Kiến trúc Model-View-Presenter trong .NET

(Post 03/08/2010) Khảo sát mẫu kiến trúc MVC cổ điển và một mẫu kiến trúc thừa kế từ nó hiện được ứng dụng rộng rãi khi học lập trình .NET, đó là kiến trúc MVP.

Trong các nền tảng lập trình hiện đại như .NET, khi mà các công cụ và kĩ thuật hỗ trợ lập trình giao diện người dùng (UI) ngày càng trở nên mạnh mẽ và tiện dụng thì chúng ta thường có xu hướng đưa nhiều xử lý bên ngoài vào các lớp UI. Kết quả là các thành phần UI này chứa nhiều xử lý logic và dữ liệu mà lẽ ra nên tách rời thành những thành phần riêng. Việc tách rời xử lý và trình bày vì những lí do sau:

Trong một hệ thống, UI là thành phần có nhiều khả năng thay đổi nhất nên việc tách rời các thành phần UI giúp có thể thay đổi các thành phần UI này một cách độc lập mà không ảnh hưởng đến các thành phần xử lý khác. Đặc biệt việc tách rời các thành phần dữ liệu khỏi UI còn cho phép trên cùng một thành phần dữ liệu này, ta có thể phát triển nhiều thành phần UI khác nhau cho các cách trình bày khác nhau.

Các code xử lý đặt trong các thành phần UI còn gây khó khăn cho việc testing (unit-test). Việc test các thành phần UI thường hoặc phải chạy ứng dụng thủ công hoặc sử dụng các runner script để thực hiện việc tương tác tự động lên các thành phần UI, do đó sẽ tốn nhiều chi phí và thời gian hơn để kiểm tra các xử lý bên trong các thành phần này.

Việc đưa nhiều xử lý vào các lớp UI còn dẫn đến khả năng là trùng lắp code xử lý. Những xử lý lẽ ra có thể dùng chung thì lại xuất hiện lặp lại ở nhiều thành phần UI có chức năng tương tự nhau. Việc tách các xử lý này ra ngoài ra còn tăng tính tái sử dụng code và dễ bảo trì hơn.

Các vấn đề trên là các vấn đề cơ bản được đặt ra cho các hệ thống tương tác (interactive system). Để giải quyết chúng, một số giải pháp được đề ra trong đó phổ biến nhất là mẫu kiến trúc MVC (Model-View-Controller). Trong bài viết này, chúng ta sẽ khảo sát mẫu kiến trúc MVC cổ điển và một mẫu kiến trúc thừa kế từ nó, hiện được ứng dụng rộng rãi trong môi trường .NET, đó là kiến trúc Model-View-Presenter.

??? Tìm hiểu thêm: FP trong .NET Framework – Lập Trình Viên Quốc Tế FPT Aptech

Mẫu kiến trúc Model-View-Controller cổ điển

Tổng quan

Mẫu kiến trúc Model-View-Controller là phương pháp chia nhỏ các các thành phần dữ liệu (data), trình bày (output) và dữ liệu nhập từ người dùng (input) thành những thành phần riêng biệt.

Lịch sử

MVC được hình thành bởi các nghiên cứu của Trygve Reenskaug vào khoảng các năm 1978-1979. Sau đó nó được điều chỉnh và được cài đặt lần đầu tiên vào các lớp của thư viện Xerox PARC Smalltalk-80. MVC cổ điển hiện tại ít được sử dụng trong môi trường lập trình desktop như trước đây nhưng hiện tại nó vẫn được sử dụng cực kì rộng rãi như là kiến trúc cơ bản trong các môi trường lập trình web.

Cấu trúc

Các thành phần

Model chứa dữ liệu và các tính toán xử lý logic để giải quyết vấn đề mà phần mềm hướng tới (business logic). Thành phần model thường được trình bày ở dạng Domain Model .

View là thành phần đảm nhận trình bày từ những dữ liệu của Model. View bao gồm những gì thể hiện trên màn hình như các control, form, widget,…

Controller là thành phần đảm nhận việc xử lý đáp trả lại các dữ liệu được đưa vào từ người dùng như các sự kiện chuột, bàn phím, các tương tác lên các control… Controller là cầu nối giữa người sử dụng và ứng dụng.

Phối hợp các thành phần

Trong kiến trúc MVC, mỗi bộ ba Model-View-Controller được thiết kế tương ứng cho các đối tượng mà người dùng có thể tương tác.

Model nắm giữ trạng thái, cấu trúc và các hành vi của dữ liệu được thể hiện và tương tác bởi người dùng. Model không phục thuộc và tương tác trực tiếp lên các thành phần khác. Thay vì vậy, khi có thay đổi, nó thông báo cho những thành phần như View tương ứng thông qua cơ chế là Observer pattern. Model còn cung cấp phương tiện để các thành phần khác tương tác lên nó.

View lấy các thông tin từ Model và trình bày đến người dùng. Trên cùng một model, có thể có nhiều View cùng đăng ký. Khi có một thay đổi từ Model, tất cả các View đều được thông báo thông qua observer mà nó đã đăng ký.

Mỗi View khi được tạo ra sẽ tạo ra một Controller đi kèm với nó. Trong khi các View đảm nhận kết xuất dữ liệu thì các Controller đảm nhận việc xử lý dữ liệu từ người dùng. Với mỗi sự kiện nhận được, Controller có thể xử lý và tương tác trực tiếp lên thành phần View và Model tương ứng để đáp trả. View và Controller là hai thành phần cấu thành nên giao diện người dùng của ứng dụng. Chúng lưu giữ liên kết trực tiếp đến Model. Trong khi Controller có thể thay đổi dữ liệu theo yêu cầu của người dùng thì View tương tác để lấy dữ liệu cập nhật vào chính nó từ Model.

Nhầm lẫn thường gặp

Một nhầm lẫn thường gặp trong quan hệ giữa các thành phần MVC là khi xem mục đích của Controller như là thành phần trung gian để tách rời View khỏi Model. Trong khi thực tế, kiến trúc MVC tách rời dữ liệu và xử lý trung tâm khỏi phần trình bày thông qua cơ chế là Observer Pattern chứ không phải Controller. Nhiệm vụ của Controller là cần nối giữa người dùng là ứng dụng, không phải giữa View và Model.

Vấn đề của MVC

Trong khi mục đích chính của MVC là tách rời trình bày và các xử lý bên trong. Việc phân rõ vai trò xử lý ouput (View) và input (Controller) là một hệ quả nhằm hoàn thiện cơ chế cho ý tưởng trên. Hiện nay trong nhiều môi trường lập trình hiện đại, nhiều control được cung cấp và hoàn thiện hơn (nhiều xử lý sự kiện cơ bản đã được hỗ trợ sẵn) so với trước đây nên việc khoáng tất cả các xử lý sự kiện cho một thành phần độc lập như Controller không còn là vấn đề quan trọng nữa.

Trong khi đó, những cơ chế như Observer Pattern cũng có vấn đề của riêng chúng. Trong khi được dùng như phương tiện hiệu quả để loại bỏ sự phụ thuộc của Model vào các thành phần khác, nó có một vấn đề lớn là tại một thời điểm, chúng ta khó có thể xác định điều gì sẽ xảy ra bằng cách đọc code và việc thực hiện các testing cũng khó khăn hơn. Hơn nữa, do Model chỉ liên kết gián tiếp đến View thông qua Observer Pattern, khi sự thay đổi trạng thái của Model cần đến một vài thao tác xử lý phức tạp để áp dụng lên giao diện thì với mô hình cổ điển sẽ gặp khó khăn.

Một vấn đề khác là chúng ta cần lưu trữ tình trạng hiện tại của UI (UI state), ví dụ trong danh sách sinh viên thì chúng ta cần biết sinh viên nào đang được chọn. Trong khi thành phần UI nắm giữ dữ liệu trình bày đang được chọn thì dữ liệu sinh viên thuộc về Model, như vậy dữ liệu về sinh viên được chọn sẽ được lưu trữ ở đâu khi cần truy xuất đến?

Vì những lí do trên, MVC sau này đã có những thay đổi và bổ sung nhất định (như khái niệm Application Model). Kiến trúc MVP chúng ta sẽ bàn dưới đây cũng dựa trên tư tưởng cơ bản của MVC nhưng với cách tiếp cận khác nhằm mục đích khắc phục các khuyết điểm đã có.

Mẫu kiến trúc Dolphin Smalltalk Model-View-Presenter

Tổng quan

Mẫu kiến trúc Dolphin Smalltalk Model-View-Presenter chia ứng dụng thành các phần dữ liệu (data), trình bày (presentation) và các xử lý logic thuộc phần trình bày (presentation logic) thành những thành phần riêng biệt.

Lịch sử

Phiên bản Dolphin Smalltalk Model-View-Presenter (gọi tắt là Dolphin MVP) là phiên bản của MVP được xây dựng dựa trên phiên bản Taligent MVP xuất hiện trước đó. Dolphin MVP được xây dựng về cơ bản bên ngoài tương tự như MVC cổ điển nhưng khác nhau ở vai trò của Controller và Presenter.

Cấu trúc

Các thành phần

Model chứa dữ liệu và các tính toán xử lý logic để giải quyết vấn đề mà phần mềm hướng tới (business logic).

View là thành phần đảm nhận trình bày từ những dữ liệu của Model. View bao gồm những gì thể hiện trên màn hình như các control, form, widget,…

Presenter là thành phần đảm nhận các xử lý về trình bày mà nó cần đến sự tương tác trên dữ liệu.

Phối hợp các thành phần

Trong khi vai trò của Model không thay đổi so với MVC cổ điển. Thành phần View của Dolphin MVP cũng thực hiện việc trình bày từ nội dung của Model và gắn kết với Model thông qua Observer Pattern. Tuy nhiên, nó thực hiện bắt các sự kiện xảy ra ngay bên trong nó. Một vài trường hợp đơn giản như TextView, dữ liệu nhập được xử lý trực tiếp và cập nhật thay đổi trực tiếp vào Model còn hầu hết các trường hợp khác, việc xử lý được chuyển giao cho Presenter đảm trách khi cần thao tác đến Model.

Trong khi View đảm nhận trình bày thì Presenter đảm trách cách Model được thao tác và thay đổi như thế nào bởi giao diện người dùng. Presenter là nơi chứa các xử lý đặc trưng của ứng dụng (application logic so với business logic của Model). Một điểm đáng chú ý khác là Presenter có khả năng thao tác trực tiếp lên View mà nó gắn kết, điều này khác biệt với phiên bản Taligent MVP xuất hiện trước đó.

So sánh Dolphin MVP và MVC cổ điển

Điểm khác biệt cơ bản của Dolphin MVP và MVC cổ điển là sự khác nhau về vai trò của Presenter và Controller, nó cũng dẫn đến sự khác nhau về vai trò giữa hai thành phần View. Trong Dolphin MVP, sự hiện diện của Controller bị loại bỏ, thay vào đó, việc xử lý các dữ liệu input được View đảm nhận và được chuyển cho Presenter khi có yêu cầu tương tác đến Model.

Mẫu kiến trúc MVP của Martin Fowler

Tóm tắt

Martin Fowler là một trong những người đâu tiên đi sâu và nghiên cứu về các phiên bản của MVP. Vào năm 2006, Fowler tuyên bố sự kết thúc của các kiến trúc MVP cổ điển và tự chia MVP thành hai phiên bản mới là Passive View và Supervising Controller.

Trong mẫu Passive View, thành phần View được loại bỏ hoàn toàn các xử lý logic và tương tác đến Model. Thay vì vậy, nó chuyển giao các xử lý cho Controller đảm trách. Controller đảm nhận tương tác đến Model và cập nhật View khi có thay đổi từ Model. Controller là thành phần trung gian liên lạc giữa View và Model.Trong mẫu Supervising Controller, View đầu tiên bắt lấy các sự kiện và sau đó chuyển giao cho controller xử lý. Để cập nhật thay đổi từ Model, View dùng data-binding và Observer pattern cho các xử lý đơn giản còn đối với các xử lý phức tạp sẽ nhờ đến Controller đảm nhận.So với Supervising Controller chứa View đảm nhận xử lý sự kiện đơn giản thì với Passive View, thành phần View được tách rời hoàn toàn khỏi các xử lý, kể cả các xử lý cơ bản ở mức giao diện cũng được giao hoàn toàn cho Presenter xử lý. Điều này tạo thuận lợi hơn cho việc testing vì khi đó các thành phần Model và Presenter có thể được kiểm tra một cách độc lập mà không phụ thuộc vào giao diện. Phiên bản MVP của Microsoft đầu tiên được xây dựng dựa trên Passive View sau đó mẫu Supervising Controller cũng được hỗ trợ với một số điều chỉnh.

Phiên bản MVP của Microsoft

Lịch sử

Khởi đầu từ các framework Smart Client Software Factory and Web Client Software Factory dựa trên kiến trúc MVP được các nhóm nghiên cứu về pattern của Microsoft tạo ra từ năm 2006, Microsoft sau đó bắt đầu đưa MVP vào các tài liệu hướng dẫn và ví dụ về lập trình giao diện trong .NET framework. Mô tả dưới đây dựa trên phiên bản MVP được mô tả trong tạp chí MSDN vào năm 2006 (tham khảo 2) và có thể xem là kiến trúc cơ bản cho các framework trên. Ngoài ra, còn có một số framework MVP khác cũng được phát triển trên nền tảng .NET như MVC# hay NMVP.Xin lưu ý là phiên bản cũ của Web Client Software Factory ban đầu được tổ chức dựa trên Passive View (cấu trúc bên dưới) nhưng với phiên bản hiện tại thì cấu trúc dựa trên Supervising Controller cũng được hỗ trợ.

Cấu trúc

Các thành phần

Model chứa dữ liệu và các tính toán xử lý logic để giải quyết vấn đề mà phần mềm hướng tới (business logic).View là thành phần đảm nhận trình bày từ những dữ liệu của Model và là tổng hợp của các form, control được sử dụng.Presenter là thành phần đảm nhận các xử lý về trình bày cũng như tương tác đến dữ liệu bên dưới và có thể tương tác để thay đổi View trong quá trình xử lý.

Phối hợp các thành phần

Mẫu kiến trúc MVP của Microsoft tương tự như Passive View nhưng nó bổ sung thêm ràng buộc là các Presenter chỉ có thể truy cập đến View thông qua các interface IView. Điều này giúp Presenter không phụ thuộc đến cài đặt cụ thể của View và có thể dễ dàng test Presenter một cách độc lập. Điều này đạt được do sử dụng IView, chúng ta có thể dùng kĩ thuật “Mock” để thay thế các xử lý cụ thể của View khi test Presenter. Ngoài ra, mối quan hệ giữa Presenter và Model là quan hệ một chiều (chiều còn lại là gián tiếp). Hệ quả của các liên kết là chúng ta có một mô hình đa lớp (multi-layer) như cấu trúc ở trên theo ý nghĩa các thành phần ở một layer chỉ phụ thuộc và sử dụng các thành phần ở layer ngay bên dưới nó.Theo mẫu Microsoft MVP, khi một View gắn liền với một interface IView. Khi View được tạo ra, nó tạo ra một đối tượng private Presenter và gắn nó vào đối tượng này thông qua IView. Khi một sự kiện xảy ra, View bắt lấy và sau đó kích hoạt một phương thức của Presenter mà sau đó, nó có thể tương tác với Model. Một số sự kiện như bắt đầu hiển thị và đóng của View cũng được gửi tới để Presenter kích hoạt một số phương thức tương ứng, điều này giúp cho một số công việc như khởi tạo và giải phóng dữ liệu cho View được dễ dàng hơn.Model theo Microsoft MVP cũng thường được tổ chức bổ sung một lớp Service nằm bên trên để tương tác với Presenter, qua đó giảm bớt sự phụ thuộc đến các xử lý data nằm sâu bên dưới. Ngoài ra, để điều khiển việc liên lạc giữa các View hay các Presenter, một thành phần thường được bổ sung gọi là Application Controller. Trong một ứng dụng có thể có nhiều Application Controller để quản lý các nhóm MVP. Ngoài ra, thay vì sử dụng Presenter để tương tác với Model, một cách là giao tất cả các thao tác này cho Application Controller đảm trách.

Một ví dụ minh họa đơn giản

Để minh họa mẫu Microsoft MVP, chúng ta sẽ cùng khảo sát một ví dụ đơn giản: tạo một form hiển thị danh sách sinh viên cùng chức năng thêm mới trên danh sách sinh viên đó. Với mục tiêu là minh họa cách tổ chức và liên kết giữa các thành phần là chủ yếu, chúng ta không đi sâu vào cài đặt cụ thể (bạn có thể tham khảo source code đi kèm bài viết, source code được tổ chức ở dạng project của VS 2008).Ứng dụng được tổ chức thành 5 project: View, Presenter, DataService, Model và DataTransferObject. Trong đó, View là application còn các project khác là library. Các project phụ thuộc lẫn nhau theo thứ tự project phía trước sử dụng trực tiếp project phía sau, ngoại trừ DataTransferObject chức các loại dữ liệu được dùng chung cho 3 project View, Preseneter và DataService. Model là project chứa các tương tác trực tiếp đến dữ liệu và không phụ thuộc vào bất cứ thành phần nào khác.

Giải thích các project:

• Model: chứa dữ liệu giả lập (StudentData.xml), schema (StudentDataSet.xsd) và lớp tiện ích được xây dựng bên trên (DataAccess.cs).
• DataTransferObject: chứa đối tượng dữ liệu được dùng chung cho các project ở mức cao hơn (Student.cs).
• DataService: được xây dựng bên trên Model, chuyển đổi dữ liệu từ Model sang DataTransferObject và xây dựng các tiện ích bên trên đối tượng transfer này (Service.cs).
• Presenter: chứa interface của View dùng cho Presenter truy cập (IViewForm) và lớp Presenter (StudentPresenter).
• View: chứa form view (ViewForm.cs) và Program.cs.

Trong bài viết khác, chúng ta sẽ tìm hiểu phương pháp TDD (Test-driven development) và ứng dụng nó để phát triển ứng dụng theo mẫu Microsoft MVP trong môi trường .NET.Tài liệu tham khảo:

1. Martin Fowler, GUI Architectures
2. Jean-Paul Boodhoo , Design Patterns: Model-View-Presenter
3. Buschmann F., Meunier R., Rohnert H. & Sommerlad P. & Stal M. (1996). Pattern-Oriented Software Architecture: A System of Patterns.
4. Martin Fowler , Patterns of Enterprise Application Architecture.
5. http://en.wikipedia.org/wiki/Model_View_Presenter
6. http://en.wikipedia.org/wiki/Model%E2%80%93view%E2%80%93controller
7. Derek Greer, Interactive application architecture patterns
8. Views Testability Guidance
9. Dolphin MVP paper

Võ Hồng Vinh

FPT Aptech – Hệ Thống Đào Tạo Lập Trình Viên Quốc Tế