前端開發中的MCRV模式
針對前端開發中基于ajax的復雜頁面開發所面臨的代碼規模大，難以組織和維護，代碼復用性、擴展性和適應性差等問題，本文嘗試以MVC思想為基礎，結合Web前端開發中“內容-結構-表現-行為”相分離的開發標準，提出一種將Web頁面代碼分為視圖(View，頁面靜態部分，包括內容、結構、表現)、模型(Model，負責數據緩存、數據校驗與本地邏輯處理、發起ajax請求)、控制器(Controller，負責用戶和系統事件響應、模型和渲染器調度)、渲染器(Renderer，對視圖的渲染，控制器與事件的綁定、數據搜集)的頁面開發新模式，并基于此模式提出了一個開發框架原型。
關鍵字
MCRV設計模式，Javascript，MVC，Web開發標準
1. Web前端開發面臨的問題
早期的Web頁開發(Web前端開發)中，Web頁面較為簡單，大多數Web頁面的功能僅限于用HTML和簡單樣式展示靜態信息，或向服務器發送數據，Web頁面與用戶的交互較少。隨著Web的發展，DHTML、CSS、javascript等技術出現，Web頁不再僅限于展示靜態信息，動態、交互成為Web頁的主流功能之一。與此同時，Web頁代碼規模也變的較大，頁面中的HTML、CSS、Javascript等代碼往往混雜在一起，如何很好的組織這些代碼，使Web客戶端程序具有很好的結構，易于閱讀和維護，成為Web前端開發人員面臨的一個難題。在實踐中，業界提出了“內容(Content) - 結構(Structure) - 表現(Presentation) - 行為(Behavior)”相分離的Web頁開發標準。在這種標準中，一個Web頁代碼可以分為如下四個部分：
內容：頁面實際要傳達的真正信息，包含數據、文檔或者圖片等。 結構：對內容的劃分，使內容更加具有邏輯性，易用性;類似頁面的標題、作者、章、節、段落和列表。 表現：用來描述內容外觀，稱之為“表現”，主要指CSS樣式。 行為：行為就是對內容的交互及操作效果;行為控制主要通過javascript實現。
內容 - 結構 - 表現 - 行為(CSPB)開發標準對Web頁包含的的代碼進行了分類，使代碼各個部分得到很好的分離，使Web頁初步具有了良好的結構。
隨后，Web進入了嶄新的Web2.0時代，以Gmail為代表的Web2.0應用大量出現，并且取得很大的成功。這類Web頁的典型特征是用一個基于ajax技術的無刷新的頁面完成大量復雜的功能。此類頁面包括Web IM、Web Map、Gmail等應用，統稱為one-page Web應用。同時，在企業級Web開發中，一個Web頁同時完成多個復雜功能的情況也越來越多。在這些復雜Web頁應用中， Javascript代碼是此類富客戶端應用程序的核心，負責與用戶的復雜交互和頁面展現。One-page Web頁面Javascript代碼規模往往非常龐大，邏輯復雜，動則千行以上，有時甚至需要一個團隊來完成一個頁面的開發。如何合理組織大量的Javascript代碼，使之具有良好的擴展性，能夠適應需求的變化，使代碼易于維護，是廣大Web前端開發人員面臨的一大挑戰。
縱觀Web應用程序開發的歷史，Web后端開發(PHP、J2EE、ASP.NET)與Web客戶端開發的發展過程有一定的相似性，曾面臨類似的問題。最初，Web程序功能簡單，代碼較少時，所有的控制、邏輯、UI展現代碼混雜在一起;隨著Web發展，程序規模變大，按原有方式開發出的程序顯然不具有良好的結構，不利于大規模開發和后期維護，也不利于Web開發人員工作和角色的進一步細分，代碼復用性差，瓶頸開始出現。Web后端程序設計者的解決方法是進行代碼分類，將控制代碼與展現代碼開始分離， 于是Web后端開發從所謂的Model1發展到Model2;同時，傳統桌面程序設計中的MVC(模型-視圖-控制器)設計模式被引入，負責程序數據與邏輯計算的部分進一步分離出來，形成了Web后端開發中的MVC開發模式。MVC設計模式貫穿了軟件工程分而治之的思想，有效解決了Web后端程序設計中的代碼組織和復用問題。采用同一設計模式(MVC)也使代碼更容易被他人理解，保證代碼可靠性;它使Web開發工作可以細分為業務邏輯開發和UI展現開發。因此，MVC也利于團隊開發。那么，MVC設計思想是否也能應用在前端開發中解決相關問題呢?既然問題具有許多相似性，筆者沿著相同的解決思路來試圖解決前端開發中的代碼組織問題。
2. MVC設計模式
在提出本文提出的MCRV設計模式之前，有必要對其所基于的MVC設計模式進行闡述。
MVC這個概念很早之前就被人提起[1]，它代表一種設計思想。MVC是Model-View-Conroller的縮寫，即模型 - 視圖 - 控制器。這種開發模式將一個應用程序分為三個部分，模型(model)實現商業邏輯，提供數據;視圖(view)負責向用戶呈現界面和接受用戶交互;控制器(controller)則負責響應用戶交互請求，對用戶請求進行翻譯，根據不同的請求調用模型，執行商業邏輯。控制器本質上是一個調度器 (dispatcher)，通過其包含的各個方法(action)來執行具體的商業邏輯。MVC各個部件以最小的耦合性協同工作，從而使程序具有良好的可擴展性和可維護性和復用性。
MVC設計模式最開始被用于桌面程序設計，典型地用于相同的數據需要不同的用戶交互界面的設計場景。在經典的MVC設計思想中，控制器負責響應用戶事件，根據事件類型和參數調用模型或改變視圖。每個模型對應一個或者多個視圖，當模型被控制器調用而得到改變時，模型向所有向其注冊過的視圖發送通知，視圖根據從模型的中得到的信息改變外觀。這種設計模式可以用圖1表示。可以看出經典MVC設計模式中Controller、Model 都可以改變視圖。
圖1 經典MVC
基于MVC模式的Web開發(后端)一般可以用圖2表示。在這種模式下，controller負責解析用戶瀏覽器請求的URL，根據URL自動調用controller中的不同的Action響應用戶請求。Action調用model，然后將model返回的數據填充到view中，view被返回給用戶瀏覽器。Web服務端開發中典型的采用MVC模式的框架有CakePHP、Structs、Spring等等。
圖2 Server端Web開發中的MVC
相對于早期的經典MVC模式，Web開發中的MVC模式存在一些變化，因為對于一個桌面應用程序而言，可以很方便地將視圖注冊給模型，當模型數據發生改變時，即時通知視圖頁面發生改變;而對于Web應用而言，即使將多個頁面注冊給一個模型，當模型發生變化時，模型無法主動發送消息給Web頁面(因為Web應用都是基于請求/響應模式的)，只有當用戶請求瀏覽該頁面時，控制器才負責調用模型數據來更新Web頁面。同時，Web開發中的MVC也比經典MVC具有更小的耦合性，因為Model不再與View發生交互，因此程序的結構更加良好，使Web前端開發和業務邏輯開發相分離變的簡單。
對于具有復雜交互邏輯和豐富界面的程序來說，MVC已被實踐證明是一種行之有效的設計和開發思想。采用MVC設計模式的系統具有較好的結構，較低的耦合性，代碼具有很好的維護性，能夠適應復雜的業務邏輯和視圖展現變化。它也非常適合團隊開發，使開發人員分為不同的角色，專注于自己負責部分的開發。
3. MCRV設計模式
綜上所述，MVC是解決具有復雜交互界面、代碼規模大的應用程序面臨代碼組織、復用問題的有效設計模式。基于此，本文嘗試基于MVC設計思想解決前端開發中的類似問題。
然而，在前端頁面開發中不能直接套用MVC設計模式。因為，前端開發中的Web頁面包含了HTML、CSS、Javascript等多個種類的代碼，相對Web后端來說，Web頁面整體就是一個負責UI展現、用戶本地交互、發送服務請求的大View，與經典MVC及Web后端開發MVC模式中的View皆有不同。因此，需要具體問題具體分析。
首先對Web頁面中的HTML、CSS、Javascript等代碼進一步分析，明確它們的具體功能分類。根據業界提出的Web開發標準，Web頁首先被分為了"內容-結構-表現-行為"幾個部分。內容、結構、表現是頁面的靜態部分，主要負責UI的展現，用戶操作指令(鍵盤、鼠標)的接受，因此，內容、結構、表現屬于視圖 (View)的范疇。行為主要就是Javascript代碼，負責對用戶操作指令的響應。在復雜ajax應用中， Javascript代碼的功能一般包括：響應用戶指令，執行數據驗證/處理、執行客戶端交互邏輯，向服務器發送ajax請求，接受并處理服務器返回的數據，根據數據改變UI(向頁面結構填充內容數據、變換樣式等)。基于模型-視圖-控制器分離的思想，Javascript代碼中的數據驗證/處理、本地業務邏輯計算、向服務器發請求獲取數據的功能，對應模型(Model)的功能;響應(翻譯)用戶操作指令，根據指令執行業務邏輯處理的功能，屬于控制器(Controller)的功能;而接受處理過的數據，根據數據修改頁面的內容/結構/樣式的功能既不屬于控制器的功范疇，也不屬于模型的功能范疇，這部分代碼因為根據數據對View進行呈現(render)，可以命名為Renderer(渲染器或呈現器)。
根據前述分析，本文提出了MCRV設計模式，如圖3所示。闡述如下：
圖3: MCRV開發模式
M(Model)：模型，完成數據驗證、數據處理，執行客戶端業務邏輯計算，或向服務器發起ajax請求調用服務端邏輯、接受返回的數據，將處理后的數據返回控制器。 C(Controller)：控制器，控制器響應View上的事件，根據事件調度執行模型的業務邏輯，從業務邏輯獲取返回數據，調度相應的渲染器(Render)來完成界面展現。在這個過程中控制器會有數據的傳遞：控制器調用模型中的邏輯時會傳送Renderer搜集的數據(form表單各域的name/value、其他控制參數)，模型執行邏輯后返回作為執行結果的數據給控制器，控制器根據數據來調用渲染器(renderer)來完成界面呈現(rendering)，呈現(rendering)就是修改頁面結構、內容和樣式的過程。數據傳遞過程可以用圖4表示。 R(Renderer)：渲染器(呈現器)，渲染器被控制器調用，接受從控制器傳遞的數據，完成對界面的具體渲染。渲染器也負責控件(widget)的初始化，及建立Controller與具體事件的對應關系，事件發生時負責搜集View上的數據傳送到Controller。 V(View)：視圖，視圖是用戶最終看到的整個Web界面，由結構、內容、樣式(表現)等靜態內容共同構成;View由Renderer進行初始化渲染和修改。
圖4：數據傳遞過程
可以看到在MCRV開發模式中，Controller處于控制中心的位置，Model完成具體的商業邏輯計算以及向后端發起ajax請求返回數據的功能。Controller與Model、Renderer之間的交互本質上是數據交互的過程，它們之間存在著一個數據流，如圖4所示。因此，制定Controller、Model、Renderer之間的交互接口時，數據格式定義很重要。
#p#
4. 基于MCRV設計模式的Demo
下面是一個用MCRV模式來開發的Demo頁面，頁面的功能是用表格展示和修改用戶信息。Javascript使用了jQuery庫。頁面界面如圖5所示。頁面代碼在程序清單1中
圖5：基于MCRV設計模式的用戶管理Demo
程序清單1
- <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
- <html>
- <head>
- <meta http-equiv="content-type" content="text/html;charset=utf-8">
- <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=7"/>
- <title>MCRV 設計模式 Demo</title>
- <style type="text/css">
- /********表現*********/
- table{width:100%;border-collapse: collapse;}
- td{border: 1px solid black;padding: 2px;}
- #container {width:800px;margin:0px auto;}
- #tbUsers{margin:20px auto;}
- #tbUsers th{background-color: navy;color:white;text-align: center;vertical-align: middle;border:1px solid navy}
- #tbUsers td{text-align: center;}
- .editCaption{width:100px;text-align: right;}
- .buttonMargin{margin:0px 20px;}
- .buttonContainer{text-align: center;vertical-align: middle;height:50px}
- </style>
- <script src="./jquery-1.3.2.min.js" type="text/javascript" charset="utf-8"></script>
- </head>
- <body>
- <!-------結構--------->
- <div id="container">
- <table id="tbUsers">
- <thead><th>id</th><th>姓名</th><th>年齡</th><th>修改</th></thead>
- <tbody/>
- </table>
- <div style="display: none;" id="dvEditPanel">
- <form id="frmModify" name="frmModify">
- <table>
- <tr>
- <td class="editCaption"> id: </td>
- <td><span id="spID"></span></td>
- </tr>
- <tr>
- <td class="editCaption"> 姓名: </td>
- <td><input type="text" size="20" id="txtName"/></td>
- </tr>
- <tr>
- <td class="editCaption"> 年齡: </td>
- <td><input type="text" size="20" id="txtAge"/></td>
- </tr>
- <tr>
- <td colspan="2" class="buttonContainer">
- <button id="btnSubmitModify" class="buttonMargin" type="button">提交</button>
- <button id="btnCancelModify" class="buttonMargin" type="button">取消</button>
- </td>
- </tr>
- </table>
- </form>
- </div>
- </div>
- <script>
- /***************************行為********************************/
- var UserManagerMCR;
- $(function()
- {
- UserManagerMCR=new MCR(UserController,UserModel,UserRenderer);
- });
- /*
- * MCR 三元組
- */
- function MCR(Controller,Model,Renderer)
- {
- this.controller=new Controller();
- this.model=new Model();
- this.renderer=new Renderer();
- thisthis.controller.model=this.model;
- thisthis.controller.renderer=this.renderer;
- thisthis.model.controller=this.controller;
- thisthis.renderer.controller=this.controller;
- if(typeofthis.model.init=="function")
- {
- this.model.init();
- }
- if(typeofthis.renderer.init=="function")
- {
- this.renderer.init();
- }
- if(typeofthis.controller.init=="function")
- {
- this.controller.init();
- }
- }
- /*
- * 控制器
- */
- function UserController()
- {
- this.init=function()
- {
- this.initUserList();
- }
- this.initUserList=function()
- {
- var list=this.model.getUserList();
- this.renderer.renderUserList(list);
- }
- this.beginModify=function(data)
- {
- var user=this.model.getUserByID(data.id);
- this.renderer.showModifyUI(user);
- }
- //提交修改
- this.submitModify=function(user)
- {
- var result=this.model.modifyUser(user);
- if(result.success)
- {
- var list=this.model.getUserList();
- this.renderer.renderUIWhenSubmitModifySuccess(list);
- }
- else
- {
- alert(result.msg);
- }
- }
- //取消修改
- this.cancelModify=function()
- {
- this.renderer.hideModifyUI();
- }
- }
- /*
- * 模型
- */
- function UserModel()
- {
- //模擬的數據，實際應用中經常從服務器獲取
- this.init=function()
- {
- this.data = [
- {id:0,name:"John",age:22},
- {id:1,name:"Tom",age:30},
- {id:2,name:"Tony",age:25}
- ];
- }
- //獲得用戶數據列表
- this.getUserList=function()
- {
- //todo ,可能ajax從后端返回
- returnthis.data;
- }
- //獲得用戶數據
- this.getUserByID=function(id)
- {
- var ix;
- $.each(this.data,function(i,item){if(item["id"]==id ) { iix=i; returnfalse;}});
- returnthis.data[ix];
- }
- //修改用戶數據
- this.modifyUser=function(user)
- {
- var result={success:true,msg:"修改成功"};
- //todo,驗證參數user
- //todo,修改用戶數據
- $.each(this.data,function(i,item)
- {
- if(item["id"]==user["id"])
- {
- item["name"]=user["name"];
- item["age"]=user["age"]
- returnfalse;
- }
- });
- return result;
- }
- }
- /*
- * 渲染器
- */
- function UserRenderer()
- {
- this.init=function()
- {
- var me=this;
- $("#btnSubmitModify").click(function()
- {
- var user={id:$("#spID").text(),name:$("#txtName").val(),age:$("#txtAge").val()};
- me.controller.submitModify(user);
- });
- $("#btnCancelModify").click(function()
- {
- me.controller.cancelModify();
- });
- $("#tbUsers .modify").live("click",function()
- {
- var id=$(this).attr("uid");
- me.controller.beginModify({"id":id});
- });
- }
- this.renderUserList=function(list)
- {
- var htm=[];
- for(var ix=0;ix<list.length;ix++)
- {
- htm.push("<tr><td>"+list[ix]["id"]+"</td>"+"<td>"+list[ix]["name"]+"<td>"+list[ix]["age"]+"</td>"
- +"<td>"+"<a class='modify' href='javascript:void(0)' uid='"+list[ix]["id"]+"'>修改</a></td>"+"</tr>");
- }
- $("#tbUsers").children("tbody").html(htm.join(""));
- }
- this.showModifyUI=function(user)
- {
- $("#dvEditPanel").show();
- $("#spID").text(user["id"]);
- $("#txtName").val(user["name"]);
- $("#txtAge").val(user["age"]);
- }
- this.hideModifyUI=function()
- {
- document.frmModify.reset();
- $("#dvEditPanel").hide();
- }
- this.renderUIWhenSubmitModifySuccess=function(list)
- {
- this.hideModifyUI();
- this.renderUserList(list);
- }
- }
- </script>
- </body>
- </html>
5. 基于MCRV模式的開發框架原型
5.1 基本設計思想
框架是在一個特定的問題領域內，應用程序的部分設計與實現[2]。框架與設計模式通常是精密結合的。框架規定了應用的體系結構，使基于特定設計模式的開發能夠復用公共代碼;反之，框架強調設計復用，框架設計也基本上使用了設計模式，掌握了框架的設計模式可以快速掌握基于框架的應用程序開發。因此，使用MCRV設計模式進行前端開發時最好有一個與之配合的Javascript框架。
基本設計考慮：
Model、Controller、Renderer組成一個三元組MCR，一個MCR三元組中Controller對象、Model對象和Renderer對象是唯一的。
Model、Controller、Renderer可以初始化和銷毀。
Controller、Model、View在需要時可以透明地引用其他對象。
數據與邏輯分離，支持數據本地存儲。
一個Web頁面可以有多個MCR組，即可以有多個Controller、Model、Renderer三元組分別完成不同的控制、邏輯、展現。這為一個頁面邏輯和交互非常復雜時，拆分為多個模塊，由多人開發提供了支持。
5.2 基本對象及其關系
下面是一個基于上述考慮的基于MCRV設計模式的Javascript框架原型(以下簡稱MCRV框架)。
框架的基本對象：MCR、Model、Controller、Renderer、Cache。如圖6所示。
圖6 基于MCRV模式的框架原型
MCR：控制器(Controller)對象、模型對象(Model)和渲染器對象(Renderer)的復合對象。
- Dispose()方法：執行MCR銷毀操作，避免Javascript內存泄露;在頁面unload時自動調用;這個方法自動調用Model、Controller和Renderer的dispose()方法。
- model屬性：包含的模型。
- controller屬性：包含的控制器。
- renderer屬性：包含的渲染器。
Model：模型對象。
- init()方法：執行模型初始化。
- dispose()方法：執行對象銷毀，釋放資源。
- cahce屬性：數據的緩存。
Controller：控制器對象
- init()方法：執行控制器初始化。
- dispose()方法：執行對象銷毀，釋放資源。
- model屬性：調度的模型。
- renderer屬性：控制的渲染器。
Renderer：渲染器對象
- init()方法：執行渲染器初始化。
- dispose()方法：執行對象銷毀，釋放資源。
- controller屬性：對controller的引用。
Cache：基于key-value的緩存對象
- get()方法：基于鍵值獲取緩存數據。
- set()方法：設置緩存數據。
- remove()方法：刪除對應某個鍵值的緩存。
- size()：緩存數量。
5.3 MCRV框架與其他web其他部分的關系
基于MCRV模式的開發框架與Web頁面開發其他組成部分的關系可以用圖7表示。MCRV框架搭建起了js應用程序整體的結構，提供了應用程序上下文環境。MCRV框架可以與js組件庫、css基礎樣式庫和js業務邏輯組件一起作為應用程序構建的基礎，并且它們之間沒有依賴關系。盡管應用程序可以在js基礎庫(如jQuery)上開發，但是MCRV框架不依賴這些庫。
圖7 基于MCRV模式的開發框架與其他Web頁其他部分的關系
6. 結論
實踐表明，MCRV設計模式能夠有效解決復雜ajax開發中面臨的問題，可以使Web頁面代碼結構良好，降低Javascript代碼的耦合性，提高復用性、適應性和靈活性，使Web頁更加易于維護和重構。
參考文獻
[1]. Trygve Reenskaug Taskon.Working with objects in the user interfaces.
[2]. J. Van Gurp, J. Bosch.Design, Implementation and Evolution of Object Oriented Frameworks Concepts and Guidelines.pdf.
原文：http://www.baiduux.com/blog/2011/07/08/frontend-mcrv-design-pattern/
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