基于MVC的分布式作战应用框架研究

施卫峰

（南京电子工程研究所，江苏 南京 210007）

MVC（Model-View-Controller）是由Smalltalk-80引入的一种面向对象的设计模式，广泛应用于交互式系统和拥有用户图形界面软件系统的架构设计[1-2]。MVC通过将数据表示、输入控制和数据处理分离开来，提高了软件结构的可扩展性和软件模块的可重用性[2]，在传统界面程序设计（如MFC）和面向B/S系统的Web技术（如JSP和.NET）中得到了广泛应用。然而，对于模型和视图交互频繁的分布式系统来说，系统的模型部分往往会成为数据访问和计算的瓶颈。如何将模型中的计算任务合理分布到其他节点，是MVC在分布式环境中应用的关键问题。目前，国内已经有了一些关于分布式MVC架构的研究与应用。文献[3]介绍了分布式MVC在工程项目管理系统中的 Web应用；文献[4]则结合 Web Services和消息中间件技术，提出了一种分布式环境下基于MVC的Web架构，并将其成功应用于实时股票交易系统。虽然这些研究成果面向不同的领域，但不能满足作战指挥系统延迟的要求，其客户端的处理也不能够满足作战指挥系统的性能要求。因此，本文在传统MVC模式的基础上，借鉴文献[3-4]中描述的一些研究成果，将模型分解为应用模型和逻辑模型，提出了一种基于MVC的分布式作战应用框架。通过将其成功运用于某联合作战计划决策支持系统中，证明了该框架的合理性和有效性。

1 MVC模式

MVC作为一种经典的设计模式，其目的在于通过合理的设计将应用程序的模型部分（Model）和界面部分（View）拆开，通过彼此之间定义的接口互相通讯（Controller）[5]，其原理如图1。其中：

1）Model是应用程序的主体部分，表示应用程序数据和对这些数据访问和修改的业务逻辑，维护了业务的持久性，为Controller和View对象提供封装的应用业务逻辑。

2）View是应用程序中用户界面相关的部分，是用户看到并与之交互的界面。通过访问Model对象中的数据，View可视化显示Model对象的状态。当Model对象中的状态发生改变时，View对象所代表的用户界面内容也会相应地改变，达到内容与形式的一致；对于同一个Model对象，针对不同的用户请求，可以产生多个View对象。

3）Controller用于根据用户的输入，控制用户界面数据显示，更新Model对象状态。Controller定义了应用程序的行为，负责View对象与Model对象之间的同步，根据用户对 View对象的操作完成对Model对象的更新，并将Model对象状态的改变及时反映到View对象上。

MVC模式已经在大部分JAVA开发框架中得到充分体现，它有效地分离了用户表现层 （用户界面）和业务逻辑实现，最大程度上实现了业务变更和扩展对系统其它部分的影响，增加了系统的可扩展性。

图1 MVC模式原理

2 基于MVC的分布式作战应用框架

2.1 分布式环境下MVC的不足

MVC模式将数据表示、输入控制和数据处理分离开来，给软件设计与开发人员提供了一种良好的设计模式，提高了软件结构的可扩展性和软件模块的可重用性，因而得到了广泛应用。但是，在模型和视图交互频繁的分布式作战系统中，传统MVC模式的部署和使用会造成数据访问和计算的瓶颈，遭遇到不小的挑战。

一种方案是将Model、View和Controller都部署在客户端，所有的显示和业务逻辑都由客户端处理，而服务器端只是作为一个原始数据存放中心（比如是一个数据库服务器），负责简单的数据读写。这样会造成客户端的工作量非常大，与服务器端之间的数据通信比较频繁，从而造成程序效率低下。

另一种方案是将Model和Controller部署在服务器端，客户端只负责界面的显示，对于用户输入的解析和业务逻辑的处理都在服务器端进行。这种部署的一个典型代表就是目前取得广泛应用的B/S架构，在B/S架构中，客户端主要指网页浏览器，负责显示HTML页面；用户的输入都将发送到服务器端进行处理，服务器动态生成新的HTML页面作为结果返回给客户端。这种方式没有充分利用客户机越来越强大的计算能力，无法在客户端实现复杂的用户交互体验。

2.2 改进的分布式MVC

如何对MVC模式进行改进，将模型中的计算任务合理分布到其他节点，是MVC在分布环境中应用的关键问题。我们根据模型中数据的不同特点，将模型数据分为动态和静态两部分，并据此将模型分解为上层业务模型（Application Model）和下层逻辑模型（Logic Model），如图2所示，这与文献[4]中提到的Presentation Mode和Domain Model有相通之处。归结起来主要有以下特点：

1）Application Model和业务流程相关，将交互频繁、计算量大的业务处理逻辑从模型中分离出来，重点处理和显示界面相关的数据，当接收到复杂逻辑计算的操作请求后，能够将其转化为Logic Model能够理解的信息并调用相应的方法来进行逻辑计算，计算结果通知给相应的View以实现同步；

2）Logic Model与基础数据处理和逻辑计算相关，作为数据服务和逻辑算法的提供者，为业务模型提供多源数据服务和底层计算模型支撑；

3）控制器直接控制Application Model，在多模型多视图情况下，能够有效地减少视图与 Logic Model之间的通信和计算开销，可以更好地支持多视图交互式应用。

图2 改进的MVC模式

可以看出，Application Model更接近面向用户的业务流程，而Logic Mode更接近底层的逻辑计算，这两部分的分离使得部件的重用性进一步增加，程序的结构更加清晰，并且有利于确定分布式程序各个功能模块的合理分布。在该模式下，可以把 Application Model、Controller 和View部署在客户端，Logic Model则部署在服务器端。客户端负责处理接近用户界面的业务流程，可以充分利用客户机的能力提供给用户丰富的交互体验；另一方面，服务器端负责连接数据库进行数据存取并处理复杂的逻辑计算。这种划分方式使整个系统在客户端有良好的响应，并且充分体现了MVC模式结构清晰和重用性高的特点，使得整个构架易于维护，是一种合理的分布式程序功能划分方式。

2.3 框架的提出

综合以上分析，我们结合作战指挥应用的特点，提出了一种基于MVC的分布式作战应用框架，该框架基于 C/S架构，由客户端、消息中间件[6]和服务器端三部分组成，具体如图3所示。

图3 基于分布式 MVC的作战应用框架

客户端主要部署 View、Controller、Application Model三部分。其中，Application Mode负责处理客户端的业务流程并向服务器端发送底层逻辑计算请求，同时处理和接收服务器端发来的计算结果。View负责显示元素的灵活组装和可视化展现，Controller负责Application Mode与View之间的消息映射。消息中间件是整个框架的通信核心，客户端之间、客户端同服务器端之间均通过消息中间件进行通信，同时提供同步机制实现服务器端到客户端的消息同步。服务器端部署Logic Model及公共服务对象，主要用来处理复杂的逻辑计算、公共服务的操作以及和数据库之间的通信。通过对业务功能的分离，该框架能够使系统功能模块进行针对性分离和布置，使得各个客户端能够充分发挥其自身的性能，使得整个系统的运行效率得到了很大的提高。

3 框架的应用与实现

3.1 框架的应用

计划决策支持是指在必要的模型、知识和数据基础上，进行分析、判断、探索和评价，直至做出决心建议的过程。目前，该技术已广泛运用于作战指挥领域中，主要以作战指挥学、军事运筹学、控制论、思维科学和行为科学为基础，以计算机技术、模拟技术和信息技术为手段，辅助指挥员和指挥机构进行作战决断。在信息化和多军兵种联合作战条件下，联合作战计划决策支持系统是提高军队作战决策水平、实现决策科学化的有效途径[7]。鉴于此应用背景，我们开发了一套面向联合作战的计划决策支持系统。

该系统采用上述改进的MVC框架进行设计，系统架构如图4所示。View由系统主界面和各种业务界面动态库组成，呈现和用户交互的信息。Controller主要由“统一控制引擎”实现,每一个对应的业务流程类均在该引擎中进行注册，从而在 View和应用流程模型间建立映射关系。Application Model由“情况判断”、“目标分析”、“任务区分”和“方案评估”等组成，这些模块负责各种业务流程的组织，同时和服务器相关的逻辑计算模型进行通信。消息传输总线提供底层的信息传输能力，同时开发了客户端代理和服务器端代理，使之能够满足客户端和服务器端之间的通信需要。服务器端由“作战计算”、“能力分析”、“数据融合”和“数据管理”等组成，提供通用的逻辑算法模型及基础数据信息访问能力。

图4 面向联合作战的计划决策支持系统架构

3.2 主要实现

面向联合作战的计划决策支持系统主要基于 C++开发实现，整个系统的功能实现比较复杂，限于篇幅，以下仅对几个关键部件的实现进行说明。

1）基于插件技术的客户端表现集成 关于客户端的实现，我们主要借鉴了Eclipse[8]的插件开发思想，通过插件开发实现客户端主应用程序与界面展示DLL分离，所有客户端界面均以DLL模块的形式存在，由业务流程模型根据模块配制信息进行动态加载，同时主界面上的模块菜单也是动态生成的。其客户端原理如图5所示。在具体应用开发中，对于从框架基类中继承的各种类型窗体，将自动被纳入系统统一风格控制器中，实现了当系统风格改变时，各具体业务界面不需作任何的变动（类似B/S中的CSS的效果）。客户端要展示或处理的数据由统一控制引擎进行分发。不仅实现了前台界面的可配制，同时前台主应用程序对于所有C/S应用都是通用的，实现了主程序的高可复用性。

2）基于代理技术的消息中间件 代理（Agent）是一个能在特定环境中采取复杂自治行为的计算机系统。从应用的角度看，代理就是能自动执行用户委托任务的计算实体[9-10]。在本系统中，我们基于软件代理技术以及消息传输总线的通信传输能力，实现了用于客户端之间、客户端与服务端之间进行信息交互的客户/服务代理，它们和消息传输总线一起构成了系统的消息中间件，主要实现如图6所示。其中，消息传输总线基于TCP/IP协议实现数据传输，通过IP地址寻找目的服务器地址, 支持广播和发布/订阅两种应用模式，能够提供基础的消息传输、信息同步以及客户/服务动态发现能力；客户端代理负责应用客户的注册，把客户端调用转换成服务端可识别的消息请求，同时接收服务端返回的计算结果并解释为用户可理解的形式；服务端代理负责逻辑计算模型的注册，能够响应客户端的消息请求，根据传递过来的命令代号和模型类代码查找到相应的逻辑计算模型，将客户请求交给该模型进行处理，并把计算结果返回到客户端。

3）基于XML的Logic Model描述规范 为了实现底层Logic Model的灵活扩展，以及系统未来分布式、跨平台、跨语言的发展需要，我们参照 Web Services中有关WSDL文件的技术标准[11]，建立统一的Logic Mode描述规范，提供对模型属性、模型接口、参数等元素的描述方法，为客户/服务间 Application Model与Logic Model的互操作提供统一的交换标准，其XML Scheme如图7所示。

图5 基于插件技术的客户端原理

图6 基于软件代理技术的消息中间件主要实现

图7 Logic Model的XML Schema

4 结束语

本文在传统 MVC 模式的基础上，结合分布式作战应用的特点，提出了一种基于MVC分布式作战应用框架，为作战指挥系统的开发提供了一种有效的构架解决方案。该框架通过 View、Controller、Application Model和Logic Model的分离，有助于确立良好的软件功能划分，提高了各部件的重用性；通过界面显示和业务逻辑的分离，使得界面程序员只关注系统的客户体验，业务程序员只关注业务逻辑，从而便于软件的并行开发，大大提高软件开发的质量和效率；通过业务流程模型和逻辑计算模型的合理分配，并在客户端与客户端之间、客户端与服务器端之间采用自研的消息中间件进行通信，使作战指挥系统在运行效能上有了显著的提高。

[1]Gamma E, Helm R, Johnson R, et al. 设计模式[M].李英军,等译. 北京:电子工业出版社,2000.

[2]Buschmann F, Meunier R, Rohnert H, et al. 面向模式的软件体系结构(卷 1):模式系统[M].贲可荣,, 等译. 北京:电子工业出版社,2005.

[3]吴宏森,宋顺林. MVC架构在工程项目管理系统中的应用[J].微计算机信息,2006 (22):256-258.

[4]陈乐,杨小虎. MVC模式在分布式环境下的应用研究[J].计算机工程,2006(19):642-644.

[5]刘中兵. Java Web主流框架整合开发[M].北京:电子工业出版社,2008.

[6]周敏. 基于SMQ消息中间件的军事数据交换设计与实现[J].计算机与信息技术,2007 (7):3-1.

[7]张广军,赵占龙,权东,等. 联合任务计划决策支持系统[J].系统仿真学报,2006 (2):279-281.

[8]张鹏,姜昊,许力. Eclipse插件开发[M].北京:电子工业出版社,2008.

[9]高保庆,傅秀芬,孟利等. 一个基于 MVC 的通用Client/Server应用开发框架[J].计算机技术与发展,2008 .(17):126-128.

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[11]梁爱虎. SOA思想、技术与系统集成应用详解[M].北京:电子工业出版社,2007.