基于IoC思想設(shè)計的系統(tǒng)架構(gòu)

作者：成曉旭

http://blog.csdn.net/CXXSoft/

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1.        引言

Java領(lǐng)域的開發(fā)人員，可以采用spring開源框架，快速構(gòu)建自己的業(yè)務(wù)應(yīng)有系統(tǒng)，本人羨慕不已。但是在我采用的傳統(tǒng)開發(fā)語言、專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，都沒有這樣的好框架可以沿用。于是早有自己設(shè)計一個IoC框架，適用于本人涉及的實時監(jiān)控、通信采集領(lǐng)域。

“他山之石、可以攻玉”。其實IoC、DI等的分析、設(shè)計理論未必非要用來構(gòu)架通用的基礎(chǔ)開發(fā)框架，在具體的應(yīng)有系統(tǒng)開發(fā)中借用，同樣能構(gòu)建靈活的系統(tǒng)體系架構(gòu)，尤其是對于企業(yè)戰(zhàn)略性的長期的產(chǎn)品、系統(tǒng)的構(gòu)建，更是事半功倍。

2.        系統(tǒng)背景簡介

在實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集等通信類系統(tǒng)中，通常的設(shè)計都是：將數(shù)據(jù)采集或者與底層邏輯單元（比如：底層的軟件子系統(tǒng)、硬件終端、遠程設(shè)備）通信的邏輯功能獨立封裝在一個子系統(tǒng)中，實現(xiàn)基礎(chǔ)通信收發(fā)、通信方式分化、通信流程控制、底層協(xié)議規(guī)整、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整合等網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)采集職責(zé)。

本設(shè)計是針對常見的實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。下面以一個典型的通信采集服務(wù)器應(yīng)有為例：系統(tǒng)的底層是硬件采集設(shè)備，硬件設(shè)備完成整個系統(tǒng)與外界環(huán)境或者設(shè)備的交互；上層的軟件系統(tǒng)完成與自己硬件設(shè)備的交互，并且對采集的數(shù)據(jù)進行分析、處理、存儲、與外部系統(tǒng)接口。

3.         問題

在我工作的軟件項目中，類似的應(yīng)用存在于多個軟件系統(tǒng)中，雖然這些系統(tǒng)在子系統(tǒng)設(shè)計及職責(zé)劃分方面也如上圖一般進行了明確的分層及模塊化，但在核心的“通信采集子系統(tǒng)”的設(shè)計及實現(xiàn)上存在諸多通病，導(dǎo)致整個子系統(tǒng)的可理解性、可維護性、可測試性、對需求變動的適應(yīng)性極差。集中表現(xiàn)在：

1.      整個系統(tǒng)被設(shè)計成一個“非常龐大”的“業(yè)務(wù)調(diào)度控制類”，沒有進行職責(zé)的拆分和封裝；

2.      在通信方式實現(xiàn)類（比如：串口通信類、語音卡控制類、TCP/IP通信類）中完成所有業(yè)務(wù)處理功能；（絕大多數(shù)板卡廠商Demo程序是這樣演示的，有意無意間誤導(dǎo)了很多剛剛接觸CTI、IVR系統(tǒng)開發(fā)的入門者）

3.      對于多任務(wù)并發(fā)，多個設(shè)備上、下行同時通信的管理非常復(fù)雜；

4.      對于需求變化的適應(yīng)性非常差；

5.      系統(tǒng)代碼幾乎沒有可復(fù)用性了。

4.         新問題

針對上述問題，總結(jié)、分析以往經(jīng)驗和教訓(xùn)，以“代碼復(fù)用”為出發(fā)點重新設(shè)計了通信采集系統(tǒng)體系架構(gòu)，并較好地解決這些突出問題，并梳理出大量可復(fù)用的功能代碼。詳細說明請參考《一個典型的采集服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)設(shè)計》一文：http://blog.csdn.net/cxxsoft/archive/2006/09/18/1236331.aspx。

但是，后來再次開發(fā)通信采集服務(wù)器，以應(yīng)有于不同的業(yè)務(wù)需求時，發(fā)現(xiàn)原來的架構(gòu)存在如下的典型問題：

1、“采集控制器”幾乎不能重用、但與新開發(fā)的采集控制模式非常相識。但是，每次新開發(fā)的“采集控制器”邏輯都非常相識，但必須修改業(yè)務(wù)采集類的類名和方法名，修改狀態(tài)機的轉(zhuǎn)換關(guān)系，修改協(xié)議調(diào)用的類名和方法名。

2、“業(yè)務(wù)采集類”的變化，會直接影響到“采集控制器”。

3、“通信協(xié)議類”的變化，會直接影響到“采集控制器”。

4、通信控制流程、時序的變化，會直接影響到“采集控制器”。并且要正確實現(xiàn)這些變化，必須在與此無關(guān)的“采集控制器”中，小心翼翼地扣代碼出來改。
5.         IoC重構(gòu)設(shè)計

         開源的通用采集服務(wù)器，是在原有系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加業(yè)務(wù)抽象接口，引用IoC的設(shè)計理念，倒置交互類之間的依賴關(guān)系，采用DI來實現(xiàn)類之間的依賴關(guān)聯(lián)的動態(tài)關(guān)聯(lián)。

1、   抽象“業(yè)務(wù)調(diào)度核心類”的核心邏輯流程，將所有類方法的調(diào)用設(shè)計成對接口方法的調(diào)用。

2、   抽象“采集控制類”的核心邏輯流程，將所有類方法的調(diào)用設(shè)計成對接口方法的調(diào)用。“采集控制器”類被設(shè)計成一個通用的“工控機主板”，只要遵循“主板”約定的接口，換插不同的“業(yè)務(wù)采集類”、“通信協(xié)議類”，可以實現(xiàn)完全不同的采集業(yè)務(wù)需求、按照完全不同的通信協(xié)議與底層模塊通信。

3、   將“采集控制類”中的狀態(tài)機管理邏輯剝離出來，將狀態(tài)機檢測和控制代碼設(shè)計成對接口方法的調(diào)用。只要遵循狀態(tài)機接口，可以靈活實現(xiàn)不要業(yè)務(wù)需求的狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制，在運行期動態(tài)創(chuàng)建狀態(tài)機實例，并注入到“采集控制類”，完全接觸“采集控制器”與“業(yè)務(wù)狀態(tài)機類”靜態(tài)依賴。

4、   去掉“通信適配器”、“協(xié)議適配器”，增加“通信接口”、“協(xié)議接口”和“業(yè)務(wù)接口”，按照接口要求重構(gòu)通信類、協(xié)議類、采集業(yè)務(wù)類，解決原來系統(tǒng)架構(gòu)中：新增一種通信方式、通信協(xié)議時，還必須在相關(guān)的適配器中增加新類型識別代碼的設(shè)計弊端。

6.         技術(shù)基礎(chǔ)與規(guī)約

本設(shè)計的核心的設(shè)計原理：IOC容器根據(jù)反射機制動態(tài)創(chuàng)建實現(xiàn)約定接口的業(yè)務(wù)對象，動態(tài)注入到采集調(diào)度控制器中。采集調(diào)度控制器是一個高層次抽象的Active Class，自動不斷地調(diào)用狀態(tài)機接口方法來執(zhí)行“業(yè)務(wù)采集類”要求的業(yè)務(wù)通信指令。

本設(shè)計的核心的重要設(shè)計約定：采集調(diào)度控制器只調(diào)用抽象的接口方法，那么具體的上層業(yè)務(wù)任務(wù)，如何動態(tài)的翻譯成具體的通信協(xié)議？又如何知道當(dāng)前的任務(wù)如何開始，何時結(jié)束？本設(shè)計要求：業(yè)務(wù)采集類必須管理好自己的業(yè)務(wù)步驟與通信協(xié)議之間的對應(yīng)關(guān)系（確實非常難以在抽象，用動態(tài)配置的方法使用起來反而更復(fù)雜），采集調(diào)度控制器只負責(zé)動態(tài)建立兩者之間的運行期對象關(guān)系。業(yè)務(wù)采集類必須實現(xiàn)采集調(diào)度控制器要求的指定接口方法，用以實現(xiàn)采集任務(wù)的發(fā)起、執(zhí)行下一條指令、結(jié)束、異常重發(fā)、異常中止、故障處理等采集流程控制功能。這正好是采集調(diào)度控制器高層抽象的價值和通用性的設(shè)計基礎(chǔ)。

框架使用者只需按照接口約定，編碼實現(xiàn)具體業(yè)務(wù)需求的相關(guān)采集、狀態(tài)機、協(xié)議業(yè)務(wù)類；在配置這些類的運行期參數(shù)，采集服務(wù)器大功告成。采集服務(wù)器在允許時，會自動加載配置參數(shù)，動態(tài)創(chuàng)建相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯對象，并完成依賴注入，整個系統(tǒng)能按具體的業(yè)務(wù)要求完成通信、采集任務(wù)。

7.         采集服務(wù)器設(shè)計

           通信采集服務(wù)器是常常是實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集類系統(tǒng)的核心，實現(xiàn)與底層的軟件子系統(tǒng)、硬件終端、遠程設(shè)備的通信、下行命令的執(zhí)行、上行數(shù)據(jù)的接收、協(xié)議解析，并且完成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的分析以及顯示驅(qū)動。它既是系統(tǒng)的通信樞紐，也是業(yè)務(wù)核心。