w e b 服务器和数据库服务器结合起来，利用数据库服 务器对分布在w e b 服务器上的各种信息进行动态管理。这种方式应该是大家最为熟悉 的方式了，又被称之为b s 结构。它由三部分组成：浏览器、w e b 服务器和数据库服务 器。浏览器负责接收用户的请求并传递给w 曲服务器。w e b 服务器根据h t t p 协议接 收并处理浏览器的各种请求。w 曲服务器上载有可供下载的h t m l 页面及j a v aa d p l e t 脚本。为了提供与数据库服务器的接口，w 曲服务器上一般还包括数据库连接程序( 中 间件) ，实际应用中中间件主要有四种：共享网关接口c g i 、服务器a p ! ( 包括i s a p i 和n s a p i ) 、a s p 和j d b c 。c g i 程序和a p i 程序通过o d b c 方式与数据库服务器相连， 而a s p 中与数据库打交道的a d o 提供了与任何o d b c 兼容数据库或与o l e d b 兼容的 数据源，j d b c 则是j a v a 的数据库a p i 。数据库服务器存储各种数据信息。 b s 方式的好处是显而易见的，在c s 方式中存在的客户端维护量大的情况对b s 方式不成为问题。并且随着浏览器的发展，以前存在的为不同浏览器编写不同的脚本的 情况也不复存在。 可是这种方式在目前仍有不足之处，浏览器上处理客户交互用的只是h t m l 脚本， 没有办法做到客户端应用程序那样友善的人机交互界面。值得一提的是这项技术还在不 断的发展，包括现在各大厂商都开始支持x m l 语言，可以想象到，未来的应用将会是 以b s 方式为主流。 2 4 2 传统模式的三层结构 传统模式三层结构与w e b 模式不同的是：客户端不是浏览器，而是采用传统方式以 特定语言开发的客户程序。应用服务器载有各种分布式应用对象，提供企业规则和核心 算法的实际实现。客户与应用服务器之间通过选定的分布式规范进行服务请求和处理。 当前最常用的分布式规范有三种 1 0 】：m i c m s o i t 公司的c o m 、d c o m 、s u n 公司的j a v a b e a n s 和o m g 制定的c o r b a 。这些规范各有特点，c o m 、d c o m 主要应用于w i n d o w s 平台，优势表现在市场能力和良好的开发工具；c o r b a 具有良好的语言、平台无关性， 对分布式系统提供了良好的支持；j a v ab e a n s 则基于j a v a 。具体应用时可以根据实际需 要，选择其中的一种来实现客户端和应用服务器的开发。 基于w e b 模式的三层结构的弱项正好就是传统模式的三层结构的强项。由于要处理 的任务复杂，这些应用程序需要操作系统提供的功能。由于操作系统的强有力的支持， 基于三层结构的综合管理信息系统设计及其应用研究 所以客户端应用程序的功能和表现力一般都比较强大。 例如有一个数据存储应用程序，通过检索数据仓库，一般会生成复杂的数据视图： 这些视图数据可以图形化并生成报表以供决策。因为图形化及生成报表的处理十分复 杂，浏览器不易实现，而利用操作系统的图形和打印支持功能则可以顺利实现。但是又 必须连接到网络上，因为无法把数据仓库全部卸载到客户机上再进行处理。通过网络请 求到的数据仅仅是在数据仓库服务器上已经处理好的一个结果集，而客户机不需要处理 能力非常强大。唯一的限制是客户端应用程序，即可执行文件必须运行在同一个操作系 统平台上。传统模式三层结构解决方案在局域网中比较常用，是可靠性好的解决方案。 事实上，两种方式各具特色，很难评价孰忧孰劣。一般在应用时根据具体的需求， 再决定采用何种方式。 基于三层结构的综合管理信息系统设计及其应用研究 3 三层结构综合信息管理系统的设计 3 1 面向对象分析与设计 三层结构系统的开发对系统设计提出了新的要求： 开发者必须采用新的思维方式划分和实现应用系统； 可重用的对象必须能被辨识和精炼； 必须决定如何把对象分配给组件和组件在网络上如何分布 应用程序必须不断地跟上业务需求的变化； 开发团体必须紧密配合开发应用程序； 基于组件的开发方式正在改变着应用项目的特性。 随着应用系统的开发变得越来越复杂，即便是小的应用系统也包括多个分系统和多 种组件，如何处理好复杂性的问题是关系到是否能够正确建立系统的关键。 面向对象机制是另一种观察应用程序的方法【1 3 , t 4 , 1 5 , 1 6 , 1 7 】。利用面向对象方法，把应用 程序分成许多小块( 或对象) ，这些对象是相对独立的。然后可以组合这些对象，建立 应用程序。面向对象机制的一个主要好处是可以一次性地建立组件，然后反复地使用。 以数据为中心的模型适合数据库设计和捕获信息，但用来设计商用应用程序就有问 题。一个主要问题是系统要求随着时间不断变化。以数据为中心的系统可以方便地处理 数据库变化，但很难实现商业规则变化和系统功能变化。面向对象机制的开发正是要解 决这个问题。利用面向对象机制，我们同时关注信息与功能。因此，我们可开发密切关 注和适应信息与功能变化的系统。 对象分为三种类型，分别q 实体对象( e n t i t yo b j e c t ) 、控制对象( c o n t r o l0 b j e c t ) 、 接口对象( i n t e r f a c e o b j e c t ) 。在三层结构的信息系统中，接口对象负责用户接口、控制 对象负责处理逻辑、实体对象联系数据存储。 采用面向对象分析设计的方法，使中间层的组件设计更加合理，更易于实现，提高 了组件开发和执行的效率。 3 2 基于统一建模语言u m l 的系统可视化建模 3 2 1u m l 与可视化建模 u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ，统一建模语言) 是一种直观化、明确化、用于 构建和文档化软件系统的通用可视化建模语言【1 阱。它捕捉了用来理解、设计、浏览、配 置、维护以及控制被构建系统的有关信息，是详细描述系统结构的方法。 u m l 由不同的框图构成，包括：u s ec a s e 框图、s e q u e n c e 框图、c o l l a b o r a t i o n 框图、 c l a s s 框图、s t a t e t r a n s i t i o n 框图、c o m p o n e n t 框图、d e p l o y m e n t 框图，这些模型框图表 示系统的不同方面【1 9 1 。每个框图都有一定的用途和使用对象。 u s ec a s e 框图显示使用案例( 表示系统功能) 与角色( 表示提供或接受系统信息的 1 0 基于三层结构的综合管理信息系统设计及其应用研究 人或系统) 间的交互。使用案例表示从用户角度对系统的要求，因此表示系统功能。 s e q u e n c e 框图显示了使用案例的过程流程，框图顶部显示了涉及的角色。系统完成 使用案例所需的对象也在框图顶部显示。每个箭头表示角色与对象或对象与对象之间为 完成所需功能而传递的消息。 c o l l a b o r a t i o n 框图显示的信息与s e q u e n c e 框图相同，但c o l l a b o r a t i o n 框图用不同方 式显示这个信息，具有不同作用。s e q u e n c e 框图演示的是对象与角色随时闯变化的交互， 而c o l l a b o r a t i o n 框图则不参照时间而显示对象与角色的交互。另外，直接相互通信的对 象之间画一条直线，没有画线的对象之间不宣接通信。 c l a s s 框图显示系统中类与类之间的交互。类是对象的设计图。类包含信息和处理信 息的功能。c l a s s 框图中的类是对s e q u e n c e 框图或c o l l a b o r a t i o n 框图中每种对象生成的。 c l a s s 框图中每个类用方框表示，分成三部分。第一部分是类名。第二部分是类包含的 属性，属性是与类相关联的信息。第三部分包含类的操作，操作就是类提供的功能。连 接类的直线显示类之间的关系。有些属性和操作的左边有小锁图标。锁头表示专用属性 和操作。专用属性和操作只能在包含该专用属性和操作的类中访问。 利用这些框图可以帮助开发人员进行系统的可视化建模。收集系统要求时，把用户 的业务需求映射到开发小组能够理解的要求。最终利用这些要求产生代码。通过将要求 映射为代码，可以保证代码满足这些要求，代码也能方便她回溯到要求。这个过程称为 建模。软件中的模型可以帮助开发人员规划要建的系统，使开发人员能够跟踪从业务需 求到要求、到模型、到代码的过程及其相反的过程，而不会在这个过程中迷路。这就可 以保证系统设计良好，要求得到满足，系统能在要求发生改变时站得住脚。 可视化建模将模型中的信息用标准的图形元素直观地显示。用户可以通过模型直观 地看到用户与系统问的交互，分析人员可以看到系统对象闯的交互，开发人员可以看到 要开发的对象和每个对象的任务，测试人员可以看到对象见的交互并根据这些交互准备 测试案例。总之，可视化建模提供了向这个方面显示系统计划的强大工具。 除此以外，在三层结构系统的设计中，利用可视化的建模手段有利于开发人员辨识 和精炼可重用的对象，对业务逻辑、数据处理规则进行封装，决定组件在网络上如何分 布。 3 2 2 利用u m l 进行系统可视化建模的过程 首先，是利用u m l 的使用案例图捕获用户需求。由于使用案例框图利用图形表示 法来表达系统的功能，这使分析人员很容易就能与用户进行交流和商讨，从而就需求达 成共识，共同完成一份用户、开发者双方均认可的需求规格说明1 2 叫。 在用户需求得到反复论证后，使用i n t e r a c t i o n 框图描述使用案例的实现流程， i n t e r a c t i o n 框图显示了参与使用案例流程的对象和对象之间发送的消息。i n t e r a c t i o n 框图 包括s e q u e n c e 、c o l l a b o r a t i o n 框图。s e q u e n c e 框图和c o l l a b o r a t i o n 框图是相同信息的不 同表现方式，s e q u e n c e 按时间排序，用于通过情景检查逻辑流程，c o i l a b o r a t i o n 框图用 于了解改变的影响，从c o l l a b o r a t i o n 框图容易看出对象之间的通信。如果要改变对象， 就可以方便地看到受影响的其他对象。生成i n t e r a c t i o n 框图是在向对象指定责任，将消 息加进i n t e r a c t i o n 框图时，是在向接受消息的对象指定责任，一定要向适当对象指定适 基于三层结构的综合管理信息系统设计及其应用研究 当责任。在大多数应用程序中，屏幕和窗体不应进行业务处理，他们只能让用户输入和 浏览信息。通过分开前端与业务逻辑，生成的结构可以减少改变对效果的影响。如果业 务逻辑需要改变，不影响界面。如果改变屏幕的格式，也不影响业务逻辑。 通常，每个i n t e r a c t i o n 框图经历两步方法。第一步，大多数技术细节不放进框图中。 这些框图可以让用户验证过程捕获是否正确。一旦验证第一步框图后，就可以建立第二 步框图。第二步框图的图标使用者不是用户，而是项目小组，包括设计人员、开发人员 和分析人员。第二步将许多细节放进i n t e r a c t i o n 框图中。框图中每个对象映射类，框图 中每个消息映射类的操作。 在