Microsoft NLayerApp案例理论与实践 - 多层架构与应用系统设计原则

在对NLayerApp实际项目进行讨论之前，让我们首先学习一下（或者应该说重温一下）分层/多层架构与应用系统设计原则。很多朋友会认为这些都是老掉牙的内容，只要是软件从业人员，都会对这些内容非常熟悉。然而，果真如此吗？我在这里整理这部分内容，一方面是为介绍NLayerApp打下基础，而另一方面，则是希望借此机会将这些理论性的东西做个归纳，也希望读者朋友能够认真阅读，毕竟温故知新嘛。
需要说明的是，从本章节开始，大多数理论性的东西都源自Microsoft Spain团队针对NLayerApp所编写的《Architecture Guide Book》，事实上这本Guideline的英文版至今也还没有完成，我会从中抽出部分章节做些翻译和归纳，有兴趣的朋友请直接上microsoftnalyerapp.codeplex.com站点上下载英文版阅读。
Layers与Tiers
对Layers与Tiers这两个单词进行区分是非常重要的。从中文翻译看，两者都是“层”的意思，因此我们往往会将这两个概念弄混。Layer一词更多的是表示对系统组件或功能的逻辑区分，它并没有包含将组件分布到不同的区域、不同的服务器上的意思。而Tier则是表示系统组件和功能在服务器、网络环境以及远程位置的物理部署。尽管这两个概念同时使用者非常相近的一些术语，比如“展示”、“服务”、“业务”和“数据”等，但我们必须了解它们之间的差别。下面这幅图表明了多层（N-Layer）逻辑架构与三层（3-Tier）物理结构之间的差异：

需要注意的是，对于具有一定复杂度的应用程序而言，采用多层（N-Layer）逻辑架构的实现方式是非常必要的，这会降低系统的复杂度，并在设计、开发、测试、部署及维护等各个环节为应用系统带来高可用性、高延展性等正面效应。然而，并非所有的应用程序必须以三层（3-Tier）/多层（N-Tier）物理结构进行部署，我们可以将多个逻辑层部署在同一台机器上，也可以根据需求，将这些逻辑层部署在网络中的不同机器上。
逻辑分层（Layer）的设计
在讨论DDD的分层之前，先让我们看看传统的分层方式。就像上文所述，我们应该根据项目的实际需求，将组件/功能模块合理地划分到“逻辑层”中。同一层中的组件，应该是高内聚的，并具有相同的抽象层次。层与层之间应该低耦合。对于以分层设计的应用程序而言，最关键的问题就是如何处理层与层之间的依赖关系。考察传统的多层架构应用，处于某层的组件，只能对同层或下层的其它组件进行访问，这样做可以有效地降低层与层之间的依赖关系。通常会有两种分层设计：严格分层与灵活分层

• “严格分层”迫使组件只能访问同层的其它组件，或者只能访问直接下层的其它组件，于是，第N层的组件只能访问第N或N-1层的组件，而第N-1层的组件只能访问第N-1或N-2层的组件，以此类推
  
• “灵活分层”允许组件访问同层的其它组件，以及所有下层的其它组件，于是，第N层的组件可以访问第N或N-1、N-2…层的组件
  

使用“灵活分层”的架构可以提高系统性能，因为这样的结构无需引入过多的请求/反馈的传递操作，因为一个层可以直接访问位于其下的任何层；而“严格分层”却降低了层与层之间的耦合性，对低层的修改不会对整个系统造成广泛的影响。根据Eric Evans在其《领域驱动设计-软件核心复杂性应对之道》一书中的描述，DDD的分层选用的是“灵活分层”模式。
让我们再把讨论的粒度细化，来看看层中的组件与组件之间的关系。事实上，在很多复杂的应用中，位于同一层的组件与组件虽然具有相同的抽象层次，它们也不一定是高内聚的。因此，我们可以引入“模块（Module）”的概念，将同一层中高内聚的组件放在同一个模块中，于是，每个层又会由一个或多个高内聚的子系统（模块）所组成，如下UML组件图所示：

使用分层架构，有如下几点好处：

• 提高系统的可测试性
  
• 对解决方案的维护和管理变得更加简单。层内高内聚、层间低耦合的结构，使得系统实现与分层组织方式变得非常灵活方便
  
• 其它外部应用程序能够非常方便地使用不同的层所提供的特定功能
  
• 当系统以层的方式进行组织时，分布式开发也变得非常简单易行
  
• 在某些情况下，分层系统的物理部署方式能够给系统带来延展性，当然，应该有效地评估具体的实践方式，因为这种做法有可能损伤系统性能
  

应用系统基本设计原则 - SOLID
应用系统的设计应该遵循一些基本的设计原则，这能帮助你有效地创建一个低成本、高可用、高可扩展的应用程序。在这里，我们引入一个SOLID设计原则，SOLID由如下几点构成：

• Single Responsibility Principle（单一职责原则）
  
• Open Close Principle（开-闭原则）
  
• Liskov Substitution Principle（里氏替换原则）
  
• Interface Segregation Principle（接口分离原则）
  
• Dependency Inversion Principle（依赖反转原则）
  

下面简要介绍一下这几个“原则”。

• 单一职责原则：每个类应该只有一个独一无二的职责，或者说每个类只能有一个主要功能，由此派生出一个结论：每个类应该尽可能少地依赖于其它类
  
• 开-闭原则：每个类，应该对“扩展”进行开放，而对“修改”进行封闭，也就是支持扩展，而不是支持修改：类中的方法可以通过继承关系进行扩展，而不会改变类本身的代码
  
• 里氏替换原则：子类可以被基类型（基类或者接口）替换。应用程序依赖抽象运行，其行为不会因为具体实现的改变而更改，应用程序应该依赖于抽象（基类或者接口），而不是具体实现。接下来将要讨论到的“依赖注入（Dependency Injection）”就与这条原则有关
  
• 接口分离原则：接口的职责也应该是单一的，接口中应该包含哪些方法，需要进行严格的评估，如果其中某些方法的职责与接口的本身定义不相符合，则应该将其分离到其它接口中。类需要根据其调用者所需要的不同接口类型，来暴露不同的接口
  
• 依赖反转原则：抽象不能依赖于具体，而具体则应该依赖于抽象。类之间的直接依赖应该用抽象来取代，这样做的一个优点是，我们可以实现自上而下的设计方式：在下层的具体实现还没有确定的情况下，只要能够在抽象层面将接口确定，就能够完成上层的设计与开发，这同样给可测试性带来便捷
  

除了以上所述的SOLID原则之外，还有以下几个关键的设计原则可供参考：

• 组件设计应该是高内聚的：相信大家都很熟悉这点了，就不多说了。例如：不要将数据访问逻辑写进领域模型的业务逻辑中，这与上述“单一职责原则”是密切相关的
  
• 将Cross-Cutting的代码从特定于应用程序的逻辑中分离开来：Cross-Cutting的代码是一些面向横面的代码，比如安全、操作管理、日志以及测量/计量系统等。将这些代码与应用系统业务逻辑混在一起会增加系统的复杂性，给将来的扩展和维护造成很大的麻烦。这与“面向方面编程（Aspect-Oriented Programming，AOP）”有关
  
• 关注点分离（Separation of Concerns，SoC）：将应用系统分成多个子部分（子系统），各个部分之间的功能尽量不要重复，其目的就是为了减少交互点，以实现高内聚和低耦合
  
• Don’t Repeat Yourself（DRY）：一个特定的功能只能在某个特定的组件中实现一次，同样的功能不要在多个组件中重复多次
  
• 避免YAGNI（You Ain’t Gonna Need It）效应：只考虑和设计必须的功能，避免过度设计
  

好了，本讲就介绍到这里，估计对大多数接触过架构的软件朋友来说，本讲的部分内容都是废话。下一讲开始，我会花部分笔墨在DDD/DDDD的分层介绍上，虽然有可能还是废话，但这对我们理解NLayerApp的解决方案组织结构会有相当的帮助。

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