浅谈“三层结构”原理与用意
2005年02月28日，AfritXia撰写
2006年12月28日，AfritXia第一次修改
序
在刚刚步入“多层结构”Web应用程序开发的时候，我阅读过几篇关于“asp.net三层结构开发”的文章。但其多半都是对PetShop3.0和Duwamish7的局部剖析或者是学习笔记。对“三层结构”通体分析的学术文章几乎没有。
2005年2月11日，Bincess BBS彬月论坛开始试运行。不久之后，我写了一篇题目为《浅谈“三层结构”原理与用意》的文章。旧版文章以彬月论坛程序中的部分代码举例，通过全局视角阐述了什么是“三层结构”的开发模式？为什么要这样做？怎样做？……而在这篇文章的新作中，配合这篇文章我写了7个程序实例（TraceLWord1~TraceLWord7留言板）以帮助读者理解“三层结构”应用程序。这些程序示例可以在随带的CodePackage目录中找到——
对于那些有丰富经验的Web应用程序开发人员，他们认为文章写的通俗易懂，很值得一读。可是对于asp.net初学者，特别是没有任何开发经验的人，文章阅读起来就感到非常困难，不知文章所云。甚至有些读者对“三层结构”的认识更模糊了……
关于“多层结构”开发模式，存在这样一种争议：一部分学者认为“多层结构”与“面向对象的程序设计思想”有着非常紧密的联系。而另外一部分学者却认为二者之间并无直接联系。写作这篇文章并不是要终结这种争议，其行文目的是希望读者能够明白：在使用asp.net进行Web应用程序开发时，实现“多层结构”开发模式的方法、原理及用意。要顺利的阅读这篇文章，希望读者能对“面向对象的程序设计思想”有一定深度的认识，最好能懂一些“设计模式”的知识。如果你并不了解前面这些，那么这篇文章可能并不适合你现在阅读。不过，无论这篇文章面对的读者是谁，我都会尽量将文章写好。我希望这篇文章能成为学习“三层结构”设计思想的经典文章！
“三层结构”是什么？
“三层结构”一词中的“三层”是指：“表现层”、“中间业务层”、“数据访问层”。其中：
n 表 现 层：位于最外层（最上层），离用户最近。用于显示数据和接收用户输入的数据，为用户提供一种交互式操作的界面。
n 中间业务层：负责处理用户输入的信息，或者是将这些信息发送给数据访问层进行保存，或者是调用数据访问层中的函数再次读出这些数据。中间业务层也可以包括一些对“商业逻辑”描述代码在里面。
对依赖方向的研究将是本文的重点，数值返回方向基本上是没有变化的。
为什么需要 “三层结构”？——通常的设计方式
在一个大型的Web应用程序中，如果不分以层次，那么在将来的升级维护中会遇到很大的麻烦。但在这篇文章里我只想以一个简单的留言板程序为示例，说明通常设计方式的不足——
功能说明：
ListLWord.aspx（后台程序文件 ListLWord.aspx.cs）列表显示数据库中的每条留言。
PostLWord.aspx（后台程序文件 PostLWord.aspx.cs）发送留言到数据库。
更完整的示例代码，可以到CodePackage/TraceLWord1目录中找到。数据库中，仅含有一张数据表，其结构如下：
|
字段名称 |
数据类型 |
默认值 |
备注说明 |
|
[LWordID] |
INT |
NOT NULL IDENTITY(1, 1) |
留言记录编号 |
|
[TextContent] |
NText |
N’’ |
留言内容 |
|
[PostTime] |
DateTime |
GetDate() |
留言发送时间，默认值为当前时间 |
ListLWord.aspx 页面文件（列表显示留言）
#001 <%@ Page language="c#" Codebehind="ListLWord.aspx.cs" AutoEventWireup="false"
Inherits="TraceLWord1.ListLWord" %>
#002 <!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.0 Transitional//EN">
#003
#004 <html>
#005 <head>
#006 <title>ListLWord</title>
#007 <meta name="GENERATOR" Content="Microsoft Visual Studio .NET 7.1">
#008 <meta name="CODE_LANGUAGE" Content="C#">
#009 <meta name=vs_defaultClientScript content="JavaScript">
#010 <meta name=vs_targetSchema content="http://schemas.microsoft.com/intellisense/ie5">
#011 </head>
#012 <body MS_POSITIONING="GridLayout">
#013
#014 <form id="__aspNetForm" method="post" runat="server">
#015
#016 <a href="PostLWord.aspx">发送新留言</a>
#017
#018 <asp:DataList ID="m_lwordListCtrl" Runat="Server">
#019 <ItemTemplate>
#020 <div>
#021 <%# DataBinder.Eval(Container.DataItem, "PostTime") %>
#022 <%# DataBinder.Eval(Container.DataItem, "TextContent") %>
#023 </div>
#024 </ItemTemplate>
#025 </asp:DataList>
#026
#027 </form>
#028
#029 </body>
#030 </html>
以最普通的设计方式制作留言板，效率很高。
这些代码可以在Visual Studio.NET 2003开发环境的设计视图中快速建立。
ListLWord.aspx 后台程序文件 ListLWord.aspx.cs
#001 using System;
#002 using System.Collections;
#003 using System.ComponentModel;
#004 using System.Data;
#005 using System.Data.OleDb; // 需要操作 Access 数据库
#006 using System.Drawing;
#007 using System.Web;
#008 using System.Web.SessionState;
#009 using System.Web.UI;
#010 using System.Web.UI.WebControls;
#011 using System.Web.UI.HtmlControls;
#012
#013 namespace TraceLWord1
#014 {
#015 /// <summary>
#016 /// ListLWord 列表留言板信息
#017 /// </summary>
#018 public class ListLWord : System.Web.UI.Page
#019 {
#020 // 留言列表控件
#021 protected System.Web.UI.WebControls.DataList m_lwordListCtrl;
#022
#023 /// <summary>
#024 /// ListLWord.aspx 页面加载函数
#025 /// </summary>
#026 private void Page_Load(object sender, System.EventArgs e)
#027 {
#028 LWord_DataBind();
#029 }
#030
#031 #region Web 窗体设计器生成的代码
#032 override protected void OnInit(EventArgs e)
#033 {
#034 InitializeComponent();
#035 base.OnInit(e);
#036 }
#037
#038 private void InitializeComponent()
#039 {
#040 this.Load+=new System.EventHandler(this.Page_Load);
#041 }
#042 #endregion
#043
#044 /// <summary>
#045 /// 绑定留言信息列表
#046 /// </summary>
#047 private void LWord_DataBind()
#048 {
#049 string mdbConn=@"PROVIDER=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;
DATA Source=C:\DbFs\TraceLWordDb.mdb";
#050 string cmdText=@"SELECT * FROM [LWord] ORDER BY [LWordID] DESC";
#051
#052 OleDbConnection dbConn=new OleDbConnection(mdbConn);
#053 OleDbDataAdapter dbAdp=new OleDbDataAdapter(cmdText, dbConn);
#054
#055 DataSet ds=new DataSet();
#056 dbAdp.Fill(ds, @"LWordTable");
#057
#058 m_lwordListCtrl.DataSource=ds.Tables[@"LWordTable"].DefaultView;
#059 m_lwordListCtrl.DataBind();
#060 }
#061 }
#062 }
PostLWord.aspx页面文件（发送留言到数据库）
#001 <%@ Page language="c#" Codebehind="PostLWord.aspx.cs" AutoEventWireup="false"
Inherits="TraceLWord1.PostLWord" %>
#002 <!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.0 Transitional//EN">
#003
#004 <html>
#005 <head>
#006 <title>PostLWord</title>
#007 <meta name="GENERATOR" Content="Microsoft Visual Studio .NET 7.1">
#008 <meta name="CODE_LANGUAGE" Content="C#">
#009 <meta name=vs_defaultClientScript content="JavaScript">
#010 <meta name=vs_targetSchema content="http://schemas.microsoft.com/intellisense/ie5">
#011 </head>
#012 <body MS_POSITIONING="GridLayout">
#013
#014 <form id="__aspNetForm" method="post" runat="server">
#015
#016 <textarea id="m_txtContent" runat="Server" rows=8 cols=48></textarea>
#017 <input type="Button" id="m_btnPost" runat="Server" value="发送留言" />
#018
#019 </form>
#020
#021 </body>
#022 </html>
PostLWord.aspx后台程序文件PostLWord.aspx.cs
#001 using System;
#002 using System.Collections;
#003 using System.ComponentModel;
#004 using System.Data;
#005 using System.Data.OleDb; // 需要操作 Access 数据库
#006 using System.Drawing;
#007 using System.Web;
#008 using System.Web.SessionState;
#009 using System.Web.UI;
#010 using System.Web.UI.WebControls;
#011 using System.Web.UI.HtmlControls;
#012
#013 namespace TraceLWord1
#014 {
#015 /// <summary>
#016 /// PostLWord 发送留言到数据库
#017 /// </summary>
#018 public class PostLWord : System.Web.UI.Page
#019 {
#020 // 留言内容编辑框
#021 protected System.Web.UI.HtmlControls.HtmlTextArea m_txtContent;
#022 // 提交按钮
#023 protected System.Web.UI.HtmlControls.HtmlInputButton m_btnPost;
#024
#025 /// <summary>
#026 /// PostLWord.aspx 页面加载函数
#027 /// </summary>
#028 private void Page_Load(object sender, System.EventArgs e)
#029 {
#030 }
#031
#032 #region Web 窗体设计器生成的代码
#033 override protected void OnInit(EventArgs e)
#034 {
#035 InitializeComponent();
#036 base.OnInit(e);
#037 }
#038
#039 private void InitializeComponent()
#040 {
#041 this.Load+=new System.EventHandler(this.Page_Load);
#042 this.m_btnPost.ServerClick+=new EventHandler(Post_ServerClick);
#043 }
#044 #endregion
#046 /// <summary>
#047 /// 发送留言信息到数据库
#048 /// </summary>
#049 private void Post_ServerClick(object sender, EventArgs e)
#050 {
#051 // 获取留言内容
#052 string textContent=this.m_txtContent.Value;
#053
#054 // 留言内容不能为空
#055 if(textContent=="")
#056 throw new Exception("留言内容为空");
#057
#058 string mdbConn=@"PROVIDER=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0; DATA Source=C:\DbFs\TraceLWordDb.mdb";
#059 string cmdText="INSERT INTO [LWord]([TextContent]) VALUES(@TextContent)";
#060
#061 OleDbConnection dbConn=new OleDbConnection(mdbConn);
#062 OleDbCommand dbCmd=new OleDbCommand(cmdText, dbConn);
#063
#064 // 设置留言内容
#065 dbCmd.Parameters.Add(new OleDbParameter("@TextContent",
OleDbType.LongVarWChar));
#066 dbCmd.Parameters["@TextContent"].Value=textContent;
#067
#068 try
#069 {
#070 dbConn.Open();
#071 dbCmd.ExecuteNonQuery();
#072 }
#073 catch
#074 {
#075 throw;
#076 }
#077 finally
#078 {
#079 dbConn.Close();
#080 }
#081
#082 // 跳转到留言显示页面
#083 Response.Redirect("ListLWord.aspx", true);
#084 }
#085 }
#086 }
仅仅通过两个页面，就完成了一个基于Access数据库的留言功能。
程序并不算复杂，非常简单清楚。但是随后你会意识到其存在着不灵活性！
为什么需要“三层结构”？——数据库升迁、应用程序变化所带来的问题
留言板正式投入使用！但没过多久，我准备把这个留言板程序的数据库升迁到Microsoft SQL Server 2000服务器上去！除了要把数据导入到SQL Server 2000中，还得修改相应的.aspx.cs程序文件。也就是说需要把调用OleDbConnection的地方修改成SqlConnection，还要把调用OleDbAdapter的地方，修改成SqlAdapter。虽然这并不是一件很困难的事情，因为整个站点非常小，仅仅只有两个程序文件，所以修改起来并不费劲。但是，如果对于一个大型的商业网站，访问数据库的页面有很多很多，如果以此方法一个页面一个页面地进行修改，那么费时又费力！只是修改了一下数据库，却可能要修改上千张网页。一动百动，这也许就是程序的一种不灵活性……
再假如，我想给留言板加一个限制：
n 每天上午09时之后到11时之前可以留言，下午则是13时之后到17时之前可以留言
n 如果当天留言个数小于 40，则可以继续留言
那么就需要把相应的代码，添加到PostLWord.aspx.cs程序文件中。但是过了一段时间，我又希望去除这个限制，那么还要修改PostLWord.aspx.cs文件。但是，对于一个大型的商业网站，类似于这样的限制，或者称为“商业规则”，复杂又繁琐。而且这些规则很容易随着商家的意志为转移。如果这些规则限制被分散到各个页面中，那么规则一旦变化，就要修改很多的页面！只是修改了一下规则限制，却又可能要修改上千张网页。一动百动，这也许又是程序的一种不灵活性……
最后，留言板使用过一段时间之后，出于某种目的，我希望把它修改成可以在本地运行的Windows程序，而放弃原来的Web型式。那么对于这个留言板，可以说是“灭顶之灾”。所有代码都要重新写……当然这个例子比较极端，在现实中，这样的情况还是很少会发生的——
为什么需要“三层结构”？——初探，就从数据库的升迁开始
一个站点中，访问数据库的程序代码散落在各个页面中，就像夜空中的星星一样繁多。这样一动百动的维护，难度可想而知。最难以忍受的是，对这种维护工作的投入，是没有任何价值的……
有一个比较好的解决办法，那就是将访问数据库的代码全部都放在一个程序文件里。这样，数据库平台一旦发生变化，那么只需要集中修改这一个文件就可以了。我想有点开发经验的人，都会想到这一步的。这种“以不变应万变”的做法其实是简单的“门面模式”的应用。如果把一个网站比喻成一家大饭店，那么“门面模式”中的“门面”，就像是饭店的服务生，而一个网站的浏览者，就像是一个来宾。来宾只需要发送命令给服务生，然后服务生就会按照命令办事。至于服务生经历了多少辛苦才把事情办成？那个并不是来宾感兴趣的事情，来宾们只要求服务生尽快把自己交待事情办完。我们就把ListLWord.aspx.cs程序就看成是一个来宾发出的命令，而把新加入的LWordTask.cs程序看成是一个饭店服务生，那么来宾发出的命令就是：
“给我读出留言板数据库中的数据，填充到DataSet数据集中并显示出来！”
而服务生接到命令后，就会依照执行。而PostLWord.aspx.cs程序，让服务生做的是：
“把我的留言内容写入到数据库中！”
而服务生接到命令后，就会依照执行。这就是TraceLWord2！可以在CodePackage/TraceLWord2目录中找到——
把所有的有关数据访问的代码都放到LWordTask.cs文件里，LWordTask.cs程序文件如下：
#001 using System;
#002 using System.Data;
#003 using System.Data.OleDb; // 需要操作 Access 数据库
#004 using System.Web;
#005
#006 namespace TraceLWord2
#007 {
#008 /// <summary>
#009 /// LWordTask 数据库任务类
#010 /// </summary>
#011 public class LWordTask
#012 {
#013 // 数据库连接字符串
#014 private const string DB_CONN=@"PROVIDER=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;
DATA Source=C:\DbFs\TraceLWordDb.mdb";
#015
#016 /// <summary>
#017 /// 读取数据库表 LWord，并填充 DataSet 数据集
#018 /// </summary>
#019 /// <param name="ds">填充目标数据集</param>
#020 /// <param name="tableName">表名称</param>
#021 /// <returns>记录行数</returns>
#022 public int ListLWord(DataSet ds, string tableName)
#023 {
#024 string cmdText="SELECT * FROM [LWord] ORDER BY [LWordID] DESC";
#025
#026 OleDbConnection dbConn=new OleDbConnection(DB_CONN);
#027 OleDbDataAdapter dbAdp=new OleDbDataAdapter(cmdText, dbConn);
#028
#029 int count=dbAdp.Fill(ds, tableName);
#030
#031 return count;
#032 }
#033
#034 /// <summary>
#035 /// 发送留言信息到数据库
#036 /// </summary>
#037 /// <param name="textContent">留言内容</param>
#038 public void PostLWord(string textContent)
#039 {
#040 // 留言内容不能为空
#041 if(textContent==null || textContent=="")
#042 throw new Exception("留言内容为空");
#043
#044 string cmdText="INSERT INTO [LWord]([TextContent]) VALUES(@TextContent)";
#045
#046 OleDbConnection dbConn=new OleDbConnection(DB_CONN);
#047 OleDbCommand dbCmd=new OleDbCommand(cmdText, dbConn);
#048
#049 // 设置留言内容
#050 dbCmd.Parameters.Add(new OleDbParameter("@TextContent", OleDbType.LongVarWChar));
#051 dbCmd.Parameters["@TextContent"].Value=textContent;
#052
#053 try
#054 {
#055 dbConn.Open();
#056 dbCmd.ExecuteNonQuery();
#057 }
#058 catch
#059 {
#060 throw;
#061 }
#062 finally
#063 {
#064 dbConn.Close();
#065 }
#066 }
#067 }
#068 }
如果将数据库从Access 2000修改为SQL Server 2000，那么只需要修改LWordTask.cs这一个文件。如果LWordTask.cs文件太大，也可以把它切割成几个文件或“类”。如果被切割成的“类”还是很多，也可以把这些访问数据库的类放到一个新建的“项目”里。当然，原来的ListLWord.aspx.cs文件应该作以修改，LWord_DataBind函数被修改成：
...
#046 private void LWord_DataBind()
#047 {
#048 DataSet ds=new DataSet();
#049 (new LWordTask()).ListLWord(ds, @"LWordTable");
#050
#051 m_lwordListCtrl.DataSource=ds.Tables[@"LWordTable"].DefaultView;
#052 m_lwordListCtrl.DataBind();
#053 }
...
原来的PostLWord.aspx.cs文件也应作以修改，Post_ServerClick函数被修改成：
...
#048 private void Post_ServerClick(object sender, EventArgs e)
#049 {
#050 // 获取留言内容
#051 string textContent=this.m_txtContent.Value;
#052
#053 (new LWordTask()).PostLWord(textContent);
#054
#055 // 跳转到留言显示页面
#056 Response.Redirect("ListLWord.aspx", true);
#057 }
...