《電子技術應用》
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工廠模式在分層架構中的應用
來源:微型機與應用2012年第14期
樂 藝
(南京廣播電視大學,江蘇 南京210002)
摘要: 分析了工廠模式的特點,闡述了分層架構體系的設計思路。以數據訪問層的設計為例,從設計模式的角度探討了可復用的數據訪問層的實現方法,并重點分析了工廠模式的具體應用過程。
Abstract:
Key words :

摘  要: 分析了工廠模式的特點,闡述了分層架構體系的設計思路。以數據訪問層的設計為例,從設計模式的角度探討了可復用的數據訪問層的實現方法,并重點分析了工廠模式的具體應用過程。
關鍵詞: 分層架構;工廠模式;數據訪問

    隨著時間的推移,軟件需求不可避免地會有所改變,如何縮減軟件開發和維護費用是開發設計人員共同面臨的問題。分層架構在軟件體系架構的設計中屬于一種最為常見及重要的結構,分層架構的使用可以確保軟件可維護、易修改。與此同時,軟件的設計還必須是穩定的,在軟件設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用目的。“開閉原則”從某種角度論述就是“對可變性的封裝原則”,即“找到一個系統的可變因素,將它封裝起來”[1]。考慮到設計模式其實就是對不同可變性的封裝[2],因此,在分層架構的設計中,靈活運用設計模式可以使軟件系統在不同程度上達到“開閉原則”的要求,從而更好地應對變化、提高復用性。
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發生的問題,以及該問題的解決方案的核心”[3],這一思想隨即通過開創性著作[GOF95]引入到了軟件領域。
    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驗才能提取出其中的規則。在軟件領域中,不同的層面上有不同的模式,從架構到實現,依次分為架構模式、設計模式、實現模式。如分層架構就是常見的架構模式,屬于模式中的最高層次;而在[GOF95]一書中總結的23個基本設計模式則是用來處理設計中反復出現的問題,是模式中的第二層次;實現模式涉及到具體編程,也稱為代碼模式。
2 工廠模式的定義
    創建型設計模式、結構型設計模式、行為型模式是設計模式的經典類型,其中創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實例化的工廠類來獲得具體的對象[4],由工廠動態地決定實例化哪一個類。工廠模式的形態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傳入的參數決定創建哪一個類的實例,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,根據傳入的參數創建產品對象;抽象產品角色Product是產品對象的共同接口;具體產品角色Concrete Product是一種接口的多種實現。

3 工廠模式的應用
3.1 分層架構體系的設計

    區分層次的目的是實現系統的高內聚、低耦合,在分層架構的應用中,通常將系統劃分為用戶界面層(UI)、業務邏輯層(BLL)、實體層(Model)、數據訪問層(DAL)。
    以已經開發的教材管理系統為例,該系統的用戶界面層為客戶端提供對應用程序的訪問,用于顯示數據和接收用戶輸入的數據。業務邏輯層負責處理用戶界面層的請求,實現應用程序的業務功能,其中用戶界面層通過業務邏輯層來訪問數據訪問層,數據訪問層提供數據服務。同時實體層被各層所調用,因為實體層是各層之間作為數據參數傳遞的結構通道。教材管理系統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,它對應的是數據庫中的數據表,沒有行為,只有屬性,作為數據的載體可以被任一層的book類多次引用。
    數據訪問功能是分層設計的核心工作,在數據訪問層中提供了與數據庫的直接交流,如何設計一個靈活的、可擴展的數據訪問層, 使系統能方便地實現不同數據訪問的遷移, 是系統設計時要考慮的一個關鍵問題。
3.2 工廠模式在數據訪問層中的應用
    為使教材管理系統能實現多數據庫支持,將簡單工廠模式應用到數據訪問層的設計中。簡單工廠模式是一種簡單、靈活的創建型模式,在分層結構下采用該設計模式不僅可以使軟件系統的層次更分明,還能最大限度地實現軟件復用,增強系統的可維護性和可擴展性。
    在數據訪問層中使用簡單工廠模式如圖2所示,其中IdataProvider屬于數據訪問層的接口子層,即這個類層次結構是針對數據庫訪問的接口。同時結合.Net 中的反射機制,調用該接口的具體實現類。在運行時,根據不同配置返回數據訪問層中的不同實現,如OracleDAL、ACCESSDAL或SQLServerDAL,其中創建具體接口類的對象的任務由DALFactory來實現,即工廠是提供轉換好的接口的實例類。

 

 

    為實現數據訪問層的可適應性, 簡單工廠模式為數據庫提供者實現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節中配置所要創建的程序集中的對象;然后,利用工廠類DALFactory的Create方法讀取該節從而獲取數據庫類型字符串;最后,創建相應的數據訪問對象,通過父類IdataProvider引用返回。
3.3 數據訪問層的具體實現
    教材管理系統的數據訪問層內部包含兩個部分,一是修改自微軟提供的SQLHelper類,該類提供了創建訪問參數、命令對象、適配器以及執行存儲過程和查詢的方法,負責將存儲在數據庫中的數據公開,是真正面向數據庫連接和訪問的。另外一個才是面向實際項目的數據訪問層,以SQLServerDAL的book.cs中的UpdateBook方法為例,這是與存儲過程Pr_UpdateBook對應的修改教材的方法。首先通過sqlHelper類中的CreateInParam方法創建訪問數據庫的參數,然后執行Pr_UpdateBook存儲過程,其中的核心是sqlHelper.RunProc("Pr_UpdateBook",paramList),即通過sqlHelper類中的方法最終操作到了數據庫中的表。可見,數據訪問層起到了將存儲過程對應到實際項目的作用。
    但是教材管理系統的設計不能僅滿足于運行在SQLServer之上,還要考慮到未來數據庫的可移植性,因此將數據訪問層具體實現的功能接口,包含對數據庫的基本操作(如創建、增加、刪除、選擇、更新等)集中定義在數據訪問層的接口子層。這些接口被抽象為一個單獨的接口模塊,提供了業務邏輯層訪問數據的通道。正是由于接口模塊的抽象性,同一個Ibook接口在數據訪問層可以有多個實現,只要OracleDAL、ACCESSDAL或SQLServerDAL及其他的數據庫訪問層滿足接口模塊中定義的接口即可。
    結合簡單工廠模式的應用思路,仍以創建基于SQLServer數據庫的接口實現類為例,在<appSettings>節中進行如下配置:<add key="WebDAL" value="Leyi.SQLServerDAL"/>;
    在工廠類DALFactory中利用反射原理創建對象,先獲取所配置的數據:
    Private static string path=System.Web.Configuration.WebConfigurat ionManager.AppSettings["WebDAL"];
    然后創建dataProvider 對象:
    public static Ibook Create()
    {
    string className = path+".book";
    return (Ibook)Assembly.Load(path).CreateInstance(className);
    }
    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程序集動態載入;CreateInstance方法是創建該程序集的實例;通過(Ibook)將該實例的類型強制轉換為接口實例。
    最后返回接口供業務邏輯層調用:
    Ibook idap=DALFactory.Create();
    由于用戶可以根據參數獲得對應的類實例,因此,采用簡單工廠模式可以方便地實現其他數據庫的裝配,只要修改web.config配置節中的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,還將業務邏輯層和數據訪問層之間進行了解耦。
    設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,使得復用成功的設計和體系構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,帶來了很多開發上的優點,實踐證明在分層架構體系的設計中引入簡單工廠模式,一定程度上保證了系統的可擴展性和可移植性,使得數據訪問層更加靈活,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了不同數據源的訪問,滿足了業務變更的需求,顯著地改善了系統結構。
參考文獻
[1] 閻宏.Java與模式[M].北京:電子工業出版社,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:知識產權出版社,2002.
[4] 李礁,李敏.基于工廠模式的易復用數據訪問層設計[J].軟件導刊,2011(3):8-9.
[5] 秦澎濤,王蘇文.簡單工廠模式在數據訪問層中的應用[J].計算機工程與設計,2009,30(7):1799-1801.

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