基于MVC的Web框架設(shè)計(jì)與應(yīng)用

亓雪冬, 韓立峰

(中國石油大學(xué)(華東)信息化建設(shè)處， 山東 青島 266580)

0 引言

隨著Web業(yè)務(wù)需求的不斷增長，MVC設(shè)計(jì)模式和基于MVC的Web框架被持續(xù)研究和關(guān)注，如冉啟武等[1]設(shè)計(jì)了基于MVC模式的教學(xué)管理電子信息系統(tǒng)；張翠翠等[2]研究了基于MVC的試卷生成及主觀題判卷算法；王俊芳等[3]研究和應(yīng)用了基于MVC模式的ThinkPHP框架；Majida Laaziri等[4]評(píng)估了Laravel、Smfony和CodeIgniter三種PHP Web框架并對(duì)其性能進(jìn)行了測(cè)試；Andri Sunardi等[5]對(duì)比了Laravel和Slim兩種PHP Web框架并研究了在自由職業(yè)者項(xiàng)目監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用效果。眾多研究表明，MVC模式通過對(duì)應(yīng)用的分層和解耦，減少了架構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，增加了代碼的靈活性和可重用性；而MVC Web框架通過提供基礎(chǔ)框架模型和類庫，減少了Web應(yīng)用開發(fā)中的重復(fù)代碼，提高了開發(fā)效率和可維護(hù)性。

本文在研究MVC設(shè)計(jì)模式的基礎(chǔ)上，分析了Web應(yīng)用的一般性需求，提出了MVC Web框架的設(shè)計(jì)思路，并基于該框架設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)Web系統(tǒng)。

1 MVC設(shè)計(jì)模式

MVC設(shè)計(jì)模式最初于上世紀(jì)80年代誕生于Smalltalk語言中，近年來被廣泛應(yīng)用于Java EE、Web等平臺(tái)的軟件開發(fā)中。MVC全稱為Model-View-Controller，Model指數(shù)據(jù)模型，View指視圖(用戶界面)，而Controller則指控制器。MVC的目的是將Model和View分離，從而使同一個(gè)程序可以使用不同的表現(xiàn)形式。MVC強(qiáng)制使應(yīng)用程序的輸入、處理和輸出分開設(shè)計(jì)，將程序主體分離為模型、視圖、控制器3個(gè)核心部件，實(shí)現(xiàn)功能的解耦。模型-視圖-控制器三者間的關(guān)系，如圖1所示。

圖1 MVC架構(gòu)示意圖

控制器接受用戶的輸入并調(diào)用模型和視圖去完成用戶的需求，它本身不做任何處理，也不輸出任何數(shù)據(jù)。單擊Web頁面中的超鏈接和發(fā)送HTML表單時(shí)，它只是接收請(qǐng)求并決定調(diào)用哪個(gè)模型去處理請(qǐng)求，然后再確定用哪個(gè)視圖來顯示返回的數(shù)據(jù)，相當(dāng)于模型和視圖的粘合邏輯。

模型表示數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)規(guī)則，它返回的數(shù)據(jù)是中立的，與數(shù)據(jù)格式無關(guān)，因此一個(gè)模型能夠?yàn)槎鄠€(gè)視圖提供數(shù)據(jù)，減少了代碼的重復(fù)性。

視圖為用戶提供一種展示和操作數(shù)據(jù)的方式。不同的視圖代表多個(gè)不同的用戶界面。實(shí)際的處理操作發(fā)生在模型部分而不是視圖部分。在Web應(yīng)用程序，視圖通常由HTML元素、模板標(biāo)記語言以及模型返回的數(shù)據(jù)共同組成。

2 基于MVC的Web框架設(shè)計(jì)

2.1 整體架構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的Web框架遵循MVC設(shè)計(jì)模式，核心類包括控制器基類Controller、模式基類Model、用于生成視圖的模板類Template和工具類Request。整體架構(gòu),如圖2所示。

圖2 整體架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

控制器基類Controller邏輯上依賴于類Model和類Template，內(nèi)部包含了Model和Template的實(shí)例，其目的是粘合這兩個(gè)類的功能，選擇合適的Model獲取數(shù)據(jù)，并選擇合適的模板生成視圖。模式基類Model包含了操縱數(shù)據(jù)的基本業(yè)務(wù)邏輯，如查找、保存、更新和刪除數(shù)據(jù)等方法。模板類Template內(nèi)部封裝了第三方的模板引擎Smarty，實(shí)現(xiàn)內(nèi)存數(shù)據(jù)到HTML格式視圖的轉(zhuǎn)換。工具類Request實(shí)現(xiàn)了Web請(qǐng)求數(shù)據(jù)的封裝、請(qǐng)求的派發(fā)等功能，將Web請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到指定的控制器。

該架構(gòu)將Controller與Model的業(yè)務(wù)邏輯層作為應(yīng)用的主要開發(fā)區(qū)域，上層應(yīng)用程序只需繼承Controller和Model，根據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)際需求實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)子類UserControl和UserModel，即可完成業(yè)務(wù)邏輯開發(fā)。

2.2 Web請(qǐng)求入口設(shè)計(jì)

index.php為Web請(qǐng)求的入口地址。Web請(qǐng)求到達(dá)后，index.php首先將Web請(qǐng)求中攜帶的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝以便后續(xù)使用；接下來將Web請(qǐng)求派發(fā)到指定控制器，由控制器完成對(duì)請(qǐng)求的后續(xù)處理。

Requset:: dispatch()方法實(shí)現(xiàn)了控制器調(diào)度，其思路為：

(1) 從Web請(qǐng)求的Get數(shù)據(jù)中提取ct和ac兩個(gè)參數(shù)的值，這兩個(gè)參數(shù)表示執(zhí)行處理的控制器Controller以及控制器的具體操作Action；

(2) 將預(yù)設(shè)的控制器文件目錄、上一步操作中提取的控制器名稱以及字符串“.php”三部分合成控制器類文件完整路徑，使用require語句包含該控制器類；

(3) 創(chuàng)建該控制器的實(shí)例，并調(diào)用實(shí)例中參數(shù)ac所指的Action方法，完成控制器調(diào)度。

2.3 控制器設(shè)計(jì)

控制器設(shè)計(jì)包含兩個(gè)層次，Controller基類和UserController子類?；愔邪琈odel和Template的實(shí)例，方便粘合模式和視圖。但基類中并未實(shí)現(xiàn)任何Action方法，這部分留給子類根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯具體實(shí)現(xiàn)。

2.4 視圖模板設(shè)計(jì)

控制器完成業(yè)務(wù)邏輯后，將調(diào)用模板類Template，將返回的數(shù)據(jù)和指定的模板合成視圖，向用戶展示W(wǎng)eb應(yīng)用界面。Template類基于第三方的模板引擎Smarty，模板文件使用Smarty的語法，擴(kuò)展名為tpl。Template類公開了assign和display兩個(gè)方法，assign將控制器返回的數(shù)據(jù)替換入模板，display根據(jù)模板語言對(duì)模板進(jìn)行解釋，生成最終的視圖。

2.5 模式設(shè)計(jì)

模式的設(shè)計(jì)圍繞操縱和處理數(shù)據(jù)展開。在業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)表現(xiàn)為關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的關(guān)系(表)；然而在軟件設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)表現(xiàn)為內(nèi)存中的對(duì)象。為了實(shí)現(xiàn)關(guān)系與內(nèi)存對(duì)象之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，本文在模式層設(shè)計(jì)了輕量級(jí)、可擴(kuò)展的對(duì)象-關(guān)系映射(Object/Relation Mapping，簡稱ORM)機(jī)制，相關(guān)設(shè)計(jì)類,如圖3所示。

圖3 模式部分類圖

DbManager是直接操縱數(shù)據(jù)庫的抽象基類，connect屬性表示數(shù)據(jù)庫連接對(duì)象，config屬性表示數(shù)據(jù)庫配置字符串，getData方法用于執(zhí)行Select語句返回?cái)?shù)據(jù)，runSql方法用于執(zhí)行Insert、Delete、Update等SQL語句。子類MySQL和SQLServer是DbManager針對(duì)這兩種常用數(shù)據(jù)庫的具體實(shí)現(xiàn)，這使得模式可以支持多種數(shù)據(jù)庫。

3 Web框架的應(yīng)用

基于MVC Web框架，筆者設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)Web系統(tǒng)。實(shí)訓(xùn)課程中，學(xué)生需要小組合作共同完成一個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，一個(gè)小組提交一份電子作業(yè)，教師根據(jù)小組中每個(gè)成員的工作量來評(píng)定成績。根據(jù)項(xiàng)目需求，系統(tǒng)核心功能確定為用戶管理、小組管理和作業(yè)管理3個(gè)主要模塊。用戶管理模塊主要提供注冊(cè)、登錄和賬號(hào)管理等功能；小組管理模塊主要提供小組的建立和刪除、小組查詢、組員加入和退出等功能；作業(yè)管理模塊中，面向教師的功能為作業(yè)發(fā)布、作業(yè)批改和成績導(dǎo)出，面向組長的功能為接收作業(yè)、分配子任務(wù)和提交作業(yè)，面向組員的功能為接收子任務(wù)、提交子任務(wù)等。

上文設(shè)計(jì)的MVC Web框架提供了支撐Web系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)功能，并且將系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)劃分為模式、視圖和控制器三部分，開發(fā)時(shí)只需對(duì)各部分進(jìn)行必要的擴(kuò)展和補(bǔ)充即可，這種方式極大簡化了Web系統(tǒng)的開發(fā)。

在控制器方面，針對(duì)用戶管理、小組管理和作業(yè)管理等模塊分別實(shí)現(xiàn)了UsersController、TeamsController和Projects Controller3個(gè)控制器子類。每個(gè)控制器內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)了一系列Action(功能)，如用戶管理控制器UsersController，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了UserRegister、UserLogin、RemoveUser、EditUser等Action。Web請(qǐng)求中，通過指定ct(Controller)和ac(Action)兩個(gè)參數(shù)，可以調(diào)用指定控制器的指定功能，處理用戶請(qǐng)求。

對(duì)于每一個(gè)Action，均要設(shè)計(jì)與之匹配的專用模式子類。模式子類繼承自Model父類，提供了處理和訪問此Action所需的特定數(shù)據(jù)的能力。例如對(duì)于登錄Action和分配子任務(wù)Action，分別設(shè)計(jì)了LoginModel和SubtaskModel兩個(gè)子類，LoginModel用于處理登錄相關(guān)數(shù)據(jù)，SubtaskModel用于處理子任務(wù)劃分相關(guān)數(shù)據(jù)。

另外還需為每一個(gè)Action設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的視圖模板，以展示用戶界面。例如對(duì)于登錄Action和分配子任務(wù)Action，分別設(shè)計(jì)了Login.tpl和SubtaskModel.tpl兩個(gè)視圖模板。這兩個(gè)Action的用戶界面，如圖4所示。

圖4 程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)Web系統(tǒng)部分界面(上圖為登錄界面，下圖為分配子任務(wù)界面)

4 總結(jié)

MVC設(shè)計(jì)模式通過將應(yīng)用程序分離為模式-視圖-控制器3個(gè)部分，實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)用的分層和解耦，提高了軟件設(shè)計(jì)的靈活性。分層結(jié)構(gòu)使得MVC具有耦合性低、重用性高、便于部署、易于測(cè)試等優(yōu)點(diǎn)。本文基于MVC模式自主設(shè)計(jì)開發(fā)了一套高效率、可擴(kuò)展的輕量級(jí)Web框架，并在該框架的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)Web系統(tǒng)。實(shí)踐表明，本文的MVC Web框架為Web應(yīng)用開發(fā)提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐，簡化了開發(fā)工作，提高了開發(fā)效率，增強(qiáng)了應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。