設(shè)計模式在Java 數(shù)據(jù)庫操作組件中的應(yīng)用

文/武宗品

信息化系統(tǒng)包含信息的采集、處理、分析和統(tǒng)計，在此過程中，需要進行信息的持久化存儲。信息系統(tǒng)當(dāng)前大多數(shù)使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫來存儲信息。

根據(jù)TIOBE 排行榜，Java 依然是排名第一的開發(fā)語言，因此公司使用Java 開發(fā)信息化系統(tǒng)。面向?qū)ο笫荍ava 的一大特點，在使用面向?qū)ο蠓椒ㄟM行系統(tǒng)開發(fā)時，需要用實體對象來表示所處理的信息。因此，就需要不斷的對信息進行關(guān)系型數(shù)據(jù)和實體對象的互轉(zhuǎn)，即所謂的對象關(guān)系映射（Object-Relational Mapping，簡稱ORM）。

目前有多種框架幫助開發(fā)者簡化ORM 的開發(fā)，例如Hiberante 和iBatis。這些框架有諸多優(yōu)勢，但同時也存在天然缺陷：由于是在程序運行時才會生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫操作，導(dǎo)致在開發(fā)時難以調(diào)試，難以進行SQL 優(yōu)化。

針對上述問題，本文提出并實現(xiàn)了一個輕量級的Java 數(shù)據(jù)庫操作組件——DatabaseOperator，該組件為開發(fā)人員提供一個簡單、高效、方便調(diào)試和優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫操作方法。由于可以自行控制SQL 語句，并且無需關(guān)注JDBC 的各種狀態(tài)維護，為開發(fā)人員提供了更大的靈活性，減輕了許多冗余代碼。該組件已經(jīng)在公司開發(fā)的多套系統(tǒng)中使用。

1 技術(shù)概述

數(shù)據(jù)庫操作組件DatabaseOperator 為了保留調(diào)試和SQL 優(yōu)化的特性，選擇采用JDBC來直接操作數(shù)據(jù)庫。同時，為了簡化開發(fā)人員的操作，降低代碼冗余，減少開發(fā)人員對數(shù)據(jù)庫連接的維護工作，組件將采用狀態(tài)模式和觀察者模式這兩個設(shè)計模式作為設(shè)計指導(dǎo)。

1.1 設(shè)計模式

Erich Gamma 等人給出了設(shè)計模式的定義，可以這樣去理解它：設(shè)計模式和語言無關(guān)，通常是一種針對某類問題或場景，將變化的部分抽離出去，將不變的部分保留下來，最終形成的一個解決問題的套路或思考范式。本小節(jié)將對用到的兩個設(shè)計模式進行簡單介紹。

圖1：標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫操作

圖2：數(shù)據(jù)庫操作狀態(tài)

1.1.1 狀態(tài)模式

該模式的定義：狀態(tài)模式允許對象在內(nèi)部狀態(tài)改變時改變它的行為，對象看起來好像修改了它的類。普遍的說，當(dāng)要處理的事情有不同的狀態(tài)，并且在不同的狀態(tài)有不同的行為，狀態(tài)與狀態(tài)之間有明確的轉(zhuǎn)換觸發(fā)條件，對于存在這種情況的可以使用狀態(tài)模式來指導(dǎo)設(shè)計，規(guī)范代碼結(jié)構(gòu)。

1.1.2 觀察者模式

該模式的定義：觀察者模式定義了對象之間的一對多依賴，這樣一來，當(dāng)一個對象改變狀態(tài)時，它的所有依賴者都會收到通知并自動更新。普遍的說，當(dāng)要處理的事情有一個明確的第三方，該第三方需要獲取相關(guān)對象的行為，并在全部或者某些行為時第三方有自己的行動，對于存在這種情況的可以使用觀察者模式來指導(dǎo)設(shè)計。

1.2 JDBC

Java 數(shù)據(jù)庫連接，（Java Database Connectivity，簡稱JDBC）是Java 語言中用來規(guī)范客戶端程序如何來訪問數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序接口，提供了諸如查詢和更新數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的方法。

2 設(shè)計與實現(xiàn)

本小節(jié)首先介紹標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫操作方法，然后通過分析，設(shè)計出一套簡潔高效的數(shù)據(jù)庫操作組件并進行實現(xiàn)。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫操作

如圖1所示，是一個Java 上的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫操作步驟：①定義變量；②連接數(shù)據(jù)庫；③業(yè)務(wù)操作（本例是一個最簡單的業(yè)務(wù)查詢操作）；④處理業(yè)務(wù)異常；⑤關(guān)閉數(shù)據(jù)庫連接。

2.2 分析與設(shè)計

上節(jié)所介紹的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫操作中，對于開發(fā)人員需要關(guān)注的只有“③業(yè)務(wù)操作”這一部分，可以看到其余都是無需關(guān)注的，如何抽離那些無需關(guān)注的而只保留需要關(guān)注的部分是實現(xiàn)組件的關(guān)鍵。

通過分析，可知在操作數(shù)據(jù)庫的時候，經(jīng)歷了如下幾個步驟：參數(shù)初始化；連接數(shù)據(jù)庫；處理業(yè)務(wù)；完成并關(guān)閉。在每一個步驟中，都會有不同的操作，并且步驟之間的轉(zhuǎn)換都是通過固定的操作來完成的。針對這種場景，使用“狀態(tài)模式”來進行設(shè)計：將數(shù)據(jù)庫操作的每一步都看作一個狀態(tài)，在獨立的狀態(tài)中，只需關(guān)注當(dāng)前狀態(tài)要做的事情，狀態(tài)與狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，交給幾個專門的處理方法來完成即可。圖1所示的數(shù)據(jù)庫操作只是基本的業(yè)務(wù)查詢操作，考慮到還有批量操作、存儲過程操作和事務(wù)操作，最終設(shè)計的狀態(tài)機如圖2所示：init（初始狀態(tài)）；transaction（事務(wù)狀態(tài)）；sqlDone（業(yè)務(wù)狀態(tài)）；callable（存儲過程狀態(tài)）；batch（批量業(yè)務(wù)狀態(tài)）。觸發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的操作有：startTransaction，開啟事務(wù)；commit，提交事務(wù)；setSql，設(shè)定數(shù)據(jù)庫操作語句；setPS，動態(tài)SQL 參數(shù)；execute/query，增刪改查；setCallable，設(shè)定存儲過程；setCallableHandler，設(shè)定存儲過程回掉；addSql，添加批量SQL；addBatch，添加批量操作；executeBatch，執(zhí)行批量操作；end，結(jié)束操作。

圖3：實現(xiàn)

通過分析，數(shù)據(jù)庫在操作的過程中，為了讓開發(fā)人員專注于業(yè)務(wù)，而無需關(guān)注和維護當(dāng)前數(shù)據(jù)庫連接的建立與關(guān)閉，需要有第三方來監(jiān)控現(xiàn)在的操作狀態(tài)，并在操作結(jié)束時關(guān)閉數(shù)據(jù)庫連接、回收對象。針對這種場景，使用“觀察者模式”來指導(dǎo)設(shè)計：當(dāng)開始進行數(shù)據(jù)庫操作的時候，監(jiān)控對象訂閱數(shù)據(jù)庫操作對象的通知，數(shù)據(jù)庫操作結(jié)束時發(fā)出通知，監(jiān)控對象負責(zé)完成關(guān)閉數(shù)據(jù)庫連接和回收對象的工作。

2.3 實現(xiàn)

根據(jù)分析與設(shè)計，數(shù)據(jù)庫操作組件的實現(xiàn)如圖3所示。

開發(fā)人員在使用該組件的時候，需要操作圖1所示的業(yè)務(wù)時，實際代碼如圖4所示。由此可見，不僅保留了SQL 的可調(diào)式性，也大大減少了開發(fā)的工作量。

3 總結(jié)

在結(jié)合了狀態(tài)模式和觀察者模式之后，對JDBC 進行了重新的封裝，完成了DatabaseOperator 數(shù)據(jù)庫操作組件的開發(fā)。使用該組件，無需引用大量的框架，能夠快速搭建信息系統(tǒng)，簡化代碼工作量，保持SQL 可調(diào)式，確保數(shù)據(jù)庫優(yōu)化的可控性，為公司多個項目的開發(fā)提高了效率，降低了出錯率。同時，在實踐中也發(fā)現(xiàn)該組件還有可以不斷優(yōu)化的地方，例如：與數(shù)據(jù)庫的連接除了自己創(chuàng)建之外，還可以交給數(shù)據(jù)庫連接池來進行管理，從而提高連接效率；數(shù)據(jù)查詢后的結(jié)果，可以使用反射機制將查詢后的結(jié)果直接轉(zhuǎn)變成對象。

圖4：使用組件后的數(shù)據(jù)庫操作