为什么采用C/S体系结构
作者：余彤鹰
目 录
1. 引言
2. C/S体系结构简介
2.1 C/S结构的数据库应用
2.2 非C/S结构的应用
3. 是否采用C/S体系结构的讨论
3.1 当前确定的需求
3.2 潜在和不确定的需求
3.3 未来的需求
3.4 成本和资源的考虑
3.5 发布、运行与维护的考虑
3.6 性能、开发与品质保证的考虑
4. 小结
1 引言
当为客户开发一个定制的数据库应用时，我们考察了采用客户/服务器体系结构（Client/Server Architecture）的必要性。为什么要采用C/S体系结构？先进、性能、潮流等都不是问题的实质。真实答案来自对客户现在、未来和潜在需求的研究。
2 C/S体系结构简介
2.1 C/S结构的数据库应用
最简单的C/S体系结构的数据库应用，由两部分组成，即客户应用程序和数据库服务器程序。二者可分别称为前台程序与后台程序。运行数据库服务器程序的机器，称为应用服务器，一旦服务器程序被启动，就随时等待响应客户程序发来的请求；客户程序运行在用户自己的电脑上，对应于服务器电脑，可称为客户电脑。当需要对数据库中的数据进行任何操作时，客户程序就自动地寻找服务器程序，并向其发出请求，服务器程序根据预定的规则作出应答，送回结果。
在典型的C/S数据库应用中，数据的储存管理功能，是由服务器程序独立进行的，并且通常把那些不同的（不管是已知还是未知的）前台应用所不能违反的规则，在服务器程序中集中实现，例如访问者的权限，编号不准重复、必须有客户才能建立定单这样的规则。所有这些，对于工作在前台程序上的最终用户，是“透明”的，他们无须过问（通常也无法干涉）这背后的过程，就可以完成自己的一切工作。在客户服务器架构的应用中，前台程序可以变的非常“瘦小”，麻烦的事情，都交给了服务器和网络。在C/S体系的下，数据库真正变成了公共、专业化的仓库，受到独立的专门管理。
2.2 非C/S结构的应用
与C/S体系形成对比，传统的数据库应用体系结构，例如基于主机-多终端的系统，或基于LAN上文件服务器运做的多用户系统，数据库是属于应用程序“私有的”，即使它也可以将数据文件放置在某台机器上供不同的用户共同访问（这种情形，称为“文件服务器”），但所有的操作、规则，都是在一个包罗万象的应用程序内部实现的。应用程序因此具有最大的复杂性，即使是原班开发人马，要想对已有功能加以扩充也是很困难的，当数据库稍具复杂性（比如有稍多相互关联的表与规则），其他的人员开发另外的程序共同操作这个数据库的数据，几乎不具可行性。
3 是否采用C/S体系结构的讨论
3.1 当前确定的需求
在这个案例中，已经确定的需求，就是建立一个集中、统一的数据库，实现更新、查询和格式化打印输出操作。访问者分布在总公司（约30人的规模，集中办公，连结于一个小型的LAN中）和外地的子公司（同样是集中办公，连结于一个比总公司大的LAN中）。每一处典型的同时访问人数，在10人以下。两处都有机会更新数据库中的数据。理想的情况下当然是两处的数据随时保持一致，但在特别关键的信息可以随时通过电话、传真等方式直接交换的情况下，两地的信息每隔一至二天交换更新一次，是可以接受的，这也就是目前的实际情况，从业务人员的立场上，尚没有提出在这个周期上作出戏剧性的改变的要求。针对当前的已经明确的需求，作出如下讨论：
采用C/S架构，选择适当的数据库平台，可以实现数据库数据的真正“统一”，分布于两地的数据同步完全交由数据库系统去管理，逻辑上，两地的操作者都直接访问同一个数据库。它的有效实现，有这样一些问题：
- 如果需要建立“实时”的数据同步，就必须在两地间建立实时的通讯连接，保持两地的数据库服务器在线运行，这需要高昂的投资和复杂的技术支持，高的维护成本。
- 可以根据实际的需要，采用“间歇”同步策略，通过合理分配两地的工作（这一点是现实业务中已经很好地实现的），基本可以避免分别更新数据可能对业务带来的问题。对数据库同步更新的间隔，可以天为最小单位，在这样的同步需求下，采用复杂和昂贵的“分布式数据库”管理技术[注1]，是不划算的。
在该案例中，当前需求的一个重要特征，是在LAN中的多用户操作。进一步分析该客户的要求可以得知，数据更新的频率是很低和集中于少数用户的。大量可能的并发性操作来自查询。
对于本例的应用要求和环境，采用基于网络文件服务器开发非C/S结构的应用，也完全可以满足，虽然C/S结构下的多用户应用可以更好（比如更完善的用户共享特性，用户管理，以及更好地平衡服务器与客户机之间的负荷，大幅度降低网络传输的负荷等），但就用户立场而言，并没有采用C/S结构直接的必要性。
[注1]：应当说明，对于其他的架构的数据库体系，同样可以实现分布式的数据存储与管理，但从本例实现的角度看，比起基于C/S架构的体系，要复杂和昂贵。
3.2 潜在和不确定的需求
在电脑应用定制开发的领域，要想真正令客户满意，就必须真正理解用户的需求，尤其是那些潜在的需求。比如，上述对数据同步更新频率的需求，是基于现在的业务方式与节奏的，一旦电脑系统投入应用，改变了整个作业的节奏，就可能提出更高的要求。此外，公司的业务量的不断发展，客户对于公司作出反映的时间的提高，都会导致对电脑系统需求的提高。
在这个案例中，用户的应用方式和规则具有不确定性和不断改变发展的特征，但数据库描述的基本对象却具有相对稳定、有序扩充的特点，因而数据库的结构相对稳定，也就是说，基于对实体的深入分析和抽象作出的数据表是相对稳定的，随着未来的发展，多数的变化将是新表的增加及数据项的增加，而较少更改。
针对这个特征最直接有效的策略，就是将易变的部分（应用和应用规则）和相对稳定的部分（数据和基本属性、结构）分离，这正是C/S结构数据库应用的典型模式。
从原理和经验上看，对本案例或类似的应用，C/S结构是目前技术条件下，能较好适应不确定和变化的需求环境的比较现实的方案。它可以令我们以较低的投入，实现将易变与稳定的要素分离，快速地增添和替换“瘦小”而互相独立的前台应用，保持数据的连续性和继承性。
3.3 未来的需求
在这个案例中，用户确认了这样的应用发展策略：由点到面，由简到繁逐步引进电脑化作业方法，稳步改进日常的业务模式，并期望于时机成熟的时候开展基于信息技术的业务流程重规划。
具体应用的规划是：先建立简单有效的数据库应用，进一步开发更多的，更具专业性、更深入的应用项目，进而在更大的范围上应用，最终期望将客户也纳入到电脑系统的用户中来，实现客户与销售人员的远程在线查询、下单。在指导性的发展规划中，具体提出了企业内部的互连网（Intranet）和面向国际互连网（Internet）的应用远景。
在这样的应用策略下，对电脑应用的开发，将是一个逐步完善的过程，对这样的开发环境，上一节中已经做了分析。
以目前的技术看，先建立C/S结构的局域网络应用，再向Internet/Intranet模式下数据库应用过渡，是比较现实，相对易于把握、成本较低的。即使是一次到位的开发，对于类似的环境和小型的应用而言，要想实现不同的人员，从不同的地点，以不同的接入方式（比如LAN, WAN, Internet/Intranet等）访问和操作共同的数据库，并有效地保证和管理数据的安全性、访问权限、完整性，采用C/S架构和支持C/S架构的数据平台，是必然选择。
3.4 成本和资源的考虑
由于用户已经建立并运行着LAN、文件服务器，并运行着（并且以后也要继续运行）一些基于PC或PC LAN的应用，现行的硬件设备基本上不用大的扩充，就可以运行基于文件服务器的多用户数据库或基于应用服务器的C/S应用。
采用C/S体系结构，客户所支出的费用项目，将增加数据库平台和对其维护的成本，和可能需要增加适合数据库平台运行的应用服务器操作系统。
这样，从现有资源出发，不考虑开发的成本，最直接而经济的实现方案，是建立基于文件服务器的多用户系统，其次才是C/S体系结构。相比之下，主机模式无论从软硬件投资、开发成本上都是巨大的，没有什么理由替代前两种模式。
3.5 发布、运行与维护的考虑
由于数据库用户的地理位置和数量增加的可能，需要考虑安装上的因素。C/S结构的应用至少需要设置客户和服务器两个项目，而基于文件服务器的应用，通常只需要一次性的安装和设置。现在的客户服务器开发技术，可以将客户端作成简单复制一个瘦小的执行文件就可以运行，客户端通常没有维护的要求，对服务器的安装设置则是一次性的。
对于非C/S架构的数据库系统来说，维护方面的性能也是在应用程序的开发中决定的。这样的系统，通常都需要原设计开发者才能比较好地维护。
C/S架构的数据库系统，由于数据库是建立在通用的平台之上，并且支持SQL这样的通用技术，对数据库的维护工作更加专业，但更为开放，这意味着维护和进一步开发对原设计开发者的依赖性可以降低。用户可以更好地适应人员的流动或服务/供应商的变更。对体系规划的合理性，和一些特殊技术的采用，例如后台服务器上的存储过程、触发器等，会影响到这个特点。出于这个理由，在C/S应用设计时，应尽可能采用规范的模式，标准化的技术。同样的努力，在其他架构中就相对难以实现或较少实际意义。
3.6 性能、开发与品质保证的考虑
非C/S结构应用的性能，更大程度取决于应用程序的设计与实现。基于文件服务器运行的多用户系统，当数据量、用户数扩大时，性能就会严重下降，这包括巨大的网络传输量，以及难以有效地平衡工作站与服务器的负荷。因此，大的数据容量和多用户环境，通常是采纳C/S结构的一个重要理由。主机-终端模式虽然可能更具能量，但高成本和封闭性，限制了它的应用领域。
从运行上来看，同样设计良好的系统，C/S结构引入了更多的“衔接”环节，这意味着故障的机会和资源的耗费，然而，一旦系统处于开放的网络与应用环境中，这些开销就变成是必须的。
对于具备良好的规划能力的开发者而言，C/S结构给予规划者更大的空间和更强的支持，易于实现不同应用间的合理分离，分别调试和投入应用。前台应用和后台数据库的开发，被“强制”地分开；数据库部分的逻辑与规则，一经调试完成，就可以在将来的应用中一直保证下去；在一个动态改进或逐步扩充的开发环境，或复杂的应用环境中，这些都是提高系统可靠性有利因素。对基于文件服务器的系统而言，每次增加或修改功能，通常都意味着整个系统的升级，前后台的一体化，也就意味着每次变更都有更大的可能性造成对原有规则的破坏，并引起连锁效应。
以目前的技术环境而言，在C/S结构下，有更多成熟的，适合不同规模应用的开发平台与数据库平台可供选择，并普遍遵循或采用SQL等标准或技术，相对较具开放性，有更多的技术支持、开发与维护人员的来源，并且——基于技术与行业发展的趋势，将来也会有更多的发展和保障。
4 小结
总结以上的种种分析，可以发现，对于这个特定的案例，仅就当前已确定的和希望马上实现的需求而言，可以用传统的，基于LAN的文件服务器的多用户系统实现，但考虑到用户真实需求的不确定性和不断扩充的可能等等因素，有更多的理由支持采用C/S体系结构。作为一种权宜的方案，也可以考虑先采用基于文件服务器的多用户系统，在规划和实现上，尽量为将适当时候来转换成为C/S结构打下基础。此外，如果采用C/S体系结构，还应当尽可能采用开放的，标准的技术。
在上面的分析中，支持采用C/S的理由主要有：
- 应用的不确定性，逐步开发和增加新应用的需要
- 适应将来开放的异种网络环境中应用的需要
- 用户数、数据量增长的可能性
- 适应电脑开发、维护、供应商与相关技术人员变更的需要
- 有利于动态规划与动态开发过程，对系统可靠性的保证
此外，从用户的现有资源的延续利用与新增投入，及开发的成本和难度看，采用C/S结构，也是比较适中、现实的选择。
读者应当留意，这里仅仅是针对一个特定环境下小型应用案例开发策略的分析，而不是对数据库体系结构的一个完整的分析比较，更不是对技术本身的评价。
发表日期：1999-03-05
更新日期：1999-03-14 对一些阐述不清楚或易于引起误解的地方进行了修改，部分标明。
