论软件架构风格及其应用

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【摘要】

【背景】

质量技术监督在生产领域、市场流通领域等方面都起到至关重要的作用，关乎到企业生产和人民日常生活。某省质量技术监督局在信息化方面起步较早，先后建设了数套专项系统，但缺乏对业务的统一监管，为贯彻落实国家市场监督总局《关于加快推进质量体系监管信息化建设要求》，一体化平台的建设工作受到各级领导的关注。项目建设目标覆盖省、市、县区三级质量监管部门及全省三十多万家企业，为工业生产、 审、送检、勘验、巡检和执法工作提供支持。我所在公司长期从事相关行业的软件开发，对质量监督领域有着丰富经验，因此顺利中标承建了该项目，初期投入15名技术人员和5名测试人员，由我担任架构师职务，负责软件架构设计和中间件选型。

项目启动后通过对业务的梳理，初步将一体化平台划分为四大模块，其中政务服务模块针对的是通过互联 访问系统的企业用户，在功能上主要包括 审、送检、公示和政策法规宣传等功能；而其它三个模块针对的是通过电子政务外 访问系统的监管部门和事业单位用户，其中运行管理模块主要功能包括审批、勘验、颁证、建档；企业监管模块主要功能包括巡检、执法；电子监察模块主要功能包括实时监控、预警纠错和效能评估。

【论点】

在架构设计开始阶段，我意识到选择合适的架构风格对架构设计的重要性，因此在基本需求确定后，首先对常用的经典架构风格进行了分析。

1.数据流风格：数据以流的形式进行处理，构件之间相对独立，包括管道过滤器和批处理程序两种架构风格。其中管道/过滤器架构风格是本次重点考虑的架构风格，它的特点是每个构件都有一组输入和输出，构件读输入的数据流，经过内部处理，产生输出数据流。优点是构件具有良好的隐蔽性、高内聚低耦合、维护简单支持重用；缺点是不适合处理交互的应用、性能下降。

2.独立构件风格：每个构件都是独立的个体，构件之间不能直接通信，有效降低耦合。包括进程通信和事件驱动系统两种架构风格，其中事件驱动系统是本次重点考虑的架构风格，它的特点是构件不直接调用过程，而是触发一个或多个事件后自动调用。优点是支持并发执行和实时/增量响应；缺点是放弃了对系统计算的控制。

3.数据仓储风格，由中央共享数据结构和独立构件构成。包括数据库系统、黑板风格和超文本系统三种架构风格，其中数据库系统是本次重点考虑的架构风格，它的特点由中央数据源来保持当前数据状态，由独立构件对数据进行操作，优点是支持多种数据格式、扩展方便。缺点是测试困难

4.调用返回风格：利用分治法思想，将大问题拆分为小问题解决。包括主程序/子程序、面向对象和层次结构三种架构风格。其中层次结构风格是本次重点考虑的架构风格，它的特点是划分多个层组成一个层次结构，每一层为上层服务，并作为下层客户，优点是支持功能增强和软件重用，缺点是分层困难。

结合一体化平台本身业务特点以及对常用架构风格的分析，我意识到单个架构风格的应用只能解决某一类问题，对于大型复杂业务系统往往需要多种架构风格混合并用，因此在本项目中我选择了层次结构、管道过滤器风格、事件驱动系统和数据库系统四种架构混合使用来满足系统要求。下面说明采用各架构风格的原因和具体应用。

分层架构风格，本项目系统采用J2EE技术开发，其本身就具有N层架构的特点，且业务本身需要覆盖省、市、县区三个级别的监督部门和全省企业，考虑到安装部署和用户使用，分析后决定采用三层B/S架构风格来构建系统，其层次划分为表现层、功能层和数据层。表现层，运行在客户机浏览器上，是应用的用户接口担负着用户与应用间的对话功能。为了保障浏览兼容性，在前端使用了技术成熟的JQuery框架开发页面。功能层，运行在Web服务器上，负责响表示层的用户请求，执行业务逻辑并调用数据层持久化数据。考虑到系统需要长期在高并发、大负载环境下运行，因此在部署策略上使用了Nginx做反响代理集群解决负载均衡问题。数据层，就是数据库管理系统，它运行在数据库服务器上负责管理数据读写和执行事务。在数据层我使用Oracle RAC集群，来保障并发性和稳定性。

管道过滤器架构风格，由于运行管理模块核心功能是审批企业办件，每一个审批活动均有一个开始点和结束点，办件在审批活动中顺序流转，只有上一个环节结束下一环节才能开始，每一步的处理结果会带入到下一环节中，经过分析以上业务符合管道过滤器架构风格。在此基础上客户又提出可以根据不同 审类型，可以通过可视化界面预先定义处理流程，并在运行中基于角色分配待办任务。因此在具体实现上，我决定采用Activity开源工作流组件做二次开发来满足架构需求。

事件驱动系统，由于绩效监察模块核心功能是监督审批过程，一旦出现违规事件，将给予对应的处分。经过分析以上业务符合事件驱动系统架构，在具体实现上该架构由事件、事件消费者、事件产生者和注册中心组成。事件消费者向注册中心订阅事件，事件产生者向注册中心发布事件。根据业务在系统中预先定义了不予受理、办理超时和作废办结三种异常事件。在运行时一旦产生异常注册中心会通知事件消费者进行处理（黄牌、红牌）。

数据库系统，由于各模块（ 审、送检、巡检、决策）为了保证业务处理的准确和及时彼此需要共享数据，中央数据结构维护当前状态，独立构件在存储上执行操作，经过分析以上业务符合数据库系统风格。因该系统中各模块间数据存在大量的逻辑关系，因此在具体实现上我使用了关系型数据库，考虑到该层I/O负载，我使用了三台Oracle数据库服务器和一台磁盘存储阵列搭建RAC集群作为中央库，在满足业务需求基础上，还可保证系统的负载和高可用。

【结尾】

实践证明多种架构风格的成功应用，使系统模块间耦合度降低，提升了程序的稳定性和可靠性。但开发过程中也遇到过问题，因客户单位部分用户派驻到办事大厅工作，窗口办公需要配合高拍仪、读卡器等硬件设备，而浏览器出于安全考虑隔离了web程序调取本地资源仅提供有限支持，给系统推广带来了困难。对此我采用了富客户端技术，使用Electron框架封装了一个客户端专门负责调取硬件资源及时解决了该问题，没有对项目造成实质影响。通过项目组全体成员的共同努力，一体化平台于2018年10月完成验收工作正式上线，截至目前系统运行稳定运维工作量可控，得到了用户的一致认可和好评。在今后的工作中我将不断总结和提升专业技术能力，争取为我国信息化事业贡献一份力量。