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Web前端开发中的MCRV模式
 

作者:izujian, 发布于2011-11-25

 

摘要

针对前端开发中基于ajax的复杂页面开发所面临的代码规模大,难以组织和维护,代码复用性、扩展性和适应性差等问题,本文尝试以MVC思想为基础,结合Web前端开发中“内容-结构-表现-行为”相分离的开发标准,提出一种将Web页面代码分为视图(View,页面静态部分,包括内容、结构、表现)、模型(Model,负责数据缓存、数据校验与本地逻辑处理、发起ajax请求)、控制器(Controller,负责用户和系统事件响应、模型和渲染器调度)、渲染器(Renderer,对视图的渲染,控制器与事件的绑定、数据搜集)的页面开发新模式,并基于此模式提出了一个开发框架原型。

1. Web前端开发面临的问题

早期的Web页开发(Web前端开发)中,Web页面较为简单,大多数Web页面的功能仅限于用HTML和简单样式展示静态信息,或向服务器发送数据,Web页面与用户的交互较少。随着Web的发展,DHTML、CSS、javascript等技术出现,Web页不再仅限于展示静态信息,动态、交互成为Web页的主流功能之一。与此同时,Web页代码规模也变的较大,页面中的HTML、CSS、Javascript等代码往往混杂在一起,如何很好的组织这些代码,使Web客户端程序具有很好的结构,易于阅读和维护,成为Web前端开发人员面临的一个难题。在实践中,业界提出了“内容(Content) - 结构(Structure) - 表现(Presentation) - 行为(Behavior)”相分离的Web页开发标准。在这种标准中,一个Web页代码可以分为如下四个部分:

内容:页面实际要传达的真正信息,包含数据、文档或者图片等。 结构:对内容的划分,使内容更加具有逻辑性,易用性;类似页面的标题、作者、章、节、段落和列表。 表现:用来描述内容外观,称之为“表现”,主要指CSS样式。 行为:行为就是对内容的交互及操作效果;行为控制主要通过javascript实现。

内容 - 结构 - 表现 - 行为(CSPB)开发标准对Web页包含的的代码进行了分类,使代码各个部分得到很好的分离,使Web页初步具有了良好的结构。

随后,Web进入了崭新的Web2.0时代,以Gmail为代表的Web2.0应用大量出现,并且取得很大的成功。这类Web页的典型特征是用一个基于ajax技术的无刷新的页面完成大量复杂的功能。此类页面包括Web IM、Web Map、Gmail等应用,统称为one-page Web应用。同时,在企业级Web开发中,一个Web页同时完成多个复杂功能的情况也越来越多。在这些复杂Web页应用中, Javascript代码是此类富客户端应用程序的核心,负责与用户的复杂交互和页面展现。One-page Web页面Javascript代码规模往往非常庞大,逻辑复杂,动则千行以上,有时甚至需要一个团队来完成一个页面的开发。如何合理组织大量的Javascript代码,使之具有良好的扩展性,能够适应需求的变化,使代码易于维护,是广大Web前端开发人员面临的一大挑战。

纵观Web应用程序开发的历史,Web后端开发(PHP、J2EE、ASP.NET)与Web客户端开发的发展过程有一定的相似性,曾面临类似的问题。最初,Web程序功能简单,代码较少时,所有的控制、逻辑、UI展现代码混杂在一起;随着Web发展,程序规模变大,按原有方式开发出的程序显然不具有良好的结构,不利于大规模开发和后期维护,也不利于Web开发人员工作和角色的进一步细分,代码复用性差,瓶颈开始出现。Web后端程序设计者的解决方法是进行代码分类,将控制代码与展现代码开始分离, 于是Web后端开发从所谓的Model1发展到Model2;同时,传统桌面程序设计中的MVC(模型-视图-控制器)设计模式被引入,负责程序数据与逻辑计算的部分进一步分离出来,形成了Web后端开发中的MVC开发模式。MVC设计模式贯穿了软件工程分而治之的思想,有效解决了Web后端程序设计中的代码组织和复用问题。采用同一设计模式(MVC)也使代码更容易被他人理解,保证代码可靠性;它使Web开发工作可以细分为业务逻辑开发和UI展现开发。因此,MVC也利于团队开发。那么,MVC设计思想是否也能应用在前端开发中解决相关问题呢?既然问题具有许多相似性,笔者沿着相同的解决思路来试图解决前端开发中的代码组织问题。

2. MVC设计模式

在提出本文提出的MCRV设计模式之前,有必要对其所基于的MVC设计模式进行阐述。

MVC这个概念很早之前就被人提起[1],它代表一种设计思想。MVC是Model-View-Conroller的缩写,即模型 - 视图 - 控制器。这种开发模式将一个应用程序分为三个部分,模型(model)实现商业逻辑,提供数据;视图(view)负责向用户呈现界面和接受用户交互;控制器(controller)则负责响应用户交互请求,对用户请求进行翻译,根据不同的请求调用模型,执行商业逻辑。控制器本质上是一个调度器 (dispatcher),通过其包含的各个方法(action)来执行具体的商业逻辑。MVC各个部件以最小的耦合性协同工作,从而使程序具有良好的可扩展性和可维护性和复用性。

MVC设计模式最开始被用于桌面程序设计,典型地用于相同的数据需要不同的用户交互界面的设计场景。在经典的MVC设计思想中,控制器负责响应用户事件,根据事件类型和参数调用模型或改变视图。每个模型对应一个或者多个视图,当模型被控制器调用而得到改变时,模型向所有向其注册过的视图发送通知,视图根据从模型的中得到的信息改变外观。这种设计模式可以用图1表示。可以看出经典MVC设计模式中Controller、Model 都可以改变视图。

图1 经典MVC

基于MVC模式的Web开发(后端)一般可以用图2表示。在这种模式下,controller负责解析用户浏览器请求的URL,根据URL自动调用controller中的不同的Action响应用户请求。Action调用model,然后将model返回的数据填充到view中,view被返回给用户浏览器。Web服务端开发中典型的采用MVC模式的框架有CakePHP、Structs、Spring等等。'

图2 Server端Web开发中的MVC

相对于早期的经典MVC模式,Web开发中的MVC模式存在一些变化,因为对于一个桌面应用程序而言,可以很方便地将视图注册给模型,当模型数据发生改变时,即时通知视图页面发生改变;而对于Web应用而言,即使将多个页面注册给一个模型,当模型发生变化时,模型无法主动发送消息给Web页面(因为Web应用都是基于请求/响应模式的),只有当用户请求浏览该页面时,控制器才负责调用模型数据来更新Web页面。同时,Web开发中的MVC也比经典MVC具有更小的耦合性,因为Model不再与View发生交互,因此程序的结构更加良好,使Web前端开发和业务逻辑开发相分离变的简单。

对于具有复杂交互逻辑和丰富界面的程序来说,MVC已被实践证明是一种行之有效的设计和开发思想。采用MVC设计模式的系统具有较好的结构,较低的耦合性,代码具有很好的维护性,能够适应复杂的业务逻辑和视图展现变化。它也非常适合团队开发,使开发人员分为不同的角色,专注于自己负责部分的开发。

3. MCRV设计模式

综上所述,MVC是解决具有复杂交互界面、代码规模大的应用程序面临代码组织、复用问题的有效设计模式。基于此,本文尝试基于MVC设计思想解决前端开发中的类似问题。

然而,在前端页面开发中不能直接套用MVC设计模式。因为,前端开发中的Web页面包含了HTML、CSS、Javascript等多个种类的代码,相对Web后端来说,Web页面整体就是一个负责UI展现、用户本地交互、发送服务请求的大View,与经典MVC及Web后端开发MVC模式中的View皆有不同。因此,需要具体问题具体分析。

首先对Web页面中的HTML、CSS、Javascript等代码进一步分析,明确它们的具体功能分类。根据业界提出的Web开发标准,Web页首先被分为了"内容-结构-表现-行为"几个部分。内容、结构、表现是页面的静态部分,主要负责UI的展现,用户操作指令(键盘、鼠标)的接受,因此,内容、结构、表现属于视图 (View)的范畴。行为主要就是Javascript代码,负责对用户操作指令的响应。在复杂ajax应用中, Javascript代码的功能一般包括:响应用户指令,执行数据验证/处理、执行客户端交互逻辑,向服务器发送ajax请求,接受并处理服务器返回的数据,根据数据改变UI(向页面结构填充内容数据、变换样式等)。基于模型-视图-控制器分离的思想,Javascript代码中的数据验证/处理、本地业务逻辑计算、向服务器发请求获取数据的功能,对应模型(Model)的功能;响应(翻译)用户操作指令,根据指令执行业务逻辑处理的功能,属于控制器(Controller)的功能;而接受处理过的数据,根据数据修改页面的内容/结构/样式的功能既不属于控制器的功范畴,也不属于模型的功能范畴,这部分代码因为根据数据对View进行呈现(render),可以命名为Renderer(渲染器或呈现器)。

根据前述分析,本文提出了MCRV设计模式,如图3所示。阐述如下:

图3: MCRV开发模式

M(Model):模型,完成数据验证、数据处理,执行客户端业务逻辑计算,或向服务器发起ajax请求调用服务端逻辑、接受返回的数据,将处理后的数据返回控制器。 C(Controller):控制器,控制器响应View上的事件,根据事件调度执行模型的业务逻辑,从业务逻辑获取返回数据,调度相应的渲染器(Render)来完成界面展现。在这个过程中控制器会有数据的传递:控制器调用模型中的逻辑时会传送Renderer搜集的数据(form表单各域的name/value、其他控制参数),模型执行逻辑后返回作为执行结果的数据给控制器,控制器根据数据来调用渲染器(renderer)来完成界面呈现(rendering),呈现(rendering)就是修改页面结构、内容和样式的过程。数据传递过程可以用图4表示。 R(Renderer):渲染器(呈现器),渲染器被控制器调用,接受从控制器传递的数据,完成对界面的具体渲染。渲染器也负责控件(widget)的初始化,及建立Controller与具体事件的对应关系,事件发生时负责搜集View上的数据传送到Controller。 V(View):视图,视图是用户最终看到的整个Web界面,由结构、内容、样式(表现)等静态内容共同构成;View由Renderer进行初始化渲染和修改。

图4:数据传递过程

可以看到在MCRV开发模式中,Controller处于控制中心的位置,Model完成具体的商业逻辑计算以及向后端发起ajax请求返回数据的功能。Controller与Model、Renderer之间的交互本质上是数据交互的过程,它们之间存在着一个数据流,如图4所示。因此,制定Controller、Model、Renderer之间的交互接口时,数据格式定义很重要。

4. 基于MCRV设计模式的Demo

下面是一个用MCRV模式来开发的Demo页面,页面的功能是用表格展示和修改用户信息。Javascript使用了jQuery库。页面界面如图5所示。页面代码在程序清单1中

图5:基于MCRV设计模式的用户管理Demo

程序清单1

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">

<html>

<head>

<meta http-equiv="content-type" content="text/html;charset=utf-8">

<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=7"/>

<title>MCRV 设计模式 Demo</title>

<style type="text/css">

/********表现*********/

table{width:100%;border-collapse: collapse;}

td{border: 1px solid black;padding: 2px;}

#container {width:800px;margin:0px auto;}

#tbUsers{margin:20px auto;}

#tbUsers th{background-color: navy;color:white;text-align: center;vertical-align: middle;border:1px solid navy}

#tbUsers td{text-align: center;}

.editCaption{width:100px;text-align: right;}

.buttonMargin{margin:0px 20px;}

.buttonContainer{text-align: center;vertical-align: middle;height:50px}

</style>

<script src="./jquery-1.3.2.min.js" type="text/javascript" charset="utf-8"></script>

</head>

<body>

<!-------结构--------->

<div id="container">

<table id="tbUsers">

<thead><th>id</th><th>姓名</th><th>年龄</th><th>修改</th></thead>

<tbody/>

</table>

<div style="display: none;" id="dvEditPanel">

<form id="frmModify" name="frmModify">

<table>

<tr>

<td class="editCaption"> id: </td>

<td><span id="spID"></span></td>

</tr>

<tr>

<td class="editCaption"> 姓名: </td>

<td><input type="text" size="20" id="txtName"/></td>

</tr>

<tr>

<td class="editCaption"> 年龄: </td>

<td><input type="text" size="20" id="txtAge"/></td>

</tr>

<tr>

<td colspan="2" class="buttonContainer">

<button id="btnSubmitModify" class="buttonMargin" type="button">提交</button>

<button id="btnCancelModify" class="buttonMargin" type="button">取消</button>

</td>

</tr>

</table>

</form>

</div>

</div>

<script>

/***************************行为********************************/

var UserManagerMCR;

$(function()

{

UserManagerMCR=new MCR(UserController,UserModel,UserRenderer);

});

/*

* MCR 三元组

*/

function MCR(Controller,Model,Renderer)

{

    this.controller=new Controller();

    this.model=new Model();

    this.renderer=new Renderer();

    this.controller.model=this.model;

    this.controller.renderer=this.renderer;

    this.model.controller=this.controller;

    this.renderer.controller=this.controller;

    if(typeofthis.model.init=="function")

    {

        this.model.init();

    }

    if(typeofthis.renderer.init=="function")

    {

        this.renderer.init();

    }

     if(typeofthis.controller.init=="function")

    {

        this.controller.init();

    }

}

/*

* 控制器

*/

function UserController()

{

    this.init=function()

    {

        this.initUserList();

    }

this.initUserList=function()

{

     var list=this.model.getUserList();

     this.renderer.renderUserList(list);

}

this.beginModify=function(data)

{

     var user=this.model.getUserByID(data.id);

     this.renderer.showModifyUI(user);

}

//提交修改

this.submitModify=function(user)

{

     var result=this.model.modifyUser(user);

     if(result.success)

     {

         var list=this.model.getUserList();

         this.renderer.renderUIWhenSubmitModifySuccess(list);

     }

     else

     {

         alert(result.msg);

     }

}

//取消修改

this.cancelModify=function()

{

    this.renderer.hideModifyUI();

   }

}

/*

* 模型

*/

function UserModel()

{

    //模拟的数据,实际应用中经常从服务器获取

    this.init=function()

     {

         this.data = [

        {id:0,name:"John",age:22},

             {id:1,name:"Tom",age:30},

                 {id:2,name:"Tony",age:25}

             ];

         }

        //获得用户数据列表

        this.getUserList=function()

         {

            //todo ,可能ajax从后端返回

             returnthis.data;

         }

        //获得用户数据

         this.getUserByID=function(id)

        {

             var ix;

             $.each(this.data,function(i,item){if(item["id"]==id ) { ix=i; returnfalse;}});

            returnthis.data[ix];

         }

        //修改用户数据

         this.modifyUser=function(user)

         {

            var result={success:true,msg:"修改成功"};

         //todo,验证参数user

        //todo,修改用户数据

        $.each(this.data,function(i,item)

         {

             if(item["id"]==user["id"])

             {

                item["name"]=user["name"];

                 item["age"]=user["age"]

                 returnfalse;

            }

        });

    return result;

     }

}

/*

* 渲染器

*/

function UserRenderer()

{

    this.init=function()

     {

        var me=this;

        $("#btnSubmitModify").click(function()

        {

             var user={id:$("#spID").text(),name:$("#txtName").val(),age:$("#txtAge").val()};

            me.controller.submitModify(user);

         });

        $("#btnCancelModify").click(function()

         {

             me.controller.cancelModify();

         });

         $("#tbUsers .modify").live("click",function()

        {

             var id=$(this).attr("uid");

            me.controller.beginModify({"id":id});

        });

     }

    this.renderUserList=function(list)

    {

        var htm=[];

        for(var ix=0;ix<list.length;ix++)

        {

            htm.push("<tr><td>"+list[ix]["id"]+"</td>"+"<td>"+list[ix]["name"]+"<td>"+list[ix]["age"]+"</td>"

             +"<td>"+"<a class='modify' href='javascript:void(0)' uid='"+list[ix]["id"]+"'>修改</a></td>"+"</tr>");

         }

        $("#tbUsers").children("tbody").html(htm.join(""));

    }

    this.showModifyUI=function(user)

     {

        $("#dvEditPanel").show();

         $("#spID").text(user["id"]);

         $("#txtName").val(user["name"]);

         $("#txtAge").val(user["age"]);

    }

    this.hideModifyUI=function()

    {

        document.frmModify.reset();

         $("#dvEditPanel").hide();

     }

    this.renderUIWhenSubmitModifySuccess=function(list)

     {

        this.hideModifyUI();

         this.renderUserList(list);

    }

}

</script>

</body>

</html>

5. 基于MCRV模式的开发框架原型

5.1 基本设计思想

框架是在一个特定的问题领域内,应用程序的部分设计与实现[2]。框架与设计模式通常是精密结合的。框架规定了应用的体系结构,使基于特定设计模式的开发能够复用公共代码;反之,框架强调设计复用,框架设计也基本上使用了设计模式,掌握了框架的设计模式可以快速掌握基于框架的应用程序开发。因此,使用MCRV设计模式进行前端开发时最好有一个与之配合的Javascript框架。

基本设计考虑:

Model、Controller、Renderer组成一个三元组MCR,一个MCR三元组中Controller对象、Model对象和Renderer对象是唯一的。

Model、Controller、Renderer可以初始化和销毁。

Controller、Model、View在需要时可以透明地引用其他对象。

数据与逻辑分离,支持数据本地存储。

一个Web页面可以有多个MCR组,即可以有多个Controller、Model、Renderer三元组分别完成不同的控制、逻辑、展现。这为一个页面逻辑和交互非常复杂时,拆分为多个模块,由多人开发提供了支持。

5.2 基本对象及其关系

下面是一个基于上述考虑的基于MCRV设计模式的Javascript框架原型(以下简称MCRV框架)。

框架的基本对象:MCR、Model、Controller、Renderer、Cache。如图6所示。

图6 基于MCRV模式的框架原型

MCR:控制器(Controller)对象、模型对象(Model)和渲染器对象(Renderer)的复合对象。

  • Dispose()方法:执行MCR销毁操作,避免Javascript内存泄露;在页面unload时自动调用;这个方法自动调用Model、Controller和Renderer的dispose()方法。
  • model属性:包含的模型。
  • controller属性:包含的控制器。
  • renderer属性:包含的渲染器。

Model:模型对象。

  • init()方法:执行模型初始化。
  • dispose()方法:执行对象销毁,释放资源。
  • cahce属性:数据的缓存。

Controller:控制器对象

  • init()方法:执行控制器初始化。
  • dispose()方法:执行对象销毁,释放资源。
  • model属性:调度的模型。
  • renderer属性:控制的渲染器。

Renderer:渲染器对象

  • init()方法:执行渲染器初始化。
  • dispose()方法:执行对象销毁,释放资源。
  • controller属性:对controller的引用。

Cache:基于key-value的缓存对象

  • get()方法:基于键值获取缓存数据。
  • set()方法:设置缓存数据。
  • remove()方法:删除对应某个键值的缓存。
  • size():缓存数量。

5.3 MCRV框架与其他web其他部分的关系

基于MCRV模式的开发框架与Web页面开发其他组成部分的关系可以用图7表示。MCRV框架搭建起了js应用程序整体的结构,提供了应用程序上下文环境。MCRV框架可以与js组件库、css基础样式库和js业务逻辑组件一起作为应用程序构建的基础,并且它们之间没有依赖关系。尽管应用程序可以在js基础库(如jQuery)上开发,但是MCRV框架不依赖这些库。

图7 基于MCRV模式的开发框架与其他Web页其他部分的关系

6. 结论

实践表明,MCRV设计模式能够有效解决复杂ajax开发中面临的问题,可以使Web页面代码结构良好,降低Javascript代码的耦合性,提高复用性、适应性和灵活性,使Web页更加易于维护和重构。

参考文献

[1]. Trygve Reenskaug Taskon.Working with objects in the user interfaces.

[2]. J. Van Gurp, J. Bosch.Design, Implementation and Evolution of Object Oriented Frameworks Concepts and Guidelines.pdf.


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