Web应用的UML建模与.NET框架开发

摘要  本文通过分析Web应用的构架模式，引入UML扩展机制，实现对Web应用中各种对象的建模。探讨.NET框架下Web应用的UML建模及开发方法，并将其应用到一个实际的研究所管理系统中。实际应用表明该方法有利于降低开发的复杂性，缩短开发周期，取得了较好的效果。

　　关键词  Web应用 构架 UML建模  .NET框架  LOB
 
　　引言

　　基于Web的应用系统一般包含两部分：服务器和客户端浏览器。服务器主要对事务进行逻辑处理，而用户对服务器上业务逻辑的影响，使Web应用往往具有复杂性和高度动态性的特点。这种特点使得基于Web应用的系统开发比较复杂、管理困难。为了有效地解决上述问题，缩短开发周期，减少维护费用，主要策略是对Web应用进行建模。UML是面向对象技术领域中占主导地位的统一建模语言。此外，.NET框架在通用语言运行时CLR的基础上，提供了完善的基础类库、数据库访问技术ADO.NET和网络开发技术ASP.NET，使开发者可以快速构建Web应用。因此，本文主要探讨基于.NET框架Web应用的UML建模及开发方法，并将该方法用于作者开发的研究所管理系统中，实际应用表明该方法可以有效地降低系统开发和管理的复杂性，提高经济效益。

　　Web应用的构架模式

　　Web应用的基本构架包括浏览器、网络和Web服务器。浏览器向服务器请求Web页，Web页可能包括由浏览器解释执行的客户端脚本，而且可以与浏览器、页内容和页中包含的其他控件（Java Applet、ActiveX控件和插件等）进行交互。用户向Web页输入信息或通过超级链接导航到其它Web页，与系统进行交互，改变系统的“业务状态”。

　　1、瘦Web客户端

　　主要适用于基于Internet的应用，对客户端配置几乎没有控制。客户端只需要标准Web浏览器，可以请求和显示标准的HTML页面。所有的业务逻辑都在服务器上执行。

      客户端浏览器通过HTTP协议向服务器请求页面资源，服务器将被请求的URL解析为文件系统中的文件，或者由应用服务器处理并可能改变业务状态，得到请求的页面，返回给客户端。

　　2、胖Web客户端

　　胖Web客户端对于可以确定客户端配置和浏览器版本的Web应用是最适合的。客户端通过HTTP与服务器通信，使用DHTML、Java applet或者ActiveX控件执行业务逻辑。HTTP的无连接特性，决定了客户端脚本、ActiveX控件和Java Applet只能同客户端对象进行交互。图1显示了构架中对象之间的关系。

图1  胖Web客户端构架中的主要参与者

　　客户端显示接收的页面时，执行嵌入的脚本，这些脚本通常可以在不同的线程中执行，通过DOM接口与页面内容进行交互。

　　3、Web传输

　　Web传输模式除了使用HTTP负责客户端和服务器的通信之外，还可以使用IIOP和DCOM等协议以支持分布式对象系统。Web页面通过远程对象桩和远程对象传输协议与远程对象服务器通信，由服务器管理远程业务对象的生命周期，向客户端对象提供服务。图2显示了各组件之间的关系。

图2  Web传输构架中的主要参与者

　　远程对象桩是一个对象，在客户端执行，并与远程对象具有相同的接口。当通过这个对象调用方法时，这些方法被封装起来，使用远程对象传输协议RMI/DCOM发送到远程对象服务器，服务器解释请求，实例化并调用实际对象实例中的方法。

　　实际应用中，往往根据业务需要，综合使用上述构架。在我们的研究所管理系统中，综合采用了瘦Web客户端和Web传输构架。客户端使用了JavaScript进行客户端验证，把经过验证的数据提交服务器处理。在数据的后台管理上，采用了Web传输构架，保持客户端与服务器的开放连接，以便进行较长时间的、较复杂的会话。

 

UML的Web应用扩展

　　UML（Unified Modeling Language）是一种通用的可视化建模语言，适用于各种软件开发方法、软件生命周期的各个阶段、各种应用领域以及各种开发工具。但在对Web应用进行建模时，它的一些构件不能与标准UML建模元素一一对应，因此必须对UML进行扩展。

      UML的三种核心扩展机制包括构造型、标记值和约束。其中最重要的扩展机制是构造型，它不能改变原模型的结构，但可以在模型元素上附加新的语义，通常用“《构造型名》”来表示。约束是模型元素中的语义关系，定义了模型如何组织在一起，通常用一对“{}”之间的字符串表示。标记值是对模型元素特性的扩展，大多数的模型元素都有与之关联的特性，通常用带括号的字符串表示。

　　1、Web页建模

　　Web页可能同时包含客户端脚本和服务器端脚本，因此必须分别进行建模。服务器端Web页面一般包含由服务器执行的脚本，每一次被请求时都在服务器上组合，更新业务逻辑状态，返回给浏览器。客户端Web页可能包含数据、表现形式甚至业务逻辑，由浏览器解释执行，并可以与客户端组件相关联，如Java Applet、ActiveX、插件等。两者之间通过定向关系相互关联。这种关联关系的构造型为?build?。

　　Web应用中的超级链接代表导航路径，用构造型为?link?的关联关系表示。标记值用于定义随超级链接请求传递的参数列表，供服务器端Web页使用。图3描述了Web页之间的关系。

图3  Web页之间的关系

　　.NET框架中大多数建立的是服务器端Web页，经编译后生成HTML代码传递到客户端浏览器。同时，为了提高效率，对于那些不包含业务逻辑的Web页，在.NET框架中可以直接用HTML元素建立客户端Web页，再建立起与对应的服务器端Web页之间的调用关系。

　　2、表单建模

　　表单是Web页的基本输入机制，包括<input>、<select> 和 <textarea>等输入元素，用《Form》构造型进行建模。《Form》没有操作，与之交互的操作是包含表单的Web页的特性。它可以与作为输入控件的 Applet或ActiveX 控件关联，还可以把表单内容提交到服务器进行处理。图4描述了含有表单的客户端Web页与服务器的交互过程。

图4  包含表单的客户端Web页与服务器的交互过程

　　.NET中每一个页面只有一个表单，包含所有的输入元素，通常表现为服务器端控件或客户端控件，其中服务器端控件由服务器端Web页经过编译后传送到客户端。

　　3、组件建模

　　Web应用中的组件分为服务器端组件和客户端组件两类。服务器端较复杂的业务逻辑通常由中间层完成，包括一组封装了所有业务逻辑的已编译好的组件。因此，使用中间层不仅可以提高性能，而且可以共享整个应用的业务功能。客户端Web页中常见的组件是Java Applet和ActiveX，利用它们访问浏览器和客户端的各种资源，实现HTML无法实现的功能。

　　Web应用扩展定义了《static page》和《dynamic page》两个抽象组件构造型。《static page》实现客户端组件。《dynamic page》的主要任务是在运行时系统的物理文件和逻辑视图中的逻辑表现之间提供映射。图5和图6分别表示这两种组件实现的逻辑视图。

图6  由《static page》实现的客户端组件

 

图5  由《dynamic page》实现的逻辑视图类

　　4、框架建模

　　Web应用扩展定义了构造型《frameset》和《target》以及关联关系构造型《targeted link》来实现对框架的建模。《frameset》直接映射到HTML的<frameset>标记。《target》表示当前Web页引用的其它Web页或框架。《targeted link》是指向另一个Web页的超级链接，但它要在特定目标中才能提供。图7显示了论文管理的框架模型

图7  论文管理框架模型

基于.NET框架的Web应用开发

　　.NET框架是一种基于通用语言的编程框架，提供了崭新的编程模型：WebForm模型和WebService模型，提供了完善的基础类库、数据库访问技术ADO.NET和网络开发技术ASP.NET，为Web应用的开发提供了强有力的支持。

　　1、Web页的实现

　　.NET框架提供了WebForm开发模型，利用内嵌的各种服务器组件来生成服务器端Web页。它可以包含一些重要的页面元素：用户控件或者自定义控件等。用户控件User Control在.NET框架中是以.ascx为扩展名的文件，可以在多个Web页面中使用，实现代码的重用。自定义控件Custom Control是在.NET中创建或在原有控件上进行修改，添加新功能，以实现特定需求的控件，可以被多个应用程序调用。

　　2、Web页导航方式

　　.NET框架中的页面导航方式体现了Web页之间的关系，可以用下列四种方式实现。

　　（1）超级链接

　　使用HTML超链接控件或HyperLink控件可以实现页面之间的链接。其中HyperLink服务器控件允许在代码中改变其NavigateUrl属性，从而构造出具体目标可根据应用的当前状态动态变化的超链接。

　　（2）用Response.Redirect 实现

　　当Response.Redirect( )方法被调用时，创建HTTP应答，其中指出了状态代码302（表示目标已经改变）和新的目标URL。浏览器接收到该应答，发出一个对新URL的请求。 即重定向操作发生在客户端，涉及到两次与服务器的通信。

　　（3）用Server.Transfer 实现

      这种方法把执行流程从当前的ASPX页面转到同一服务器上的另一个ASPX页面。但新的页面仍使用前一页面创建的应答流。 浏览器中的URL不会改变，重定向完全在服务器端进行。因此，这种方法能够避免不必要的网络通信，获得较好的性能和浏览效果。

　　（4）用Server.Execute 实现

　　此方法允许当前的ASPX页面执行同一服务器上的指定ASPX页面，指定的ASPX页面执行完毕后，控制流程返回原页面中发出Server.Execute( )调用的位置，被调用页面能够访问调用页面的表单数据和查询字符串集合。默认情况下，被调用页面的输出追加到当前应答流。但是，Server.Execute( )方法有一个重载的方法，允许通过一个TextWriter对象获取被调用页面的输出，而不是直接追加到输出流，这样，在调用页面中可以方便地调整被调用页面输出结果的位置。 

　　3、数据库操作

　　数据库处于Web应用的最底层，存放系统数据和部分后台数据库逻辑，如存储过程、触发器等。它与业务逻辑层和用户界面分开，易于管理和维护，执行效率高，安全性能好。

　　（1）Oracle数据库操作

　　.NET框架提供了System.Data.OracleClient和System.Data.OleDb 命名空间，实现对Oracle数据库的支持，其中前者的针对性较强，本文的实例中使用了此命名空间。

　　数据库连接字符串为连接数据库提供必要的参数，通常保存在配置文件web.config中，以简化代码实现和便于部署。

　　Web应用中对数据库的操作频繁，通常情况下，把对数据库的各种操作集成在一个数据库操作类中，在需要进行数据库操作的地方只需调用此类的各种方法即可。

　　（2）Oracle数据库中LOB对象的存取

　　Web应用中的二进制文件、图片、大段文本等在数据库中的存取，通常都要用大对象（LOB）实现。.NET框架提供了OracleLob类来完成对Oracle中BLOB、CLOB、NCLOB等数据类型的操作。Oracle中实现大段文本存入CLOB字段的过程可以表示为：

　　①用SQL语句向数据库中添加一个CLOB字段为empty_clob( )的记录；

　　②开始事务，锁定刚加入的记录，把要写入CLOB字段的内容用流或CLOB的Write( )方法写入；

　　③提交事务，完成对CLOB字段的写入；

　　Oracle中对CLOB类型数据的读取过程相对简单，不需要对数据库记录进行锁定：

　　①执行SQL 语句获得OracleDataReader对象；

　　②用OracleDataReader对象的GetOracleLob( )方法得到要读取的CLOB字段的OracleLob对象；

　　③用OracleLob对象的Read( )方法或流读出CLOB字段的内容；

　　结束语

　　系统建模对软件开发过程相当重要，UML的扩展机制为Web应用的建模提供了必要的支持。.NET框架为Web应用的开发提供了很好的解决方案。本文首先分析了常见的Web应用的构架模式，然后把Web应用的UML建模与基于.NET框架的开发结合起来，提出了对Web应用中的各种对象进行建模的方法，对开发过程中的相关重要问题进行了阐述，并针对现有文献中较少涉及的Oracle数据库的操作提供了详细的解决步骤，希望能起到抛砖引玉的作用。