工廠模式在分層架構(gòu)中的應(yīng)用

樂 藝

（南京廣播電視大學(xué)，江蘇 南京210002）

隨著時間的推移，軟件需求不可避免地會有所改變，如何縮減軟件開發(fā)和維護費用是開發(fā)設(shè)計人員共同面臨的問題。分層架構(gòu)在軟件體系架構(gòu)的設(shè)計中屬于一種最為常見及重要的結(jié)構(gòu)，分層架構(gòu)的使用可以確保軟件可維護、易修改。與此同時，軟件的設(shè)計還必須是穩(wěn)定的，在軟件設(shè)計的過程中要盡量滿足“開閉原則”，以達到提高可維護性的復(fù)用目的?！伴_閉原則”從某種角度論述就是“對可變性的封裝原則”，即“找到一個系統(tǒng)的可變因素，將它封裝起來”[1]?？紤]到設(shè)計模式其實就是對不同可變性的封裝[2]，因此，在分層架構(gòu)的設(shè)計中，靈活運用設(shè)計模式可以使軟件系統(tǒng)在不同程度上達到“開閉原則”的要求，從而更好地應(yīng)對變化、提高復(fù)用性。

1 模式的概述

建筑大師Christopher Alexander最早提出了模式的概念，他認為“每一個模式描述了一個在我們周圍不斷重復(fù)發(fā)生的問題，以及該問題的解決方案的核心”[3]，這一思想隨即通過開創(chuàng)性著作[GOF95]引入到了軟件領(lǐng)域。

模式的目標是要找出共通性問題的不變部分，必須在不斷實踐的過程中通過積累經(jīng)驗才能提取出其中的規(guī)則。在軟件領(lǐng)域中，不同的層面上有不同的模式，從架構(gòu)到實現(xiàn)，依次分為架構(gòu)模式、設(shè)計模式、實現(xiàn)模式。如分層架構(gòu)就是常見的架構(gòu)模式，屬于模式中的最高層次；而在[GOF95]一書中總結(jié)的23個基本設(shè)計模式則是用來處理設(shè)計中反復(fù)出現(xiàn)的問題，是模式中的第二層次；實現(xiàn)模式涉及到具體編程，也稱為代碼模式。

2 工廠模式的定義

創(chuàng)建型設(shè)計模式、結(jié)構(gòu)型設(shè)計模式、行為型模式是設(shè)計模式的經(jīng)典類型，其中創(chuàng)建型模式通過建立對象來解決問題，工廠模式就屬于此類型中的常見種類。工廠模式通過專門負責(zé)實例化的工廠類來獲得具體的對象[4]，由工廠動態(tài)地決定實例化哪一個類。工廠模式的形態(tài)主要有簡單工廠模式、工廠方法模式、抽象工廠模式。簡單工廠模式可以根據(jù)傳入的參數(shù)決定創(chuàng)建哪一個類的實例，是不同的工廠模式在一定程度上的簡化形式[5]。簡單工廠模式的類圖如圖1所示，其中工廠類角色Creator是簡單工廠模式的核心，根據(jù)傳入的參數(shù)創(chuàng)建產(chǎn)品對象；抽象產(chǎn)品角色Product是產(chǎn)品對象的共同接口；具體產(chǎn)品角色Concrete Product是一種接口的多種實現(xiàn)。

3 工廠模式的應(yīng)用

3.1 分層架構(gòu)體系的設(shè)計

區(qū)分層次的目的是實現(xiàn)系統(tǒng)的高內(nèi)聚、低耦合，在分層架構(gòu)的應(yīng)用中，通常將系統(tǒng)劃分為用戶界面層（UI）、業(yè)務(wù)邏輯層（BLL）、實體層（Model）、數(shù)據(jù)訪問層（DAL）。

以已經(jīng)開發(fā)的教材管理系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)的用戶界面層為客戶端提供對應(yīng)用程序的訪問，用于顯示數(shù)據(jù)和接收用戶輸入的數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)邏輯層負責(zé)處理用戶界面層的請求，實現(xiàn)應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)功能，其中用戶界面層通過業(yè)務(wù)邏輯層來訪問數(shù)據(jù)訪問層，數(shù)據(jù)訪問層提供數(shù)據(jù)服務(wù)。同時實體層被各層所調(diào)用，因為實體層是各層之間作為數(shù)據(jù)參數(shù)傳遞的結(jié)構(gòu)通道。教材管理系統(tǒng)中的實體層比較簡單，如bookinfo實體類，其代碼主要由各字段的get和set方法組成，它對應(yīng)的是數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表，沒有行為，只有屬性，作為數(shù)據(jù)的載體可以被任一層的book類多次引用。

數(shù)據(jù)訪問功能是分層設(shè)計的核心工作，在數(shù)據(jù)訪問層中提供了與數(shù)據(jù)庫的直接交流，如何設(shè)計一個靈活的、可擴展的數(shù)據(jù)訪問層,使系統(tǒng)能方便地實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)訪問的遷移,是系統(tǒng)設(shè)計時要考慮的一個關(guān)鍵問題。

3.2 工廠模式在數(shù)據(jù)訪問層中的應(yīng)用

為使教材管理系統(tǒng)能實現(xiàn)多數(shù)據(jù)庫支持，將簡單工廠模式應(yīng)用到數(shù)據(jù)訪問層的設(shè)計中。簡單工廠模式是一種簡單、靈活的創(chuàng)建型模式，在分層結(jié)構(gòu)下采用該設(shè)計模式不僅可以使軟件系統(tǒng)的層次更分明，還能最大限度地實現(xiàn)軟件復(fù)用，增強系統(tǒng)的可維護性和可擴展性。

在數(shù)據(jù)訪問層中使用簡單工廠模式如圖2所示，其中IdataProvider屬于數(shù)據(jù)訪問層的接口子層，即這個類層次結(jié)構(gòu)是針對數(shù)據(jù)庫訪問的接口。同時結(jié)合.Net中的反射機制，調(diào)用該接口的具體實現(xiàn)類。在運行時，根據(jù)不同配置返回數(shù)據(jù)訪問層中的不同實現(xiàn)，如OracleDAL、ACCESSDAL或SQLServerDAL，其中創(chuàng)建具體接口類的對象的任務(wù)由DALFactory來實現(xiàn)，即工廠是提供轉(zhuǎn)換好的接口的實例類。

為實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問層的可適應(yīng)性,簡單工廠模式為數(shù)據(jù)庫提供者實現(xiàn)不更改程序代碼的裝配。首先，在ASP.NET中的配置文件web.config的appSettings節(jié)中配置所要創(chuàng)建的程序集中的對象；然后，利用工廠類DALFactory的Create方法讀取該節(jié)從而獲取數(shù)據(jù)庫類型字符串；最后，創(chuàng)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問對象，通過父類IdataProvider引用返回。

3.3 數(shù)據(jù)訪問層的具體實現(xiàn)

教材管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問層內(nèi)部包含兩個部分，一是修改自微軟提供的SQLHelper類，該類提供了創(chuàng)建訪問參數(shù)、命令對象、適配器以及執(zhí)行存儲過程和查詢的方法，負責(zé)將存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)公開，是真正面向數(shù)據(jù)庫連接和訪問的。另外一個才是面向?qū)嶋H項目的數(shù)據(jù)訪問層，以SQLServerDAL的book.cs中的UpdateBook方法為例，這是與存儲過程Pr_UpdateBook對應(yīng)的修改教材的方法。首先通過sqlHelper類中的CreateInParam方法創(chuàng)建訪問數(shù)據(jù)庫的參數(shù)，然后執(zhí)行Pr_UpdateBook存儲過程，其中的核心是sqlHelper.RunProc("Pr_Update-Book"，paramList)，即通過 sqlHelper類中的方法最終操作到了數(shù)據(jù)庫中的表?？梢?，數(shù)據(jù)訪問層起到了將存儲過程對應(yīng)到實際項目的作用。

但是教材管理系統(tǒng)的設(shè)計不能僅滿足于運行在SQLServer之上，還要考慮到未來數(shù)據(jù)庫的可移植性，因此將數(shù)據(jù)訪問層具體實現(xiàn)的功能接口，包含對數(shù)據(jù)庫的基本操作(如創(chuàng)建、增加、刪除、選擇、更新等)集中定義在數(shù)據(jù)訪問層的接口子層。這些接口被抽象為一個單獨的接口模塊，提供了業(yè)務(wù)邏輯層訪問數(shù)據(jù)的通道。正是由于接口模塊的抽象性，同一個Ibook接口在數(shù)據(jù)訪問層可以有多個實現(xiàn)，只要OracleDAL、ACCESSDAL或SQLServerDAL及其他的數(shù)據(jù)庫訪問層滿足接口模塊中定義的接口即可。

結(jié)合簡單工廠模式的應(yīng)用思路，仍以創(chuàng)建基于SQLServer數(shù)據(jù)庫的接口實現(xiàn)類為例，在＜appSettings＞節(jié)中進行如下配置：＜add key="WebDAL"value="Leyi.SQLServerDAL"/＞；

在工廠類DALFactory中利用反射原理創(chuàng)建對象，先獲取所配置的數(shù)據(jù)：

其中，return(Ibook)Assembly.Load(path).CreateInstance(className)是簡單工廠模式的核心語句。這里的Assembly.Load(path)是通過對path的定義把剛才的SQLServerDAL程序集動態(tài)載入；CreateInstance方法是創(chuàng)建該程序集的實例；通過(Ibook)將該實例的類型強制轉(zhuǎn)換為接口實例。

最后返回接口供業(yè)務(wù)邏輯層調(diào)用：

Ibook idap=DALFactory.Create()；

由于用戶可以根據(jù)參數(shù)獲得對應(yīng)的類實例，因此，采用簡單工廠模式可以方便地實現(xiàn)其他數(shù)據(jù)庫的裝配，只要修改web.config配置節(jié)中的value值即可，無需修改類本身，這樣不僅通過工廠避免了直接實例化類，還將業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層之間進行了解耦。

設(shè)計模式不僅能減少程序冗余度、提高程序效率，而且對將來的問題和需求也有足夠的通用性，使得復(fù)用成功的設(shè)計和體系構(gòu)造也變得更加簡單方便。簡單工廠模式作為重要的模式之一，帶來了很多開發(fā)上的優(yōu)點，實踐證明在分層架構(gòu)體系的設(shè)計中引入簡單工廠模式，一定程度上保證了系統(tǒng)的可擴展性和可移植性，使得數(shù)據(jù)訪問層更加靈活，即便簡單工廠模式在某種程度上并不能完全滿足“開閉原則”，但是仍然有效地實現(xiàn)了不同數(shù)據(jù)源的訪問，滿足了業(yè)務(wù)變更的需求，顯著地改善了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

[1]閻宏.Java與模式[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.

[2]GAMMA E，HELM R，JOHNSON R，et al.Design patterns：elements of reusable object-oriented software[M].Addison-Wesley Professional，1995.

[3]亞歷山大 C.建筑的永恒之道[M].趙冰，譯.北京：知識產(chǎn)權(quán)出版社，2002.

[4]李礁，李敏.基于工廠模式的易復(fù)用數(shù)據(jù)訪問層設(shè)計[J].軟件導(dǎo)刊，2011(3)：8-9.

[5]秦澎濤，王蘇文.簡單工廠模式在數(shù)據(jù)訪問層中的應(yīng)用[J].計算機工程與設(shè)計，2009，30(7)：1799-1801.