作者: zgh149

定義

分為三個部分，模型(Model)包含核心功能和數據。視圖(View)展示訊息。控制器(Controller)處理使用者輸入。
View 和 Controller 共同構成使用者介面(UI)。變更–傳播機制確保了使用者介面和模型之間的一致性。

主要設計思想

一般來說修改使用者介面的機會往往大於修改業務邏輯的機會，在修改業務邏輯時不必變動使用者介面的代碼(關注點分離)。

因此需要把使用者介面和業務邏輯分離。
1.相同的訊息在不同介面有不同的顯示。
2.應用程式的顯示和行為必須立即反應數據的改變。
3.使用者介面應該易於改變。
4.可以移植使用者介面而不影響核心功能。

解決方案

MVC 將應用程序分為 3 個部份，輸入–處理–輸出。
Model 封裝了數據以及核心功能。
View 向使用者顯示訊息，View 從 Model 獲得數據，一個 Model 可能有多個 View。
每個 View 都有一個相關的 Controller，Controller 接受輸入，該輸入通常為外部輸入e.g.,滑鼠，鍵盤事件，
而事件被轉換為 Model 或 View 的請求。使用者僅透過 Controller 與系統交互。
MVC 的分離讓同一個 Model 可以有多個 View。如果使用者透過一個 View 的 Controller 去改變了 Model，那麼所有相依於該 Model 的 View 都應該反應這種變化。
因此一旦 Model 的數據發生變化，Model 要通報所有 View。而 View 從 Model 取得新數據並顯示變化。這可以透過 Observer Pattern 來達成。

結構

1.Model 包含核心功能，封裝相應數據並提供可存取數據的函式讓外部存取，這些數據讓View 來使用。
變更–傳播機制維護一個註冊表。所有的 View 和 Controller 註冊他們有關變更的待通知的需求。Model 狀態的改變觸發變更–傳播機制。
2.View 向使用者顯示訊息，不同的 View 用不同的方式呈現 Model 的訊息。
每個 View 定義一個被變更–播機制觸發的更新過程。當更新過程被調用時，View 就會從Model 取得並顯示新的數據。
初始化階段，所有的 View 都與 Model 相關，並向變更–傳播機制註冊。每個 View 將建立一個對應的 Controller。View 和 Controller 的關係是一對一的。
View 通常會提供讓 Controller 操作其顯示的功能。這對不影響 Model 狀態的動作是有必要的。如捲動畫面。
3.Controller 接受使用者的輸入事件，事件如何被發送到 Controller 是取決於使用者平台。Controller 接受事件後會轉發為對 View 或是 Model 的請求。
如果 Controller 的行為依賴於 Model，那麼 Controller 也必須向 Model 註冊自己並實現更新過程。

動態特性

1.初始化步驟：
建立 Model 實體，初始化 Model 內部數據。
建立 View 實體，需要取得 Model 的實體作為本身初始化參數。
View 加入 Model 的變更–傳佈機制。
View 初始化 Controller , View 向 Controller 的初始化過程傳入 Model 和其本身當作參數。
Controller 加入 Model 的變更–傳播機制。
應用程式開始處理輸入事件。
2.如何處理輸入：
Controller 接受使用者輸入並轉換事件，啟動 Model 的服務過程。
Model 執行請求並改變了內部數據。
Model 調用更新過程，通知所有註冊的 View 和 Controller。
每個有註冊的 View 向 Model 取得更新的數據並顯示。
每個有註冊的 Controller 向 Model 更新的數據並執行相對應動作。

實作：

步驟1～6為基本實現，步驟7～9為增加靈活的實用性。
1.建立 Model 實現核心功能。
除了核心功能外，Model 會持有 observer 的集合，以及加入和刪除 observer 方法。
最後加上通知所有的 observer 狀態更新的方法。

public class RandomModel
{
    private static final int RANDOM_NUMBER_MAX = 10000;
    private int mRandomNumber;
    private ArrayList<IObserver> mObservers = new ArrayList<IObserver>();
    public void rollOnce()
    {
        mRandomNumber = new Random().nextInt(RANDOM_NUMBER_MAX);
        notifyObservers();
    }
    public int getRandomNumber()
    {
        return mRandomNumber;
    }
    public void addObserver(IObserver observer)
    {
        mObservers.add(observer);
    }
    public void removeObserver(IObserver observer)
    {
        if(mObservers.contains(observer)){
            mObservers.remove(observer);
        }
    }
    private void notifyObservers()
    {
        int sizeOfObservers = mObservers.size();
        for (int i = 0; i < sizeOfObservers ; ++i) {
            mObservers.get(i).update(this);
        }
    }
}

2.實現變更–傳播機制
建立 observer 介面，observer 會有一個 update 方法，該方法會讓所有的 observer 子類別複寫。

public interface IObserver {
    public void update(RandomModel model);
}

3.建立 View
View 除了提供所有的可見元素之外，還必須實作 observer 介面並複寫 update 方法，在update 方法中藉由 Model 取得新數據以更新相關的可見元素。
另外在 View 的建構式中必須註冊變更–傳播機制，以及建立 Controller。

public class RandomView implements ActionListener, IObserver {
    private static final int VIEW_HEIGHT = 65;
    private static final int VIEW_WIDTH = 400;
    private static final String VIEW_TITLE = "RandomView";
    private static final String NAME_OF_ROLL_BUTTON = "Roll it";
    private RandomModel mRandomModel;
    private RandomController mRandomController;
    private JFrame mViewFrame;
    private JPanel mViewPanel;
    private JButton mButtonRollOnce;
    private JTextField mTextField;
    public RandomView(RandomModel randomModel) {
        mRandomModel = randomModel;
        mRandomModel.addObserver(this);
        mRandomController = new RandomController(mRandomModel,this);
        initLayoutComponents();
    }
    public void initLayoutComponents() {
        mViewPanel = new JPanel(new GridLayout());
        mViewFrame = new JFrame(VIEW_TITLE);
        mButtonRollOnce = new JButton(NAME_OF_ROLL_BUTTON);
        mButtonRollOnce.addActionListener(this);
        mTextField = new JTextField();
        mViewFrame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        mViewFrame.setSize(new Dimension(VIEW_WIDTH, VIEW_HEIGHT));
        mViewPanel.add(mButtonRollOnce);
        mViewPanel.add(mTextField);
        mViewFrame.add(mViewPanel);
        mViewFrame.setVisible(true);
    }
    @Override
    public void actionPerformed(ActionEvent event) {
        if (event.getSource() == mButtonRollOnce) {
            mRandomController.startRollOnce();
        }
    }
    @Override
    public void update(RandomModel model) {
        int randomNumber = model.getRandomNumber();
        mTextField.setText(String.valueOf(randomNumber));
        System.out.println("in RandomView update");
    }
}

4.實作 Controller
Controller 必須實作 observer 介面並複寫 update 方法。
Controller 會將使用者輸入轉換為對 Model 或是 View 的事件請求。

public class RandomController implements IObserver{
    private RandomModel mRandomModel;
    private RandomView mRandomView;
    public RandomController(RandomModel model, RandomView view){
        mRandomView = view;
        mRandomModel = model;
        mRandomModel.addObserver(this);
    }
    public void startRollOnce(){
        mRandomModel.rollOnce();
    }
    @Override
    public void update(RandomModel model) {
        System.out.println("in RandomController update");
    }
}

5.設計並實作 View 和 Controller 關係
通常 View 和 Controller 之間為一對一。

6.實現 MVC 的準備。

public class Main
{
    public static void main(String[] args){
        RandomModel randomModel = new RandomModel();
        RandomView randomView = new RandomView(randomModel);
        //otherView with tha same Model
        //OtherView otherView = new OtherView(RandomModel);
    }
}

7.建立動態 View
如果應用程序具有動態打開和關閉 View 的功能，那麼可以建立一個用來管理 View 的元件。

8.可更換 Controller
View 可支援更換不同的 Controller，這種情況通常是對同一個 View 的不同操作。
e.g.,預設的 Controller 予許使用者進行操作，但在一些情況下禁止使用者進行任何操作(read only)，為此可以在 View 中建立替換 Controller 的方法。

public void setController(OtherController controller){
        mRandomController = controller;
}

9.層次化 View 和 Controller
MVC 實現了可重用的 View 和 Controller，對於經常層次化使用的使用者接口元素(button, menu, editor)也是如此，
如果應用程序的使用者接口主要靠結合事先定義好的 View 對象來建立，那麼可以用組合模式來建立層次式靜態 View。
如果同時啟動多個 View，那麼可能就有好幾個 Controller 同時關心事件，如果事件以某種順序分配到所有的 Controller 來處理，可以使用責任鏈模式管理事件的委託。

變體

Document View Pattern
View 結合了 Controller 的任務，兩者合併 。

已知應用

MFC
ET++

效果

優點：
1.同一 Model 的多個 View
2.同步化 View
3.可更換的 View 和 Controller
缺點：
增加複雜性
View 和 Controller 的緊密連結
View 的效率可能低落

定義：

能夠被分解為子任務組，其中每個子任務處於一個特定的抽象層次上。
 

範例：

網路協議(iso 7層)。
與採用單一模組來相比，分層方法是另一個更好的設計方式，優點有
1.幫助團隊開發，支持增量編碼和測試。
2.使用半獨立元件讓後期的元件交換更容易。
3.更好的實現技術可以透過簡單的重寫代碼分別加入。
 

環境：

一個需要分解的大系統。
 

問題：

系統的明顯特色是混合低層與高層的問題且高層依賴低層操作。
系統的一部份處理低層問題，如硬體(傳感器輸入，從文件中讀取或線路讀取電子信號)。另一部份處理高層問題如，使用者介面。
層之間的通信有兩個方向，一個為從高層到低層的請求，另一個為低層到高層的通知，通知可以是對請求的應答或事件的輸入數據。
系統往往需要一些與其垂直相交的水平層。這些操作處在同一個抽象層，但彼此之間很大的部份是獨立的。
關注點：
1.後期代碼的改動應該不影響整個系統。應該被限制在一個元件內且不影響其他元件。
2.介面應該是穩定的，甚至可以用標準來限定。
3.系統各個元件應該可以被替換。元件可以被別的實現方法來替代且不影響系統其他部份。
4.之後可能會建立其他系統，這些系統具有和目前設計一樣的底層問題。
5.相似職責應該分組以提高可理解性和可維護性。每個元件應該是具有內聚力的。
 

解決方案：

將系統分為適當層次，從最底層(第1層)開始，按照適當順序放置，將抽象層j放在j-1層的上層，直到最高層(第n層)。
不需要說明某層j是不是需要分解為更複雜的子系統。重要的是在某層中所有用到的元件必須工作在同一層
 

結構：

Layer主要特徵為第j層的服務只被j+1層使用。每個獨立層都要防止被較高層直接訪問。
 

動態特性：

1.從上往下：客戶向 層n 發出請求，層n 無法完成該請求，於是調用層 n-1 相應的子任務，直到第1層，第1層完成後向上層反饋回去直到層n，從上而下通常稱為請求。
2.從下往上：一個驅動設備(第1層)探測到輸入之後，把輸入轉換成內部格式並報告給第2層。
由下而上通常稱為通知。
3.描述請求只達到某層的範圍，如果層n-1 可以達到需求，一個來自於頂層(層n)的請求可能只需
達到相鄰層即可。
4.彼此能互相通信的層n，a層n 和b層n 彼此是獨立的2個層，一個請求從 a層n發出，沿著 a
層 n -1 移動直到 a 層1（a的最底層），接著傳遞給 b 層1 (b的最底層)再沿著 b 層往上直到 b
層 n完成請求的回應沿著反方向傳遞。
 

實現：

以下的方法並非對所有的案例都是最好的，有時候採用從下而上或是溜溜球法會更好，所有的步驟並不是必須的，要看實際應用來判斷。
1.定義抽象準則來將任務分解成層，抽象準則往往來自平台概念上的區隔，如特定領域，概念複雜度等等。
e.g., 一個棋類遊戲可分為
遊戲整體策略
中盤戰術
基本移動
遊戲基本單位
e.g., 一般軟件可分為
用戶可見元素
特定應用模組
公共服務
操作系統介面
操作系統
硬體
 
2.根據抽象準則定義抽象層數。每個抽象層次對應模式中的一層，有時候抽象層次到層的映射是不明顯的
在確定是否針對特定點分為2個層或是合併為1個層時需要多加注意，過多的層會增加開銷，過少的層會導致不好的設計。
3.命名每個層並指定任務。
最高層的任務是整個系統的任務，所有其他層的任務只作為最高層的助手。
4.指定服務。
最重要的原則為層間必須嚴格的彼此分離。不可以有跨層存取的情況。
把較多的服務放在高層往往比低層來的好。
5.細化分層
重複步驟1～4。在考慮隱含層及其服務之前往往不可能精確定義抽象準則。
通常是錯誤定義組件及其服務，後來再根據他們的使用關係強加上一層結構。
e.g., 一個新元件可能要求不只一個層的服務，違反了嚴格分層的原則。溜溜球法：重複交替從上而下以及從下而上的設計過程。
6.為每個層指定一個接口
層j 對層j+1 應該是一個黑盒設計，建立一個接口以提供所有層j 的服務並把該接口封裝在一個 facade 對象中。
7.建立獨立層
(獨立層為特定的某層)
如果一個獨立層很複雜，則它應該被分成幾個獨立元件。
8.指定相鄰層之間的通訊
層間通訊最常用的為推–模組(push model)。當層j 請求層 j-1 的服務時，任何要求的訊息都要作為服務調用的一部分來傳輸。相反的拉–模組(pull model)也很常用，使用的場合是底層自行從高層獲取可利用訊息，但拉模組會引入附加層和相鄰更高層的相依關係，要避免這層關係可以使用 callback 。
9.分離鄰接層
高層關心相鄰的底層，但底層並不關心用戶的身份。代表單向連接，當修改層j的服務，層j的改變可以忽略層j+1 的存在，上述的情況發生在從上而下。
若是從下而上，可以使用callback，高層要註冊底層的callback 方法。
10.設計錯誤處理策略
對 layer 來說錯誤處理比較麻煩，因為一個錯誤可以在它出現的層裡處理也可以送到高層。送到高層對於低層而言必須將錯誤轉換成對高層有意義的描述。根據經驗，盡可能在最低層處理錯誤。這可以防止高層被大量的錯誤以及錯誤處理代碼干擾。至少應該試著把相似錯誤類型歸類於更一般的錯誤類型，並僅傳播這些更一般的錯誤類型。
 

9.變體

1.鬆散分層系統(Relaxed Layered System)：
層之間的約束較少，每個層可以使用比它低層的所有服務，而不僅是相鄰層。
可以增加使用的靈活性和性能，但代價是維護性。適用於要求性能高的系統。
2.通過繼承分層(Layering Through Inheritance):
底層作為基本類別，高層繼承自底層。
優點是高層可以根據需要修改底層的服務，缺點為高層和底層透過繼承綁定，底層若有修改高層必須重新編譯(脆弱基類問題)。
 

10.已知使用

1.虛擬機: 虛擬機可以說是一種低層次的實現，它將低層次的細節或各類的硬體與高層次分離開來。
2.API:  API可以說是一個封裝底層常用功能的層。
3.訊息系統(Information System)：IS 一開始往往使用2層式體系結構，底層是一個數據庫存有公司的特殊數據，頂層為用戶介面。

用戶介面數據庫

因為用戶邏輯會摻雜商業邏輯，因此可以再分一層為商業邏輯層

用戶介面商業邏輯 數據庫

但越來越多的數據庫需要支援，因此再新增一層領域層來對不同數據庫增加支援

用戶介面商業邏輯 領域層 數據庫

4. Windows NT
該操作系統是根據微核模式來建構。NT執行程序元件對應微核模式的微核元件。NT執行程序是一個鬆散分層系統。

系統服務層：子系統和NT執行系統之間的接口層。資源管理器層：包含對象管理器，安全引用監視器，過程管理器，I/O管理器，虛擬儲存管理器等等。 內核層：一些基本功能，中斷和意外處理，多處理器同步，線程調度和分配。 HAL(硬體抽象層)：隱藏不同處理器之間的硬體差異。 硬體層：硬體

 

11.效果：

分層體系模式的優點
1.加強層的復用：如果一個層定義良好的抽象介面，可在多個環境中重用。
2.增加標準化：定義清楚的層可以促進標準化的開發。
3.限制相依性：層之間的改變被限制在該層中，不會影響其他的層，也增加了可移植性，測試性。
單層可被簡易的替換，可採用 Adapter pattern 或是 Bridge Pattern 。
4.增加可替換性：但如果想對2個介面以及服務不完全相配的層之間切換，則必須在2個層之間加上建立一個隔離層。
 
層的缺點：
1.更改行為的重複：如果不得不在許多層上做相當數量的重複工作以適應局部變動。
2.降低效率：分層體系效率通常低於整塊模組的效率。如果最高層有很大的程度依賴最底層，所有數據都必須通過中間層的轉換。
3.不必要的工作：如果底層的服務重複執行了多餘的工作，而這些工作並非高層所需。
4.難以確認分層的正確度：層數太少的分層不能完全發揮分層體系的優勢（可重用性，可更改性，可移植性）。