工廠模式在分層架構中的應用

樂 藝

（南京廣播電視大學，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_Update-Book"，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：

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。

[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.