JavaWeb应用开发架构浅谈

本文就我所经历和使用过的技术和框架， 讨论 Java / Javascript 技术组合构成的Web 应用架构。

一、 概述

Web 应用架构可以划分为两大子系统：前端子系统和后台子系统。

前端子系统：

1.     基础技术： Html/Javascript/CSS / Flash

2.     开发框架： jQuery, Extjs , Flex 等；

后台子系统：

1.     基础技术： Java Servlet；

2.     开发框架： Struts, Spring, Hibernate, ibatis 等；

3.     应用服务器： Tomcat / Jetty

编程模型： B/S 模型。 客户端向服务器端发送请求， 服务器经过处理后返回响应， 然后客户端根据响应及需求绘制前端展现。 在用户客户端和实际提供功能的Web 服务器之间还可能存在着代理服务器， 负载均衡服务器， 不过那些属于锦上添花的事物，暂时不在考虑范围内。

富客户端应用理念： 客户端承担大量的交互逻辑及渲染工作，服务器端主要是处理请求和返回数据。

前后端系统耦合： 客户端和服务器端各自处理自己内部的子系统耦合；而客户端与服务器端的耦合简化为一个通信与数据通道。该通道用来传输通信请求和返回数据；

请求通信： 采用 Http / Tcp 协议

数据通道： 采用 Json, xml , 文本字符串，字节。 内部系统一般采用 Json 作为数据交换格式；系统间的互操作则采用XML 来规范； 文本字符串是最一般的形式， 字节是最底层的形式。

二、 架构演变

最轻的架构： jQuery + Servlet + ajax

在客户端使用 jQuery发送 ajax 请求给Java 服务端的 Servlet 进行处理， Servlet 仅仅返回数据给客户端进行渲染。 该架构有效地分离了前端展示和后台请求处理，同时又保持了最轻的复杂性， 只需要学会编写 Servlet 及使用 jQuery ， 就能构建简单的应用。

如果只是做个人创意演示， 可以采用该架构， 快速实现自己的创意功能。 Servlet 是Java web 应用的基础技术，jQuery 则是前端开发的简单易用的利器。

后台架构演变：

1.  逻辑与页面的分离： JSP/Servlet

JSP 实现了页面逻辑与外观的分离，但是， 前端子系统与后台子系统仍然是紧密耦合的； 前端设计人员实际上只需要服务端返回的数据， 就可设计出非常专业的界面显示；

2.   MVC 架构：Struts2(含Servlet，MVC) + JDBC

用Servlet 来添加服务器功能是基本的选择，但在web.xml中配置大量的 Servlet 却不是最佳的选择。Struts2 在服务端实现了更丰富的MVC 模式， 将本来由应用决定的控制器从web容器中分离；

3. SSH 架构： Struts2(含Servlet,  MVC) + Spring (Ioc) + Hibernate (ORM，对象-关系映射)

通常， 应用系统中需要预先创建一些单例对象， 比如 Controller,  Service, Dao, 线程池等， 可以引入 Spring Ioc 来有效地创建、管理和推送这些对象； 使用 Hibernate 来实现关系数据库的行与面向对象的属性之间的映射与联接， 以更好地简化和管理应用系统的数据库操作。SSH 可以说是 JavaWeb应用系统开发的三剑客。

4.  SI 架构： SpringMVC(含Servlet, Ioc, MVC, Rest) + iBatis (Semi-ORM)

过于复杂的架构会将人搞晕。因此，在适应需求的情况下， 尽量选择简单的架构，是明智之选。 这种架构使用面向资源的理念， 着重使用Spring作为MVC及应用基础服务设施， 同时使用 iBatis 来实现更简单灵活的ORM映射， 使之在可以理解和维护的范围内。

前端架构：

1.     Flash 架构： Flex + jQuery + JSP

这是一种比较传统的前端架构，采用同步模式， Flex 承担大量的页面渲染工作， 并采用AMF协议与Java端进行通信， 而JSP 则可以用于更快速的页面显示。优点是： 经过考验的结构， 通常是值得信赖的； 缺点是， 由于采用同步模式， 在交互效果上可能不够流畅， 需要进行比较耗时的编译过程； 此外， Flex 基于浏览器插件运行，在调试方面有些麻烦。

2.     MVC 架构： Extjs + jQuery

这是一种比较现代的前端架构， 采用异步模式， Extjs4 可以实现前端子系统的MVC 分离， 对于可维护性是非常不错的支持； 此外， jQuery 可以作为有效的补充。优点： 异步， 快速， 对于企业内部的后台管理系统是非常好的选择。 缺点： Extjs4 的可定制性、可适应性可能难以适应各种特殊的需求，需要用其它组件来补充， 比如大数据量的绘制。对于互联网应用， 速度可能是致命伤。

三、  架构的选择

不要去询问哪种架构更好， 更需要做的是清晰地定位项目目标，根据自己的具体情况来选择和定制架构。反复地尝试、观察和改进，反复磨炼技艺，这样才有助于设计水平的提升。

架构的选择通常有四种关注点：

1.     适用性： 是否适合你的项目需求。 架构有大有小， 小项目用小架构， 大项目用大架构；

2.     可扩展性： 该架构在需要添加新功能时，是否能够以常量的成本添加到现有系统中， 所做的改动在多大程度上会影响现有功能的实现（基本不影响，还是要大面积波及）；

3.     便利性： 使用该架构是否易于开发功能和扩展功能， 学习、开发和测试成本有多大；

4.     复杂性： 使用该架构后， 维护起来的成本有多大。你自然希望能够写一条语句做很多事，使用各种成熟的组件是正确的方式，同时，在项目中混杂各种组件，也会提升理解和维护系统的复杂度。便利性和复杂性需要达到较好的平衡；

特殊的关注点：

譬如，应用需要支持高并发的情况， 需要建立一个底层的并发基础设施， 并向上层提供简单易用的接口，屏蔽其复杂性。

四、 架构演进的基本手段

架构并不是一成不变的， 在做出最初的架构之后，随着开发的具体情况和需求的变更， 需要对最初架构做出变更和改进。

架构演进的基本手段：

一致性， 隔离与统一管理， 螺旋式重构改进， 消除重复， 借鉴现有方案

1.     一致性： 确保使用统一模式来处理相同或相似的功能； 解决一次， 使用多次；

2.     模块化、隔离与统一管理： 对于整体的应用， 分而治之，将其划分为隔离性良好的模块，提供必要的通信耦合；对于特定的功能模块， 采用隔离手段，将其隔离在局部统一管理，避免分散在系统的各处；

3.     不断重构改进， 一旦发现更好的方式， 马上替换掉原有方式；

4.     尽可能重用，消除重复；

5.     尽可能先借鉴系统中已有方案并复用之；如果有更好方案可替换之；

有一条设计准则是： 预先设计， 但不要过早设计。

意思是说， 需要对需求清楚的部分进行仔细的设计， 但是对于未知不清楚的需求，要坚持去理解它，但不要过早地去做出“预测性设计”； 设计必须是明确的、清晰的、有效的， 不能针对含糊的东西来设计。可以在后期通过架构演进来获得对后续需求的适应能力。