Web前端开发中的MCRV模式
摘要
针对前端开发中基于ajax的复杂页面开发所面临的代码规模大，难以组织和维护，代码复用性、扩展性和适应性差等问题，本文尝试以MVC思想为基础，结合Web前端开发中“内容-结构-表现-行为”相分离的开发标准，提出一种将Web页面代码分为视图（View，页面静态部分，包括内容、结构、表现）、模型(Model，负责数据缓存、数据校验与本地逻辑处理、发起ajax请求)、控制器（Controller，负责用户和系统事件响应、模型和渲染器调度）、渲染器（Renderer，对视图的渲染，控制器与事件的绑定、数据搜集）的页面开发新模式，并基于此模式提出了一个开发框架原型。
关键字
MCRV设计模式，Javascript，MVC，Web开发标准
1. Web前端开发面临的问题
早期的Web页开发(Web前端开发)中，Web页面较为简单，大多数Web页面的功能仅限于用HTML和简单样式展示静态信息，或向服务器发送数据，Web页面与用户的交互较少。随着Web的发展，DHTML、CSS、javascript等技术出现，Web页不再仅限于展示静态信息，动态、交互成为Web页的主流功能之一。与此同时，Web页代码规模也变的较大，页面中的HTML、CSS、Javascript等代码往往混杂在一起，如何很好的组织这些代码，使Web客户端程序具有很好的结构，易于阅读和维护，成为Web前端开发人员面临的一个难题。在实践中，业界提出了“内容(Content) - 结构(Structure) - 表现(Presentation) - 行为(Behavior)”相分离的Web页开发标准。在这种标准中，一个Web页代码可以分为如下四个部分：
内容：页面实际要传达的真正信息，包含数据、文档或者图片等。 结构：对内容的划分，使内容更加具有逻辑性，易用性；类似页面的标题、作者、章、节、段落和列表。 表现：用来描述内容外观，称之为“表现”，主要指CSS样式。 行为：行为就是对内容的交互及操作效果；行为控制主要通过javascript实现。
内容 - 结构 - 表现 - 行为(CSPB)开发标准对Web页包含的的代码进行了分类，使代码各个部分得到很好的分离，使Web页初步具有了良好的结构。
随后，Web进入了崭新的Web2.0时代，以Gmail为代表的Web2.0应用大量出现，并且取得很大的成功。这类Web页的典型特征是用一个基于ajax技术的无刷新的页面完成大量复杂的功能。此类页面包括Web IM、Web Map、Gmail等应用，统称为one-page Web应用。同时，在企业级Web开发中，一个Web页同时完成多个复杂功能的情况也越来越多。在这些复杂Web页应用中， Javascript代码是此类富客户端应用程序的核心，负责与用户的复杂交互和页面展现。One-page Web页面Javascript代码规模往往非常庞大，逻辑复杂，动则千行以上，有时甚至需要一个团队来完成一个页面的开发。如何合理组织大量的Javascript代码，使之具有良好的扩展性，能够适应需求的变化，使代码易于维护，是广大Web前端开发人员面临的一大挑战。
纵观Web应用程序开发的历史，Web后端开发(PHP、J2EE、ASP.NET)与Web客户端开发的发展过程有一定的相似性，曾面临类似的问题。最初，Web程序功能简单，代码较少时，所有的控制、逻辑、UI展现代码混杂在一起；随着Web发展，程序规模变大，按原有方式开发出的程序显然不具有良好的结构，不利于大规模开发和后期维护，也不利于Web开发人员工作和角色的进一步细分，代码复用性差，瓶颈开始出现。Web后端程序设计者的解决方法是进行代码分类，将控制代码与展现代码开始分离， 于是Web后端开发从所谓的Model1发展到Model2；同时，传统桌面程序设计中的MVC(模型-视图-控制器)设计模式被引入，负责程序数据与逻辑计算的部分进一步分离出来，形成了Web后端开发中的MVC开发模式。MVC设计模式贯穿了软件工程分而治之的思想，有效解决了Web后端程序设计中的代码组织和复用问题。采用同一设计模式(MVC)也使代码更容易被他人理解，保证代码可靠性；它使Web开发工作可以细分为业务逻辑开发和UI展现开发。因此，MVC也利于团队开发。那么，MVC设计思想是否也能应用在前端开发中解决相关问题呢？既然问题具有许多相似性，笔者沿着相同的解决思路来试图解决前端开发中的代码组织问题。
2. MVC设计模式
在提出本文提出的MCRV设计模式之前，有必要对其所基于的MVC设计模式进行阐述。
MVC这个概念很早之前就被人提起[1]，它代表一种设计思想。MVC是Model-View-Conroller的缩写，即模型 - 视图 - 控制器。这种开发模式将一个应用程序分为三个部分，模型(model)实现商业逻辑，提供数据；视图(view)负责向用户呈现界面和接受用户交互；控制器(controller)则负责响应用户交互请求，对用户请求进行翻译，根据不同的请求调用模型，执行商业逻辑。控制器本质上是一个调度器 (dispatcher)，通过其包含的各个方法(action)来执行具体的商业逻辑。MVC各个部件以最小的耦合性协同工作，从而使程序具有良好的可扩展性和可维护性和复用性。
MVC设计模式最开始被用于桌面程序设计，典型地用于相同的数据需要不同的用户交互界面的设计场景。在经典的MVC设计思想中，控制器负责响应用户事件，根据事件类型和参数调用模型或改变视图。每个模型对应一个或者多个视图，当模型被控制器调用而得到改变时，模型向所有向其注册过的视图发送通知，视图根据从模型的中得到的信息改变外观。这种设计模式可以用图1表示。可以看出经典MVC设计模式中Controller、Model 都可以改变视图。
图1 经典MVC
基于MVC模式的Web开发(后端)一般可以用图2表示。在这种模式下，controller负责解析用户浏览器请求的URL，根据URL自动调用controller中的不同的Action响应用户请求。Action调用model，然后将model返回的数据填充到view中，view被返回给用户浏览器。Web服务端开发中典型的采用MVC模式的框架有CakePHP、Structs、Spring等等。
图2 Server端Web开发中的MVC
相对于早期的经典MVC模式，Web开发中的MVC模式存在一些变化，因为对于一个桌面应用程序而言，可以很方便地将视图注册给模型，当模型数据发生改变时，即时通知视图页面发生改变；而对于Web应用而言，即使将多个页面注册给一个模型，当模型发生变化时，模型无法主动发送消息给Web页面（因为Web应用都是基于请求/响应模式的），只有当用户请求浏览该页面时，控制器才负责调用模型数据来更新Web页面。同时，Web开发中的MVC也比经典MVC具有更小的耦合性，因为Model不再与View发生交互，因此程序的结构更加良好，使Web前端开发和业务逻辑开发相分离变的简单。
对于具有复杂交互逻辑和丰富界面的程序来说，MVC已被实践证明是一种行之有效的设计和开发思想。采用MVC设计模式的系统具有较好的结构，较低的耦合性，代码具有很好的维护性，能够适应复杂的业务逻辑和视图展现变化。它也非常适合团队开发，使开发人员分为不同的角色，专注于自己负责部分的开发。
3. MCRV设计模式
综上所述，MVC是解决具有复杂交互界面、代码规模大的应用程序面临代码组织、复用问题的有效设计模式。基于此，本文尝试基于MVC设计思想解决前端开发中的类似问题。
然而，在前端页面开发中不能直接套用MVC设计模式。因为，前端开发中的Web页面包含了HTML、CSS、Javascript等多个种类的代码，相对Web后端来说，Web页面整体就是一个负责UI展现、用户本地交互、发送服务请求的大View，与经典MVC及Web后端开发MVC模式中的View皆有不同。因此，需要具体问题具体分析。
首先对Web页面中的HTML、CSS、Javascript等代码进一步分析，明确它们的具体功能分类。根据业界提出的Web开发标准，Web页首先被分为了"内容-结构-表现-行为"几个部分。内容、结构、表现是页面的静态部分，主要负责UI的展现，用户操作指令（键盘、鼠标）的接受，因此，内容、结构、表现属于视图 (View)的范畴。行为主要就是Javascript代码，负责对用户操作指令的响应。在复杂ajax应用中， Javascript代码的功能一般包括：响应用户指令，执行数据验证/处理、执行客户端交互逻辑，向服务器发送ajax请求，接受并处理服务器返回的数据，根据数据改变UI（向页面结构填充内容数据、变换样式等）。基于模型-视图-控制器分离的思想，Javascript代码中的数据验证/处理、本地业务逻辑计算、向服务器发请求获取数据的功能，对应模型(Model)的功能；响应(翻译)用户操作指令，根据指令执行业务逻辑处理的功能，属于控制器(Controller)的功能；而接受处理过的数据，根据数据修改页面的内容/结构/样式的功能既不属于控制器的功范畴，也不属于模型的功能范畴，这部分代码因为根据数据对View进行呈现(render)，可以命名为Renderer(渲染器或呈现器)。
根据前述分析，本文提出了MCRV设计模式，如图3所示。阐述如下：
图3: MCRV开发模式
M(Model)：模型，完成数据验证、数据处理，执行客户端业务逻辑计算，或向服务器发起ajax请求调用服务端逻辑、接受返回的数据，将处理后的数据返回控制器。 C(Controller)：控制器，控制器响应View上的事件，根据事件调度执行模型的业务逻辑，从业务逻辑获取返回数据，调度相应的渲染器(Render)来完成界面展现。在这个过程中控制器会有数据的传递：控制器调用模型中的逻辑时会传送Renderer搜集的数据(form表单各域的name/value、其他控制参数)，模型执行逻辑后返回作为执行结果的数据给控制器，控制器根据数据来调用渲染器(renderer)来完成界面呈现(rendering)，呈现(rendering)就是修改页面结构、内容和样式的过程。数据传递过程可以用图4表示。 R(Renderer)：渲染器(呈现器)，渲染器被控制器调用，接受从控制器传递的数据，完成对界面的具体渲染。渲染器也负责控件(widget)的初始化，及建立Controller与具体事件的对应关系，事件发生时负责搜集View上的数据传送到Controller。 V(View)：视图，视图是用户最终看到的整个Web界面，由结构、内容、样式（表现）等静态内容共同构成；View由Renderer进行初始化渲染和修改。
图4：数据传递过程
可以看到在MCRV开发模式中，Controller处于控制中心的位置，Model完成具体的商业逻辑计算以及向后端发起ajax请求返回数据的功能。Controller与Model、Renderer之间的交互本质上是数据交互的过程，它们之间存在着一个数据流，如图4所示。因此，制定Controller、Model、Renderer之间的交互接口时，数据格式定义很重要。
4. 基于MCRV设计模式的Demo
下面是一个用MCRV模式来开发的Demo页面，页面的功能是用表格展示和修改用户信息。Javascript使用了jQuery库。页面界面如图5所示。页面代码在程序清单1中
图5：基于MCRV设计模式的用户管理Demo
程序清单1
<html>
<head>
<meta http-equiv="content-type" content="text/html;charset=utf-8">
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=7"/>
<title>MCRV 设计模式 Demo</title>
<style type="text/css">
/********表现*********/
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>
<!-------结构--------->
<div id="container">
<table id="tbUsers">
<thead><th>id</th><th>姓名</th><th>年龄</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"> 年龄: </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>
/***************************行为********************************/
var UserManagerMCR;
$(function()
{
UserManagerMCR=new MCR(UserController,UserModel,UserRenderer);
});
/*
* MCR 三元组
*/
function MCR(Controller,Model,Renderer)
{
this.controller=new Controller();
this.model=new Model();
this.renderer=new Renderer();
this.controller.model=this.model;
this.controller.renderer=this.renderer;
this.model.controller=this.controller;
this.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()
{
//模拟的数据，实际应用中经常从服务器获取
this.init=function()
{
this.data = [
{id:0,name:"John",age:22},
{id:1,name:"Tom",age:30},
{id:2,name:"Tony",age:25}
];
}
//获得用户数据列表
this.getUserList=function()
{
//todo ,可能ajax从后端返回
returnthis.data;
}
//获得用户数据
this.getUserByID=function(id)
{
var ix;
$.each(this.data,function(i,item){if(item["id"]==id ) { ix=i; returnfalse;}});
returnthis.data[ix];
}
//修改用户数据
this.modifyUser=function(user)
{
var result={success:true,msg:"修改成功"};
//todo,验证参数user
//todo,修改用户数据
$.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模式的开发框架原型
5.1 基本设计思想
框架是在一个特定的问题领域内，应用程序的部分设计与实现[2]。框架与设计模式通常是精密结合的。框架规定了应用的体系结构，使基于特定设计模式的开发能够复用公共代码；反之，框架强调设计复用，框架设计也基本上使用了设计模式，掌握了框架的设计模式可以快速掌握基于框架的应用程序开发。因此，使用MCRV设计模式进行前端开发时最好有一个与之配合的Javascript框架。
基本设计考虑：
Model、Controller、Renderer组成一个三元组MCR，一个MCR三元组中Controller对象、Model对象和Renderer对象是唯一的。
Model、Controller、Renderer可以初始化和销毁。
Controller、Model、View在需要时可以透明地引用其他对象。
数据与逻辑分离，支持数据本地存储。
一个Web页面可以有多个MCR组，即可以有多个Controller、Model、Renderer三元组分别完成不同的控制、逻辑、展现。这为一个页面逻辑和交互非常复杂时，拆分为多个模块，由多人开发提供了支持。
5.2 基本对象及其关系
下面是一个基于上述考虑的基于MCRV设计模式的Javascript框架原型（以下简称MCRV框架）。
框架的基本对象：MCR、Model、Controller、Renderer、Cache。如图6所示。
图6 基于MCRV模式的框架原型
MCR：控制器(Controller)对象、模型对象(Model)和渲染器对象(Renderer)的复合对象。
- Dispose()方法：执行MCR销毁操作，避免Javascript内存泄露；在页面unload时自动调用；这个方法自动调用Model、Controller和Renderer的dispose()方法。
- model属性：包含的模型。
- controller属性：包含的控制器。
- renderer属性：包含的渲染器。
Model：模型对象。
- init()方法：执行模型初始化。
- dispose()方法：执行对象销毁，释放资源。
- cahce属性：数据的缓存。
Controller：控制器对象
- init()方法：执行控制器初始化。
- dispose()方法：执行对象销毁，释放资源。
- model属性：调度的模型。
- renderer属性：控制的渲染器。
Renderer：渲染器对象
- init()方法：执行渲染器初始化。
- dispose()方法：执行对象销毁，释放资源。
- controller属性：对controller的引用。
Cache：基于key-value的缓存对象
- get()方法：基于键值获取缓存数据。
- set()方法：设置缓存数据。
- remove()方法：删除对应某个键值的缓存。
- size()：缓存数量。
5.3 MCRV框架与其他web其他部分的关系
基于MCRV模式的开发框架与Web页面开发其他组成部分的关系可以用图7表示。MCRV框架搭建起了js应用程序整体的结构，提供了应用程序上下文环境。MCRV框架可以与js组件库、css基础样式库和js业务逻辑组件一起作为应用程序构建的基础，并且它们之间没有依赖关系。尽管应用程序可以在js基础库（如jQuery）上开发，但是MCRV框架不依赖这些库。
图7 基于MCRV模式的开发框架与其他Web页其他部分的关系
6. 结论
实践表明，MCRV设计模式能够有效解决复杂ajax开发中面临的问题，可以使Web页面代码结构良好，降低Javascript代码的耦合性，提高复用性、适应性和灵活性，使Web页更加易于维护和重构。
参考文献
[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.