基于J2EE的分布式框架设计和实现

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3.0 陈辉 2024-11-19 5 4 1.91MB 74 页 15积分

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摘要

三层/多层体系结构是目前大型企业级应用所采用的主要结构形式。建立健

壮的、多层的、结构开放的和可重用的分布式企业级应用是目前系统开发的前沿

课题。

框架(Framework)是一个可复用的设计组件，它规定了应用的体系结构，阐

明了整个设计、协作组件之间的依赖关系、责任分配和控制流程，表现为一组抽

象类以及其实例之间协作的方法，它为组件复用提供了上下文(Context)关系。本

文正是从框架作为切入点，通过研究 J2EE 多层体系框架的各种组件技术的优点

与不足，结合分析多种开源的框架如 WEB 层框架、持久层框架、逻辑业务层框

架，提出了一种通用、健壮、安全的分布式体系框架。

文章首先介绍了 J2EE 多层体系框架的概念及由来，进而分析了 J2EE 平台

中各种应用组件，重点分析了 JSP、EJB 组件技术，分析了各层之间的通信方式

及耦合程度。

其次，文章分析了当前流行的开源框架如 WEB 框架、持久层框架。在讲述

WEB 框架之前先分析了当前 WEB 应用开发的模式 MVC，然后重点研究了实现

MVC 模式的 Struts 和Webwork，分析这两种 WEB 层的框架体系的组件及实现

原理。接着对比了四种持久方案 JDO、Entity EJB、IBatis、Hibernate 的优点与缺

陷，重点分析了 Hibernate 的体系结构、编程接口、核心 API 及其工作方式。

在分析了多种应用框架后，文章提出一种新的基于 J2EE 的多层体系的框架。

该框架糅合了 J2EE 的各种优秀组件技术如 Servlet、

JSP、

EJB 及其先进的分层思

想，再综合了其它开源框架体系的优点，在设计业务层时大量应用了设计模式，

克服了 J2EE 本身结构体系中存在的一些问题。

文章最后详细描述了 IP 业务分析及管控系统的实现。该实现应用了本文提

出的多层体系框架，成功实现了 WEB 层与业务层的分离，同时也解耦了业务层

与数据库层的关系，提高了系统的可收缩性、低耦合性、强壮性。

本课题采用了 Java 技术，开发过程遵循 RUP，借鉴吸收了目前面向对象开

发领域的前沿思想和技术。主要成果是：

1实现了真正意义上的多层体系结构，将业务逻辑封装在 EJB 组件中，

EJB 组件可以专心做自己的业务逻辑，只需提供接口供表示层调用，不用考虑与

数据库的交互，只需调用持久层提供的接口。

2在持久层使用 Hibernate 技术，实现了业务层与数据库层的分离，将数

据库封装起来，对业务层来说，数据库层是透明的。

3广泛应用设计模式，借鉴前人的研究成果，充分体现了面向接口编程

的思想，提高了软件的可扩展性。在设计软件的过程中还利用了开放与封闭原则，

大大提高了可维护性，可以轻易增加新模块、新功能。

关键词：EJB JSP Hibernate Struts 分布式体系 J2EE 平台

ABSTRACT

Three-tier/multi-tier architecture is the main structure of today’s large scale

enterprise application. To build a robust, multi-tier, open-architecture and reusable

distributing enterprise application is the frontier subject of system development.

Framework is a reusable design component which provides application system

architecture and explains the dependent relation, responsibility distribution, control

processes between whole design and collaborated components. Framework can also be

said is a group of abstract classes and collaborated methods of the abstract class instants.

Framework provides the context for components to be reused. This paper is from the

framework as a starting point and researches the component’s advantage and

disadvantage of J2EE multi-tier architecture framework. The paper also analyzes a

variety of opensource framework such as web-tier framework, persistence-tier

framework, and business-tier framework. Finally, this paper proposes a general, robust,

secure distributed system framework based on all the frameworks that have been

demonstrated above.

This paper firstly introduces the concept of J2EE multi-tier system architecture and

analyzes various application components especially JSP, EJB. Also, this paper analyzes

the communication way and the coupling degree between every tier.

Secondly, this paper analyzes currently popular frameworks such as Web layer

frameworks and persistence layer frameworks. Before talking about the Web

frameworks this paper analyzes MVC pattern which is adopted in Web application

development currently. Then, this paper researches Struts and Webwork which realizes

MVC pattern. two Web-tier framework components and principles are analyzed.

Consequently, after comparing the merits and shortcomings of four persistence tools

such as JDO, Entity EJB, IBatis, Hibernate, the paper focus on the Hibernate structure,

programming interfaces, the core API and work principle.

Lastly, this article proposes a new multi-tier framework based on J2EE. The

framework combines various good components technologies such as Servlet, JSP, EJB,

advanced hierarchical thinking and the merits of other frameworks. The framework

adopts many design patterns in designing the business layer, overcoming many

problems which exist in J2EE architecture.

The article detailed describes the IP business analysis and control system which

realizes the multi-tier framework that has been proposed. The system separates Web

layer and business layer successfully, decoupling business layer and database layer.

The topic adopts Java technology, following RUP process and absorbing the

advanced theories and technologies in current object-oriented development area. Major

achievements are as following:

1 The system realizes a true sense of multi-tier system architecture. Through

packaging the business logic in EJB components, EJB components can concentrate on

the logic business and only provide interfaces for presentation layer to invoke. EJB

components don’t consider the interaction with the database system and only invoke the

interfaces which have been provided by persistence layer.

2 Persistence layer realizes the separation between business layer and

database layer by taking use of Hibernate. Database layer is transparent for business

layer by packaging the database.

3 The system fully reflects the thinking of interface oriented programming,

adopting design patterns widely, improving the software scalability. Adopting

open-close principle in the process of designing software, the system improves

maintainability greatly and can be added new modules and new functions easily.

Key Word ：EJB, JSP, Hibernate, Struts, Distributed Architecture,

J2EE Platform

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 .......................................................1

§1.1 研究背景 ................................................... 1

§1.2 研究内容及其意义 ........................................... 3

§1.3 论文结构 ................................................... 4

第二章 J2EE 平台及其相关技术 ........................................ 4

§2.1 J2EE 平台 ................................................... 4

§2.1.1 J2EE 概念 ............................................. 4

§2.1.2 J2EE 架构 ............................................. 5

§2.1.3 J2EE 组件 ............................................. 6

§2.2 EJB 组件技术 ................................................ 8

§2.2.1 EJB 概念 .............................................. 8

§2.2.2 会话 Bean ............................................. 9

§2.2.3 实体 Bean ............................................ 10

§2.2.4 EJB 开发步骤 ......................................... 12

第三章各层的应用框架 ..............................................13

§3.1 WEB 层应用框架 ............................................. 13

§3.1.1 WEB 应用开发的一般模式 ............................... 13

§3.1.2 MVC 模式 ............................................. 13

§3.1.3 MVC 的优点 ........................................... 15

§3.1.4 WebWork 应用框架 ..................................... 15

§3.1.5 Struts 应用框架 ...................................... 17

§3.2 持久层应用框架 ............................................ 22

§3.2.1 面向应用程序持久层设计问题 ........................... 22

§3.2.2 四种持久方案的对比 ................................... 23

§3.2.3 Hibernate 持久框架 .................................. 25

第四章基于 J2EE 的分布式框架设计 ...................................31

§4.1 详细目标 .................................................. 31

§4.2 总体框架设计 .............................................. 31

§4.2.1 WEB 层设计 ........................................... 32

§4.2.2 EJB 层的设计 ......................................... 37

II.

§4.2.3 持久层的设计 ......................................... 43

§4.2.4 系统类的设计 ......................................... 46

第五章分布式框架应用 ..............................................49

§5.1 项目介绍 .................................................. 49

§5.2 系统设计 .................................................. 50

§5.2.1 系统的体系结构 ....................................... 50

§5.2.2 模块设计 ............................................. 50

§5.2.3 系统总体功能 ......................................... 52

§5.3 系统实现 .................................................. 53

§5.3.1 WEB 层实现 ........................................... 53

§5.3.2 EJB 层的实现 ......................................... 60

§5.3.3 持久层的实现 ......................................... 64

第六章结论与展望 ..................................................68

§6.1 本文所做的工作与成果 ...................................... 68

§6.2 不足及尚待解决的问题 ...................................... 68

参考文献 ...........................................................69

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .....................70

致谢 .............................................................71

第一章绪论

§1.1 研究背景

随着计算机技术和网络的飞速发展，面向网络的分布式应用正变得越来越广

泛。多层应用体系正是适应这种潮流而发展起来的，与传统的客户机/服务器模式

相比，这种多层模式分为三层，它在原有的客户机和数据库服务器之间增加了一

个中间层，称为应用服务器层，专门负责处理应用逻辑，并具有事务管理、连接

缓冲等功能，而客户机只需通过图形界面和客户进行交互。应用服务器的存在，

使客户机变“瘦”，把负荷均匀地分配给了应用服务器，并把客户机和数据库服务

器完全隔开，彼此独立。这样，对应用逻辑的修改只需在应用服务器上一次完成，

相对客户端而言完全透明，极大地方便了应用系统的部署及维护。在很多情况下，

为了避免客户方安装额外的程序及开发方便考虑，这个客户端采用人们经常使用

的浏览器，这也就是所谓的“浏览器/服务器”模式(B/S)模式。将应用逻辑从另外

两层中分离出来，将更适应日益复杂和不断变化的网络需求及 WEB 应用的需要。

通过应用服务器层，把应用逻辑从客户端和数据库服务器独立出来，向开发

者提供了一种创建、部署和维护大规模的网络应用系统的模块化方式，将更适合

开发复杂的网络分布式应用系统。Java 语言作为 Internet 时代备受关注的技术之一，

在开发网络应用中有重要的作用。J2EE 是Sun 公司推出的多层分布式系统开发模

型，提供了组件复用、一致性的安全模型和灵活的事物控制，并且基于 J2EE 的应

用是真正平台无关的。

作为一种企业级网络应用程序开发技术，J2EE 是目前唯一在市场上得到了广

泛应用的技术体系。J2EE 多层架构自推出以来，逐渐得到了广泛的应用，形成了

一个面向企业级的分布式、多层次的软件体系结构规范，成为企业应用开发的标

准。J2EE 的核心思想有两个：一个是分层的思想，另一个是组件的思想。软件分

层有利于软件开发的分工，使大型系统中所需的技术相互隔离。J2EE 的每一层又

定义了相应的组件开发规范，通过组件来实现层的功能，组件技术的应用大大地

提高了软件的可重用性。

J2EE 规范定义了以下种类的组件：

1) 客户端组件(Application client components、Applets)

2) WEB 层组件(JSP、Servlet)

3) 业务层组件(EJB components)

基于 J2EE 的分布式框架设计和实现

最重要的一类组件是 EJB，EJB 是用于开发和部署多层结构的、分布式的、面

向对象的 Java 应用系统的跨平台的组件体系结构。采用 EJB 可以使得开发商业应

用系统变得容易，应用系统可以在一个支持 EJB 的环境中开发，开发完之后部署

在其它的环境中，随着需求的改变，应用系统可以不加修改地迁移到其它功能更

强、更复杂的服务器上。

随着 J2EE 在实践中的大量应用，J2EE 体系存在的各种弊端也逐渐表现出来：

1) 无法快速开发出原型系统；

2) Web 层与后台逻辑层过于耦合，JSP 和Servlet 开发 WEB 系统时与后台的

业务逻辑层过于耦合，主要表现是在 JSP 页面中大量嵌入 Java 代码，或

直接在页面中进行数据库操作，使得维护起来很困难；

3) 大数据量查询性能需要优化；

4) 数据表/数据模型的更改会引起多个层面变化，修改量大，存在质量隐患

等。由于页面中经常会嵌入数据库访问语句，当在修改后台数据库模型或

表结构时，前台页面就需要重构；

5) EJB 属于重量级组件，对应用服务器要求较高，必须有专门的 EJB 服务器，

用以提供 EJB 容器来支持 EJB 的运行。而且 EJB 定义了较为复杂的 EJB

API，如果使用不当，可能导致不恰当的应用系统设计，结果使得应用系

统的总体性能下降。

针对 J2EE 体系架构中存在的这些问题，很多专家、研究机构试图一些轻量级

的、灵活的 J2EE 框架，来替代传统的使用 EJB 的J2EE 框架。WEB 层框架 Struts、

WebWork 实现了 MVC 模式，让模型、视图、控制器分离，只提供一个控制器，

解决了 WEB 层与后台业务逻辑过于耦合的状况。OR Mapping 框架 Hibernate、IBatis

提供了一组软件服务，将应用程序与其使用和操纵的数据源分离，隐藏了访问这

些数据源的数据访问 API，分离了数据访问逻辑与业务逻辑。作为某一层次的应用，

这些框架解决了 J2EE 开发过程中某一层次存在的问题，无疑是可以提高应用程序

的开发效率，但是这些框架技术都只是提供应用程序某一层次的框架，不是一个

完整的应用框架。AOP 框架 Spring 也是一个解决了许多在 J2EE 开发中常见的问

题的强大框架，它提供了管理业务对象的一致方法并且鼓励对接口的编程而不是

对类编程的良好习惯，它的终极目标是完全替代 EJB。如何把这些框架的好的方面

整合起来，形成一个通用的、高效率的、安全的框架就非常重要。一般来说，应

用框架是整个系统的可重用设计，是构建应用程序的模版，它本质上是一系列设

计模式的抽象实现，并提供一些框架基础服务。

框架(Framework)是整个或部分系统的可重用设计，表现为一组抽象组件及组

第一章绪论

件实例间交互的方法；另一种定义认为，框架是可被应用开发者定制的应用骨架。

前者是从应用方面而后者是从目的方面给出的定义。可以说，一个框架是一个可

复用的设计组件，它规定了应用的体系结构，阐明了整个设计、协作组件之间的

依赖关系、责任分配和控制流程，表现为一组抽象类以及其实例之间协作的方法，

它为组件复用提供了上下文(Context)关系。因此组件库的大规模重用也需要框架。

§1.2 研究内容及其意义

此外，由于通信技术的调整发展，网络规模不断扩大，网络复杂性的日益提

高，对网络管理系统的要求越来越高，对网络管理技术的要求也越来越高。但是

当前国内的网络管理研究进展缓慢，网管产品几乎为国外产品所垄断，这些网管

产品分为通用型和专用型，这两种产品类型都不能很好的适应国内网络的现状及

管理需求，这对我国网络的建设与发展十分不利。

IP 数据网不同于分组交换、

DDN、

帧中继、ATM 等基础网络，它是一个开放的系统，因此，IP 数据网的管理有其特

殊的复杂性。因此，研究适合我国自己情况的网络管理系统势在必行。

因此提出一个改进型的、适合大规模项目开发的、通用的框架结构就显得非

常重要。

本文要研究的主要内容是通过研究 J2EE 多层体系框架的各种技术及其存在的

缺陷或不足，试图结合多种开源的框架如 WEB 层框架，持久层框架，逻辑业务层

框架构建一种通用、健壮、安全的新型分布式框架。

在文章中，我们首先研究了 J2EE 框架的概念及由来，分析了 J2EE 的体系架

构和层次构成，分析了多层之间的通信协议及耦合程度。

其次，我们研究了 J2EE 框架的 WEB 层组件 JSP、Servlet，并进而分析了现在

流行的 WEB 层应用框架 Struts、WebWork。以前 WEB 层开发大多采用 Model 1

架构，即采用 JSP+JavaBean。但是这种方式使得控制、视图、页面过于耦合，有

时在页面中嵌入了过多的代码，维护起来很不方便。作为成功实现 MVC 模式的框

架之一，Struts 完全实现了把控制、视图、页面的分离，提高了生产效率。通过对

Struts 标签和传统 JSTL 的分析，试图建立一个 WEB 页面的模板，该框架模板实

现了大多数 WEB 层面需要解决的问题诸如登陆、用户管理、错误页面管理、权限

设置等等。

此外，本文还研究了 J2EE 业务层组件 EJB。EJB 作为 J2EE 体系的核心部分，

是Sun 力推的企业级开发的首选，而 Entity Bean 是SUN J2EE 白皮书所最为推荐

的JAVA 持久化技术，Entity Bean 是一种面向对象编程的持久层规范，它包括了完

善的事务支持，EJBQL 查询语言，透明的分布式访问等等。但是，作为 EJB 规范

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摘要：

摘要三层/多层体系结构是目前大型企业级应用所采用的主要结构形式。建立健壮的、多层的、结构开放的和可重用的分布式企业级应用是目前系统开发的前沿课题。框架(Framework)是一个可复用的设计组件，它规定了应用的体系结构，阐明了整个设计、协作组件之间的依赖关系、责任分配和控制流程，表现为一组抽象类以及其实例之间协作的方法，它为组件复用提供了上下文(Context)关系。本文正是从框架作为切入点，通过研究J2EE多层体系框架的各种组件技术的优点与不足，结合分析多种开源的框架如WEB层框架、持久层框架、逻辑业务层框架，提出了一种通用、健壮、安全的分布式体系框架。文章首先介绍了J2EE多层体系框架的概...

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