Java 中的分层架构模式：构建可扩展和可维护的应用程序

约 3 分钟

也称为

N 层架构

分层架构设计模式的意图

分层架构设计模式有助于将应用程序组织成不同抽象级别上的子任务组，方便独立开发和维护各个层。

分层架构模式的详细解释，并附带实际示例

实际示例

想象一下建造一座现代高层建筑，这类似于在软件开发中使用分层架构设计模式。这种模式允许每个软件层（例如数据层、服务层和表示层）在保持独立性的同时，支持无缝交互，从而提高可维护性和可扩展性。就像一座建筑被分成基础、结构层、住宅层和屋顶，每个层都有特定的功能，并使用不同的材料和技术建造一样，软件应用程序也可以类似地构建。
在这个比喻中，基础代表数据层，负责管理数据库操作。结构层类似于服务层，其中包含业务逻辑和规则。住宅层与表示层平行，表示层处理用户界面和交互。最后，屋顶可以看作是 API 层，允许外部系统与应用程序进行通信。
就像建筑中的每一层都建造成支持其上层和下层一样，每个软件层都支持与其相邻层无缝交互，同时保持一定程度的独立性。这种结构便于维护和更新，例如翻新内部（表示层）而不会影响底层结构（业务逻辑和数据层）。

简单来说

分层架构模式将软件组织成层次化的任务组，每个任务组封装在不同的层中，这些层相互交互，便于维护、扩展和明确分离关注点。

维基百科说

在软件工程中，多层架构（通常称为 N 层架构）或多层架构是一种客户端-服务器架构，其中表示、应用程序处理和数据管理功能在物理上是分开的。

Java 中分层架构的编程示例

在数据层，我们保留了蛋糕的构建块。Cake 由层和顶部组成。

@Entity
public class Cake {
  @Id
  @GeneratedValue
  private Long id;
  @OneToOne(cascade = CascadeType.REMOVE)
  private CakeTopping topping;
  @OneToMany(cascade = CascadeType.REMOVE, fetch = FetchType.EAGER)
  private Set<CakeLayer> layers;
}

服务层提供 CakeBakingService 以便于访问蛋糕的不同方面。

public interface CakeBakingService {
  void bakeNewCake(CakeInfo cakeInfo) throws CakeBakingException;
  List<CakeInfo> getAllCakes();
  void saveNewTopping(CakeToppingInfo toppingInfo);
  List<CakeToppingInfo> getAvailableToppings();
  void saveNewLayer(CakeLayerInfo layerInfo);
  List<CakeLayerInfo> getAvailableLayers();
}

在顶部，我们有负责渲染蛋糕的 View。

public interface View {
  void render();
}
@Slf4j
public class CakeViewImpl implements View {
  private final CakeBakingService cakeBakingService;
  public CakeViewImpl(CakeBakingService cakeBakingService) {
    this.cakeBakingService = cakeBakingService;
  }
  public void render() {
    cakeBakingService.getAllCakes().forEach(cake -> LOGGER.info(cake.toString()));
  }
}

分层架构模式的类图

何时在 Java 中使用分层架构模式

这种模式适用于构建可以划分成组的应用程序，每个组都有特定的角色或责任。它在企业应用程序中很常见，简化了依赖关系，提高了可维护性，并支持扩展和技术堆栈分离。

在以下情况下使用分层架构

您希望将软件责任明确地划分到程序的不同部分。
您希望阻止更改在整个应用程序中传播。
您希望使应用程序更易于维护和测试。

Java 中分层架构模式的实际应用

Web 应用程序，其中表示、业务逻辑和数据访问层是明显分开的。
企业系统，其中核心功能与界面应用程序和数据库隔离。

分层架构模式的优点和权衡

优点

通过关注点分离提高了可管理性
更易于更新或修改一个层而不影响其他层
促进功能重用。

权衡

由于层交互，可能会出现性能开销
层管理的复杂性
在设计有效层分配方面存在挑战。

模型-视图-控制器：通过将应用程序划分为输入、处理和输出，共享关注点分离。分层架构通常在其表示层中实现 MVC。
面向服务的架构 (SOA)：两种模式都强调模块化，但 SOA 更侧重于可以在不同系统中重用的分布式服务。