企业应用架构模式 (2010 年度畅销榜NO.72 )

本书作者是当今面向对象软件开发的权威，他在一组专家级合作者的帮助下，将40多种经常出现的解决方案转化成模式，最终写成这本能够应用于任何一种企业应用平台的、关于解决方案的、不可或缺的手册。本书获得了2003年度美国软件开发杂志图书类的生产效率奖和读者选择奖。本书分为两大部分。第一部分是关于如何开发企业应用的简单介绍。第二部分是本书的主体，是关于模式的详细参考手册，每个模式都给出使用方法和实现信息，并配以详细的Java代码或C#代码示例。此外，整本书中还用了大量UML图来进一步阐明有关概念。
本书是为致力于设计和构建企业应用的软件架构师、设计人员和编程人员而写的，同时也可作为高等院校计算机专业及软件学院相关课程的参考教材。

引言 1
0.1 架构 1
0.2 企业应用 2
0.3 企业应用的种类 3
0.4 关于性能的考虑 4
0.5 模式 6
0.5.1 模式的结构 7
0.5.2 模式的局限性 9
第一部分 表 述
第1章 分层 12
1.1 企业应用中层次的演化 13
1.2 三个基本层次 14
1.3 为各层选择运行环境 15
第2章 组织领域逻辑 19
2.1 抉择 22
2.2 服务层 23
第3章 映射到关系数据库 25
3.1 架构模式 25
3.2 行为问题 28
3.3 读取数据 29
3.4 结构映射模式 30
3.4.1 关系的映射 30
3.4.2 继承 33
3.5 建立映射 34
3.6 使用元数据 35
3.7 数据库连接 36
3.8 其他问题 38
3.9 进一步阅读 38
第4章 Web表现层 39
4.1 视图模式 41
4.2 输入控制器模式 43
4.3 进一步阅读 43
第5章 并发 45
5.1 并发问题 45
5.2 执行语境 46
5.3 隔离与不变性 47
5.4 乐观并发控制和悲观并发控制 48
5.4.1 避免不一致读 49
5.4.2 死锁 49
5.5 事务 50
5.5.1 ACID 51
5.5.2 事务资源 51
5.5.3 减少事务隔离以提高灵活性 52
5.5.4 业务事务和系统事务 53
5.6 离线并发控制的模式 54
5.7 应用服务器并发 55
5.8 进一步阅读 56
第6章 会话状态 57
6.1 无状态的价值 57
6.2 会话状态 58
6.3 存储会话状态的方法 59
第7章 分布策略 61
7.1 分布对象的诱惑 61
7.2 远程接口和本地接口 62
7.3 必须使用分布的情况 63
7.4 关于分布边界 64
7.5 分布接口 64
第8章 通盘考虑 67
8.1 从领域层开始 67
8.2 深入到数据源层 68
8.2.1 事务脚本的数据源 68
8.2.2 表模块的数据源 69
8.2.3 领域模型的数据源 69
8.3 表现层 69
8.4 一些关于具体技术的建议 70
8.4.1 Java和J2EE 70
8.4.2 .NET 71
8.4.3 存储过程 71
8.4.4 Web Services 72
8.5 其他分层方式 72
第二部分 模 式
第9章 领域逻辑模式 76
9.1 事务脚本（Transaction Script） 76
9.1.1 运行机制 76
9.1.2 使用时机 77
9.1.3 收入确认问题 78
9.1.4 例：收入确认（Java） 78
9.2 领域模型（Domain Model） 81
9.2.1 运行机制 81
9.2.2 使用时机 83
9.2.3 进一步阅读 83
9.2.4 例：收入确认（Java） 84
9.3 表模块（Table Module） 87
9.3.1 运行机制 88
9.3.2 使用时机 90
9.3.3 例：基于表模块的收入确认（C#） 90
9.4 服务层（Service Layer） 93
9.4.1 运行机制 94
9.4.2 使用时机 96
9.4.3 进一步阅读 96
9.4.4 例：收入确认（Java） 96
第10章 数据源架构模式 101
10.1 表数据入口（Table Data Gateway） 101
10.1.1 运行机制 101
10.1.2 使用时机 102
10.1.3 进一步阅读 102
10.1.4 例：人员入口（C#） 103
10.1.5 例：使用ADO.NET数据集（C＃） 104
10.2 行数据入口（Row Data Gateway） 106
10.2.1 运行机制 107
10.2.2 使用时机 108
10.2.3 例：人员记录（Java） 108
10.2.4 例：领域对象的数据保持器（Java） 111
10.3 活动记录（Active Record） 112
10.3.1 运行机制 112
10.3.2 使用时机 113
10.3.3 例：一个简单的Person类（Java） 113
10.4 数据映射器（Data Mapper） 115
10.4.1 运行机制 116
10.4.2 使用时机 119
10.4.3 例：一个简单的数据映射器（Java） 119
10.4.4 例：分离查找方法（Java） 123
10.4.5 例：创建一个空对象（Java） 126
第11章 对象－关系行为模式 129
11.1 工作单元（Unit of Work） 129
11.1.1 运行机制 129
11.1.2 使用时机 133
11.1.3 例：使用对象注册的工作单元(Java) 134
11.2 标识映射（Identity Map） 137
11.2.1 运行机制 137
11.2.2 使用时机 139
11.2.3 例：标识映射中的方法(Java) 139
11.3 延迟加载（Lazy Load） 140
11.3.1 运作机制 140
11.3.2 使用时机 142
11.3.3 例：延迟初始化（Java） 142
11.3.4 例：虚代理（Java） 142
11.3.5 例：使用值保持器（Java） 144
11.3.6 例：使用重影（C＃） 144
第12章 对象－关系结构模式 151
12.1 标识域（Identity Field） 151
12.1.1 工作机制 151
12.1.2 使用时机 154
12.1.3 进一步阅读 154
12.1.4 例：整型键（C#） 154
12.1.5 例：使用键表（Java） 155
12.1.6 例：使用组合键（Java） 157
12.2 外键映射（Foreign Key Mapping） 166
12.2.1 运行机制 167
12.2.2 使用时机 169
12.2.3 例：单值引用（Java） 169
12.2.4 例：多表查询（Java） 172
12.2.5 例：引用集合（C#） 173
12.3 关联表映射（Association TableMapping） 175
12.3.1 运行机制 176
12.3.2 使用时机 176
12.3.3 例：雇员和技能（C#） 177
12.3.4 例：使用直接的SQL（Java） 179
12.3.5 例：用一次查询查多个雇员（Java） 182
12.4 依赖映射（Dependent Mapping） 186
12.4.1 运行机制 186
12.4.2 使用时机 187
12.4.3 例：唱片和曲目（Java） 188
12.5 嵌入值（Embedded Value） 190
12.5.1 运行机制 190
12.5.2 使用时机 190
12.5.3 进一步阅读 191
12.5.4 例：简单值对象（Java） 191
12.6 序列化LOB（Serialized LOB） 192
12.6.1 运行机制 193
12.6.2 使用时机 194
12.6.3 例：在XML中序列化一个部门层级（Java） 194
12.7 单表继承（Single Table Inheritance） 196
12.7.1 运行机制 197
12.7.2 使用时机 197
12.7.3 例：运动员的单表（C#） 198
12.7.4 从数据库中加载对象 199
12.8 类表继承（Class Table Inheritance） 202
12.8.1 运行机制 202
12.8.2 使用时机 203
12.8.3 进一步阅读 203
12.8.4 例：运动员和他们的家属（C#） 203
12.9 具体表继承（Concrete Table Inheritance） 208
12.9.1 运行机制 209
12.9.2 使用时机 210
12.9.3 例：具体运动员（C#） 210
12.10 继承映射器（Inheritance Mappers） 214
12.10.1 运行机制 215
12.10.2 使用时机 216
第13章 对象－关系元数据映射模式 217
13.1 元数据映射（Metadata Mapping） 217
13.1.1 运行机制 217
13.1.2 使用时机 218
13.1.3 例：使用元数据和反射(Java) 219
13.2 查询对象（Query Object） 224
13.2.1 运行机制 225
13.2.2 使用时机 225
13.2.3 进一步阅读 226
13.2.4 例：简单的查询对象(Java) 226
13.3 资源库（Repository） 228
13.3.1 运行机制 229
13.3.2 使用时机 230
13.3.3 进一步阅读 231
13.3.4 例：查找一个人所在的部门(Java) 231
13.3.5 例：资源库交换策略(Java) 231
第14章 Web表现模式 233
14.1 模型－视图－控制器（Model View Controller） 233
14.1.1 运行机制 233
14.1.2 使用时机 234
14.2 页面控制器（Page Controller） 235
14.2.1 运行机制 235
14.2.2 使用时机 236
14.2.3 例：Servlet控制器和JSP视图的简单演示（Java） 236
14.2.4 例：使用JSP充当处理程序（Java） 238
14.2.5 例：代码隐藏的页面控制器（C#） 241
14.3 前端控制器（Front Controller） 243
14.3.1 运行机制 244
14.3.2 使用时机 245
14.3.3 进一步阅读 246
14.3.4 例：简单的显示（Java） 246
14.4 模板视图（Template View） 248
14.4.1 运行机制 249
14.4.2 使用时机 251
14.4.3 例：分离的控制器，使用JSP充当视图（Java） 252
14.4.4 例：ASP.NET服务器页面（C#） 253
14.5 转换视图(Transform View) 256
14.5.1 运行机制 256
14.5.2 使用时机 257
14.5.3 例：简单的转换（Java） 257
14.6 两步视图（Two Step View） 259
14.6.1 运行机制 259
14.6.2 使用时机 260
14.6.3 例：两阶XSLT(XSLT) 264
14.6.4 例：JSP和定制标记(Java) 266
14.7 应用控制器 ( Application Controller) 269
14.7.1 运行机制 270
14.7.2 使用时机 271
14.7.3 进一步阅读 271
14.7.4 例：状态模型应用控制器 (Java) 271
第15章 分布模式 275
15.1 远程外观 (Remote Facade) 275
15.1.1 运行机制 276
15.1.2 使用时机 278
15.1.3 例：使用Java语言的会话bean来作为远程外观（Java）278
15.1.4 例：Web Service(C#) 281
15.2 数据传输对象（Data Transfer Object） 285
15.2.1 运行机制 285
15.2.2 使用时机 288
15.2.3 进一步阅读 289
15.2.4 例：传输唱片信息（Java） 289
15.2.5 例：使用XML实现序列化（Java） 293
第16章 离线并发模式 295
16.1 乐观离线锁（Optimistic Offline Lock） 295
16.1.1 运行机制 296
16.1.2 使用时机 298
16.1.3 例：领域层与数据映射器（Java） 298
16.2 悲观离线锁（Pessimistic Offline Lock） 302
16.2.1 运行机制 303
16.2.2 使用时机 305
16.2.3 例：简单锁管理对象（Java） 305
16.3 粗粒度锁（Coarse-Grained Lock） 310
16.3.1 运行机制 310
16.3.2 使用时机 312
16.3.3 例：共享的乐观离线锁（Java） 312
16.3.4 例：共享的悲观离线锁（Java） 316
16.3.5 例：根对象乐观离线锁（Java） 317
16.4 隐含锁（Implicit Lock） 318
16.4.1 运行机制 318
16.4.2 使用时机 319
16.4.3 例：隐含的悲观离线锁（Java） 319
第17章 会话状态模式 321
17.1 客户会话状态（Client Session State） 321
17.1.1 运行机制 321
17.1.2 使用时机 322
17.2 服务器会话状态（Server Session State） 322
17.2.1 运行机制 322
17.2.2 使用时机 324
17.3 数据库会话状态（Database Session State） 324
17.3.1 运行机制 324
17.3.2 使用时机 325
第18章 基本模式 327
18.1 入口（Gateway） 327
18.1.1 运行机制 327
18.1.2 使用时机 328
18.1.3 例：私有消息服务的入口（Java） 329
18.2 映射器（Mapper） 331
18.2.1 运行机制 332
18.2.2 使用时机 332
18.3 层超类型（Layer Supertype） 332
18.3.1 运行机制 332
18.3.2 使用时机 333
18.3.3 例：领域对象（Java） 333
18.4 分离接口（Separated Interface） 333
18.4.1 运行机制 334
18.4.2 使用时机 335
18.5 注册表（Registry） 335
18.5.1 运行机制 336
18.5.2 使用时机 337
18.5.3 例：单子注册表（Java） 337
18.5.4 例：线程安全的注册表（Java） 338
18.6 值对象（Value Object） 339
18.6.1 运行机制 339
18.6.2 使用时机 340
18.7 货币（Money） 340
18.7.1 运行机制 341
18.7.2 使用时机 342
18.7.3 例：货币类（Java） 343
18.8 特殊情况（Special Case） 346
18.8.1 运行机制 347
18.8.2 使用时机 347
18.8.3 进一步阅读 347
18.8.4 例：一个简单的空对象（C#） 347
18.9 插件（Plugin） 348
18.9.1 运行机制 349
18.9.2 使用时机 350
18.9.3 例：ID生成器（Java） 350
18.10 服务桩（Service Stub） 352
18.10.1 运行机制 352
18.10.2 使用时机 353
18.10.3 例：销售税服务（Java） 353
18.11 记录集（Record Set） 355
18.11.1 运行机制 355
18.11.2 使用时机 356
参考文献 359

1999年春天，我飞抵芝加哥为ThoughtWorks公司正在开发的一个项目担任顾问。ThoughtWorks是一个规模虽小但正在快速成长的应用开发公司。这个项目属于那种极富挑战性的企业级应用，它是一个后端租赁系统。简单说，它处理的是租户签字认可后所有与租赁有关的事务，包括发送账单、处理某些人对所租房屋资产的改造、追踪那些未按时缴纳账单的租户、指出如果某人提前归还资产应当如何处理等。在你意识到租赁合同极度复杂并且总在不断变化之前，这听起来好像并不太难实现。它的业务“逻辑”几乎不能套用任何已有的逻辑模式，因为那些“逻辑”归根到底是商人们为争夺生意而制定的，一些古怪的小改动都可能对赢得某笔交易起关键作用。因此，每次生意上的一点点胜利就意味着系统复杂性的又一次增加。 我对此类问题情有独钟：如何捕获这些复杂性，并设计一个面向对象的系统来处理它们。事实上，我一直坚信面向对象的最大优点在于它能够使复杂逻辑易于处理。为复杂业务逻辑开发一个良好的领域模型很困难，但在此问题中却是恰得其所。 当然，单纯的领域模型也并非灵丹妙药。我们的领域模型必须持久化到数据库中，但是与许多项目一样，我们当时使用的是关系数据库。我们还必须将该模型与用户界面关联起来，还要能支持远程应用程序对本软件的使用，同时还必须将我们的软件与第三方的软件包整合。这些工作都基于一种被称为J2EE的新技术，当时全世界没有人在这一方面有实战经验。 虽然J2EE是一项崭新的技术，但我们仍能从以往的经验中得到帮助。本人曾经长期使用C++、Smalltalk和CORBA来开发类似系统。ThoughtWorkers公司中许多人则有Forte方面的经验。可以说当时我们对关键架构已经有了思路，所要解决的仅是如何将之转化为J2EE实现。现在回过头来看三年前的设计，虽然它并不尽善尽美，但无疑经受住了时间的考验。 上述情况正是我撰写这本书的出发点。多年来，我曾看到过许多企业级应用项目。这些项目通常都包含相似的设计思路，这些设计思路已经被证明可以有效地处理企业应用中不可避免的复杂性。本书就是将这些设计思路升华为模式的一个起点。 本书分为两个部分，第一部分是一些叙述性的章节，它们主要讨论企业级应用程序设计中的一些重要议题。这些章节介绍了企业级应用程序架构的各种问题，并给出了大体的解决方案。而解决方案的细节则在本书的第二部分以模式的方式组织成文。这些模式仅仅是一些参考，我并不希望读者一页页地去细读。我的想法是：从头到尾将第一部分的叙述性章节读完，然后再根据兴趣和需求翻阅第二部分的有关章节。因此，本书是将简短的叙述和详尽的参考合二为一。 本书讨论的是企业级应用程序的设计。企业级应用程序涉及到大量复杂数据的显示、操纵和存储以及对这些数据进行处理的业务流程的自动化。典型的例子有预订系统、金融系统、物流补给系统以及其他种种驱动现代商业运作的系统。企业级应用和嵌入式系统、控制系统、电信系统或者桌面应用程序不同，它们有自己特有的挑战和解决方案。因此，如果你在上述那些非企业领域工作，本书对你并没有益处（除非想体会一下企业级应用程序是怎么一回事）。如果需要一本关于软件架构的通用性的书籍，我推荐[POSA]。 在构建企业级应用时有许多架构方面的问题。我想本书恐怕很难一一详细列举。在软件开发方面，本人是迭代开发方法的忠实信徒。迭代开发的核心在于只要软件对用户有用，就应当交付，即使这个软件当时并没有完成。虽然著书与编写软件之间存在诸多差异，但我认为在这一点上异曲同工。也就是说，虽然本书尚不全面，但已初具雏形，可以为读者提供有关企业级应用程序架构方面的有益建议（至少我认为如此）。本书讨论的主要议题是： * 企业级应用程序的分层 * 构建领域（业务）逻辑 * 构建基于Web的用户界面 * 将内存模块（尤其是对象）关联到关系数据库 * 在无状态环境下处理会话状态 * 分布原则 可能本书未涉及到的议题更多。我很想撰写关于组织确认、合并消息和异步通信、安全、错误处理、集群、应用集成、架构重构、构建胖客户的用户界面等方面的书籍或文章。但是，由于时空限制以及思路尚未成熟，本书将不涉及上述内容。我只能希望在不久的将来能看到一些与这些工作相关的模式。也许我会撰写本书的第2卷并加入这些内容，或者是由其他人来补遗。 当然，基于消息的通信是相当重要的问题。在进行多应用程序集成时，人们正越来越多地用到异步的、基于消息的通信方法。即便是在同一应用程序内部，基于消息的通信也值得费上一些笔墨。 本书并非针对某一特定的软件平台。从20世纪80年代末到90年代初，我开始在基于Smalltalk、C++和CORBA的项目中使用这些模式。而20世纪90年代后期我在Java方面做了大量的工作，我发现这些模式可以很好地应用于较早的Java/CORBA系统和其后基于J2EE的工作中。近来，我开始在微软的.NET平台方面做一些探索，我发现这些模式同样有效。ThoughtWorkers公司的同事也介绍了他们的经验，尤其是在Forte方面。我不敢说这些模式能够通用于所有已经和即将被用于企业级应用的开发平台，但至少到目前为止，它们已经表现出足够的可重用性。 对于大多数模式，本书提供了相应的代码示例。这些例子所用的程序设计语言是我认为大多数读者都能够阅读和理解的语言。Java就是一个很好的选择。只要熟悉C或C++就可以读懂Java代码，Java远没有C++那么复杂。基本上，大多数C++程序员都能够理解Java，但反过来却并非如此。我是面向对象的信徒，也就自然更偏爱面向对象的语言。因此，大多数代码示例使用的是Java语言。写这本书时，微软的.NET环境正逐渐成熟，它的C#语言与Java有许多相同之处。所以某些代码示例也使用了C#语言，虽然这样做会多少有一些风险，因为.NET尚未得到大量应用，使用的术语可能尚未形成惯例。这两种语言都是基于C的语言，只要能读懂其中一种，即使对另一种语言或平台并不熟悉，要读懂它也并非难事。我的目的是使用一种能够让最多的软件开发者读懂的语言，即使这种语言并非他们所擅长或偏爱的。（谨向那些喜欢Smalltalk、Delphi、Visual Basic、Perl、Python、Ruby、COBOL或其他语言的读者致歉。我知道你们认为有比Java或C#更好的语言，我也认为如此！） 示例是用来阐述和解释模式思想的。它们并非可以直接使用的解决方案；任何情况下都需要做一些工作才能将它们用于你的应用程序之中。模式只是一个有益的起点，而非最终的解决之道。 本书的读者 本书面向的是正在构建企业级应用、希望增进对架构相关问题的理解和沟通的编程人员、设计人员和软件架构师。 我假定本书的大多数读者可以归为两类：一些人所面对的需求并非大规模的，因此准备自己从零开始构建软件；另一些人则有大规模的需求，将使用某些工具。对于前者，我认为本书中提及的模式将有助于工作的启动。尽管在许多领域，所需的知识远超出本书中模式所给予的内容，但本书提供了一个比我当初进入该领域时更高的起点。对于那些工具的使用者，我希望本书能揭开工具的一些内幕，帮助他们决策如何选择工具所支持的模式中的哪一种。例如，使用对象－关系映射工具同时意味着你必须决定如何映射某些特定情况。本书所提供的模式将有助于你做出这样的决策。 当然，还可能有第三类读者，他们有大规模的需求，同时又希望亲自构建软件。在此，我首先要忠告他们的是：请先考虑使用已有的工具。我已经见过不止一个项目花费了大量时间来建造框架，而这些框架并非该项目所真正要解决的问题。如果你仍固执己见，那也只能听天由命。但要记住，本书中代码示例为提高可理解性都被有意简化过，在实际使用时，往往需要对它们大动干戈才能满足要求。 由于模式是可复现问题的通用解决方案，因此可能有的读者对这些模式已经有所接触。如果你从事企业级应用开发已经有一段时间，可能会很熟悉其中大部分模式。本书中并不包含任何新的东西，正相反：这是一本关于（我们这一行业的）已有知识的书。如果你是这一领域的新手，我希望本书将帮助你学习这些技术。如果你熟悉这些技术，我希望本书有助于你与其他人沟通。模式的重要作用就在于其创建了一个通用的词汇表，例如，你称某个类是远程外观，其他设计人员就都知道你指的是什么。 致谢 与其他书籍一样，本节将涉及到多年来以不同方式与我一起工作的很多人。他们以许多方式对本书提供过帮助。本书中一些重要内容是由他人提供的，其中某些人我可能已经无法回忆起他们的名字。在这里，我所能做的是对那些仍铭记在心的人表示感谢。 首先要感谢的是我的合作者，David Rice,他是我在ThoughtWorks公司的同事，他为本书做出了巨大的贡献：撰写了本书的1/10。当我们一起努力以保证本书能如期交付时（他当时还要从事客户支持的工作），我们曾在若干个深夜通过即时消息进行协商，交谈中他坦承他总算明白了为何写一本书是如此困难却又如此吸引人。 Matt Foemmel是ThoughtWorks公司的另一个同事。尽管他文笔犀利冷峻，是本书的一个十分中肯的批评家，但他为代码示例做出了很大的贡献。 Randy Stafford为本书贡献了服务层模式，他一直是此模式的极力倡导者。我还要感谢Edward Hieatt和Rob Mee所做的贡献，特别是Rob在复审本书时所发现的缺失。Rob是我的最佳审阅者：