設(shè)計(jì)模式在Java 數(shù)據(jù)庫(kù)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(jì)，在此過(guò)程中，需要進(jìn)行信息的持久化存儲(chǔ)。信息系統(tǒng)當(dāng)前大多數(shù)使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)信息。

根據(jù)TIOBE 排行榜，Java 依然是排名第一的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，因此公司使用Java 開(kāi)發(fā)信息化系統(tǒng)。面向?qū)ο笫荍ava 的一大特點(diǎn)，在使用面向?qū)ο蠓椒ㄟM(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)，需要用實(shí)體對(duì)象來(lái)表示所處理的信息。因此，就需要不斷的對(duì)信息進(jìn)行關(guān)系型數(shù)據(jù)和實(shí)體對(duì)象的互轉(zhuǎn)，即所謂的對(duì)象關(guān)系映射（Object-Relational Mapping，簡(jiǎn)稱(chēng)ORM）。

目前有多種框架幫助開(kāi)發(fā)者簡(jiǎn)化ORM 的開(kāi)發(fā)，例如Hiberante 和iBatis。這些框架有諸多優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在天然缺陷：由于是在程序運(yùn)行時(shí)才會(huì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)操作，導(dǎo)致在開(kāi)發(fā)時(shí)難以調(diào)試，難以進(jìn)行SQL 優(yōu)化。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)輕量級(jí)的Java 數(shù)據(jù)庫(kù)操作組件——DatabaseOperator，該組件為開(kāi)發(fā)人員提供一個(gè)簡(jiǎn)單、高效、方便調(diào)試和優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫(kù)操作方法。由于可以自行控制SQL 語(yǔ)句，并且無(wú)需關(guān)注JDBC 的各種狀態(tài)維護(hù)，為開(kāi)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(kāi)發(fā)的多套系統(tǒng)中使用。

1 技術(shù)概述

數(shù)據(jù)庫(kù)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(lái)直接操作數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)，為了簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)人員的操作，降低代碼冗余，減少開(kāi)發(fā)人員對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)連接的維護(hù)工作，組件將采用狀態(tài)模式和觀察者模式這兩個(gè)設(shè)計(jì)模式作為設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

1.1 設(shè)計(jì)模式

Erich Gamma 等人給出了設(shè)計(jì)模式的定義，可以這樣去理解它：設(shè)計(jì)模式和語(yǔ)言無(wú)關(guān)，通常是一種針對(duì)某類(lèi)問(wèn)題或場(chǎng)景，將變化的部分抽離出去，將不變的部分保留下來(lái)，最終形成的一個(gè)解決問(wèn)題的套路或思考范式。本小節(jié)將對(duì)用到的兩個(gè)設(shè)計(jì)模式進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

圖1：標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)操作

圖2：數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)象在內(nèi)部狀態(tài)改變時(shí)改變它的行為，對(duì)象看起來(lái)好像修改了它的類(lèi)。普遍的說(shuō)，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(duì)于存在這種情況的可以使用狀態(tài)模式來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)，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(duì)象之間的一對(duì)多依賴(lài)，這樣一來(lái)，當(dāng)一個(gè)對(duì)象改變狀態(tài)時(shí)，它的所有依賴(lài)者都會(huì)收到通知并自動(dòng)更新。普遍的說(shuō)，當(dāng)要處理的事情有一個(gè)明確的第三方，該第三方需要獲取相關(guān)對(duì)象的行為，并在全部或者某些行為時(shí)第三方有自己的行動(dòng)，對(duì)于存在這種情況的可以使用觀察者模式來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)。

1.2 JDBC

Java 數(shù)據(jù)庫(kù)連接，（Java Database Connectivity，簡(jiǎn)稱(chēng)JDBC）是Java 語(yǔ)言中用來(lái)規(guī)范客戶(hù)端程序如何來(lái)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用程序接口，提供了諸如查詢(xún)和更新數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的方法。

2 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本小節(jié)首先介紹標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫(kù)操作方法，然后通過(guò)分析，設(shè)計(jì)出一套簡(jiǎn)潔高效的數(shù)據(jù)庫(kù)操作組件并進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)操作

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

2.2 分析與設(shè)計(jì)

上節(jié)所介紹的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)操作中，對(duì)于開(kāi)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(wú)需關(guān)注的，如何抽離那些無(wú)需關(guān)注的而只保留需要關(guān)注的部分是實(shí)現(xiàn)組件的關(guān)鍵。

通過(guò)分析，可知在操作數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候，經(jīng)歷了如下幾個(gè)步驟：參數(shù)初始化；連接數(shù)據(jù)庫(kù)；處理業(yè)務(wù)；完成并關(guān)閉。在每一個(gè)步驟中，都會(huì)有不同的操作，并且步驟之間的轉(zhuǎn)換都是通過(guò)固定的操作來(lái)完成的。針對(duì)這種場(chǎng)景，使用“狀態(tài)模式”來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)：將數(shù)據(jù)庫(kù)操作的每一步都看作一個(gè)狀態(tài)，在獨(dú)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(gè)專(zhuān)門(mén)的處理方法來(lái)完成即可。圖1所示的數(shù)據(jù)庫(kù)操作只是基本的業(yè)務(wù)查詢(xún)操作，考慮到還有批量操作、存儲(chǔ)過(guò)程操作和事務(wù)操作，最終設(shè)計(jì)的狀態(tài)機(jī)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(chǔ)過(guò)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(kāi)啟事務(wù)；commit，提交事務(wù)；setSql，設(shè)定數(shù)據(jù)庫(kù)操作語(yǔ)句；setPS，動(dòng)態(tài)SQL 參數(shù)；execute/query，增刪改查；setCallable，設(shè)定存儲(chǔ)過(guò)程；setCallableHandler，設(shè)定存儲(chǔ)過(guò)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(shí)現(xiàn)

通過(guò)分析，數(shù)據(jù)庫(kù)在操作的過(guò)程中，為了讓開(kāi)發(fā)人員專(zhuān)注于業(yè)務(wù)，而無(wú)需關(guān)注和維護(hù)當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)連接的建立與關(guān)閉，需要有第三方來(lái)監(jiān)控現(xiàn)在的操作狀態(tài)，并在操作結(jié)束時(shí)關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)連接、回收對(duì)象。針對(duì)這種場(chǎng)景，使用“觀察者模式”來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)：當(dāng)開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)操作的時(shí)候，監(jiān)控對(duì)象訂閱數(shù)據(jù)庫(kù)操作對(duì)象的通知，數(shù)據(jù)庫(kù)操作結(jié)束時(shí)發(fā)出通知，監(jiān)控對(duì)象負(fù)責(zé)完成關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)連接和回收對(duì)象的工作。

2.3 實(shí)現(xiàn)

根據(jù)分析與設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫(kù)操作組件的實(shí)現(xiàn)如圖3所示。

開(kāi)發(fā)人員在使用該組件的時(shí)候，需要操作圖1所示的業(yè)務(wù)時(shí)，實(shí)際代碼如圖4所示。由此可見(jiàn)，不僅保留了SQL 的可調(diào)式性，也大大減少了開(kāi)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(duì)JDBC 進(jìn)行了重新的封裝，完成了DatabaseOperator 數(shù)據(jù)庫(kù)操作組件的開(kāi)發(fā)。使用該組件，無(wú)需引用大量的框架，能夠快速搭建信息系統(tǒng)，簡(jiǎn)化代碼工作量，保持SQL 可調(diào)式，確保數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化的可控性，為公司多個(gè)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)提高了效率，降低了出錯(cuò)率。同時(shí)，在實(shí)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(kù)的連接除了自己創(chuàng)建之外，還可以交給數(shù)據(jù)庫(kù)連接池來(lái)進(jìn)行管理，從而提高連接效率；數(shù)據(jù)查詢(xún)后的結(jié)果，可以使用反射機(jī)制將查詢(xún)后的結(jié)果直接轉(zhuǎn)變成對(duì)象。

圖4：使用組件后的數(shù)據(jù)庫(kù)操作