摘  要： 分析了工廠(chǎng)模式的特點(diǎn)，闡述了分層架構(gòu)體系的設(shè)計(jì)思路。以數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層的設(shè)計(jì)為例，從設(shè)計(jì)模式的角度探討了可復(fù)用的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層的實(shí)現(xiàn)方法，并重點(diǎn)分析了工廠(chǎng)模式的具體應(yīng)用過(guò)程。
關(guān)鍵詞： 分層架構(gòu)；工廠(chǎng)模式；數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)

    隨著時(shí)間的推移，軟件需求不可避免地會(huì)有所改變，如何縮減軟件開(kāi)發(fā)和維護(hù)費(fèi)用是開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)人員共同面臨的問(wèn)題。分層架構(gòu)在軟件體系架構(gòu)的設(shè)計(jì)中屬于一種最為常見(jiàn)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(hù)、易修改。與此同時(shí)，軟件的設(shè)計(jì)還必須是穩(wěn)定的，在軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中要盡量滿(mǎn)足“開(kāi)閉原則”，以達(dá)到提高可維護(hù)性的復(fù)用目的。“開(kāi)閉原則”從某種角度論述就是“對(duì)可變性的封裝原則”，即“找到一個(gè)系統(tǒng)的可變因素，將它封裝起來(lái)”[1]。考慮到設(shè)計(jì)模式其實(shí)就是對(duì)不同可變性的封裝[2]，因此，在分層架構(gòu)的設(shè)計(jì)中，靈活運(yùn)用設(shè)計(jì)模式可以使軟件系統(tǒng)在不同程度上達(dá)到“開(kāi)閉原則”的要求，從而更好地應(yīng)對(duì)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(rèn)為“每一個(gè)模式描述了一個(gè)在我們周?chē)粩嘀貜?fù)發(fā)生的問(wèn)題，以及該問(wèn)題的解決方案的核心”[3]，這一思想隨即通過(guò)開(kāi)創(chuàng)性著作[GOF95]引入到了軟件領(lǐng)域。
    模式的目標(biāo)是要找出共通性問(wèn)題的不變部分，必須在不斷實(shí)踐的過(guò)程中通過(guò)積累經(jīng)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)，依次分為架構(gòu)模式、設(shè)計(jì)模式、實(shí)現(xiàn)模式。如分層架構(gòu)就是常見(jiàn)的架構(gòu)模式，屬于模式中的最高層次；而在[GOF95]一書(shū)中總結(jié)的23個(gè)基本設(shè)計(jì)模式則是用來(lái)處理設(shè)計(jì)中反復(fù)出現(xiàn)的問(wèn)題，是模式中的第二層次；實(shí)現(xiàn)模式涉及到具體編程，也稱(chēng)為代碼模式。
2 工廠(chǎng)模式的定義
    創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式、結(jié)構(gòu)型設(shè)計(jì)模式、行為型模式是設(shè)計(jì)模式的經(jīng)典類(lèi)型，其中創(chuàng)建型模式通過(guò)建立對(duì)象來(lái)解決問(wèn)題，工廠(chǎng)模式就屬于此類(lèi)型中的常見(jiàn)種類(lèi)。工廠(chǎng)模式通過(guò)專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)實(shí)例化的工廠(chǎng)類(lèi)來(lái)獲得具體的對(duì)象[4]，由工廠(chǎng)動(dòng)態(tài)地決定實(shí)例化哪一個(gè)類(lèi)。工廠(chǎng)模式的形態(tài)主要有簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式、工廠(chǎng)方法模式、抽象工廠(chǎng)模式。簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式可以根據(jù)傳入的參數(shù)決定創(chuàng)建哪一個(gè)類(lèi)的實(shí)例，是不同的工廠(chǎng)模式在一定程度上的簡(jiǎn)化形式[5]。簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式的類(lèi)圖如圖1所示，其中工廠(chǎng)類(lèi)角色Creator是簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式的核心，根據(jù)傳入的參數(shù)創(chuàng)建產(chǎn)品對(duì)象；抽象產(chǎn)品角色Product是產(chǎn)品對(duì)象的共同接口；具體產(chǎn)品角色Concrete Product是一種接口的多種實(shí)現(xiàn)。

3 工廠(chǎng)模式的應(yīng)用
3.1 分層架構(gòu)體系的設(shè)計(jì)
    區(qū)分層次的目的是實(shí)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(hù)界面層（UI）、業(yè)務(wù)邏輯層（BLL）、實(shí)體層（Model）、數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層（DAL）。
    以已經(jīng)開(kāi)發(fā)的教材管理系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)的用戶(hù)界面層為客戶(hù)端提供對(duì)應(yīng)用程序的訪(fǎng)問(wèn)，用于顯示數(shù)據(jù)和接收用戶(hù)輸入的數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)邏輯層負(fù)責(zé)處理用戶(hù)界面層的請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)功能，其中用戶(hù)界面層通過(guò)業(yè)務(wù)邏輯層來(lái)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層，數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層提供數(shù)據(jù)服務(wù)。同時(shí)實(shí)體層被各層所調(diào)用，因?yàn)閷?shí)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(shí)體層比較簡(jiǎn)單，如bookinfo實(shí)體類(lèi)，其代碼主要由各字段的get和set方法組成，它對(duì)應(yīng)的是數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)表，沒(méi)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(lèi)多次引用。
    數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)功能是分層設(shè)計(jì)的核心工作，在數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層中提供了與數(shù)據(jù)庫(kù)的直接交流，如何設(shè)計(jì)一個(gè)靈活的、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層, 使系統(tǒng)能方便地實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)的遷移, 是系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
3.2 工廠(chǎng)模式在數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層中的應(yīng)用
    為使教材管理系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)庫(kù)支持，將簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式應(yīng)用到數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層的設(shè)計(jì)中。簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式是一種簡(jiǎn)單、靈活的創(chuàng)建型模式，在分層結(jié)構(gòu)下采用該設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用，增強(qiáng)系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。
    在數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層中使用簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式如圖2所示，其中IdataProvider屬于數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層的接口子層，即這個(gè)類(lèi)層次結(jié)構(gòu)是針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)的接口。同時(shí)結(jié)合.Net 中的反射機(jī)制，調(diào)用該接口的具體實(shí)現(xiàn)類(lèi)。在運(yùn)行時(shí)，根據(jù)不同配置返回?cái)?shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層中的不同實(shí)現(xiàn)，如OracleDAL、ACCESSDAL或SQLServerDAL，其中創(chuàng)建具體接口類(lèi)的對(duì)象的任務(wù)由DALFactory來(lái)實(shí)現(xiàn)，即工廠(chǎng)是提供轉(zhuǎn)換好的接口的實(shí)例類(lèi)。

    為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層的可適應(yīng)性, 簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式為數(shù)據(jù)庫(kù)提供者實(shí)現(xiàn)不更改程序代碼的裝配。首先，在A(yíng)SP.NET中的配置文件web.config的appSettings節(jié)中配置所要?jiǎng)?chuàng)建的程序集中的對(duì)象；然后，利用工廠(chǎng)類(lèi)DALFactory的Create方法讀取該節(jié)從而獲取數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)型字符串；最后，創(chuàng)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)對(duì)象，通過(guò)父類(lèi)IdataProvider引用返回。
3.3 數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層的具體實(shí)現(xiàn)
    教材管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層內(nèi)部包含兩個(gè)部分，一是修改自微軟提供的SQLHelper類(lèi)，該類(lèi)提供了創(chuàng)建訪(fǎng)問(wèn)參數(shù)、命令對(duì)象、適配器以及執(zhí)行存儲(chǔ)過(guò)程和查詢(xún)的方法，負(fù)責(zé)將存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)公開(kāi)，是真正面向數(shù)據(jù)庫(kù)連接和訪(fǎng)問(wèn)的。另外一個(gè)才是面向?qū)嶋H項(xiàng)目的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層，以SQLServerDAL的book.cs中的UpdateBook方法為例，這是與存儲(chǔ)過(guò)程Pr_UpdateBook對(duì)應(yīng)的修改教材的方法。首先通過(guò)sqlHelper類(lèi)中的CreateInParam方法創(chuàng)建訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的參數(shù)，然后執(zhí)行Pr_UpdateBook存儲(chǔ)過(guò)程，其中的核心是sqlHelper.RunProc("Pr_UpdateBook"，paramList)，即通過(guò)sqlHelper類(lèi)中的方法最終操作到了數(shù)據(jù)庫(kù)中的表?？梢?jiàn)，數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層起到了將存儲(chǔ)過(guò)程對(duì)應(yīng)到實(shí)際項(xiàng)目的作用。
    但是教材管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不能僅滿(mǎn)足于運(yùn)行在SQLServer之上，還要考慮到未來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)的可移植性，因此將數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層具體實(shí)現(xiàn)的功能接口，包含對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)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(fǎng)問(wèn)層的接口子層。這些接口被抽象為一個(gè)單獨(dú)的接口模塊，提供了業(yè)務(wù)邏輯層訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)的通道。正是由于接口模塊的抽象性，同一個(gè)Ibook接口在數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層可以有多個(gè)實(shí)現(xiàn)，只要OracleDAL、ACCESSDAL或SQLServerDAL及其他的數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)層滿(mǎn)足接口模塊中定義的接口即可。
    結(jié)合簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式的應(yīng)用思路，仍以創(chuàng)建基于SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)的接口實(shí)現(xiàn)類(lèi)為例，在<appSettings>節(jié)中進(jìn)行如下配置：<add key="WebDAL" value="Leyi.SQLServerDAL"/>；
    在工廠(chǎng)類(lèi)DALFactory中利用反射原理創(chuàng)建對(duì)象，先獲取所配置的數(shù)據(jù)：
    Private static string path=System.Web.Configuration.WebConfigurat ionManager.AppSettings["WebDAL"]；
    然后創(chuàng)建dataProvider 對(duì)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(jiǎn)單工廠(chǎng)模式的核心語(yǔ)句。這里的Assembly.Load(path)是通過(guò)對(duì)path的定義把剛才的SQLServerDAL程序集動(dòng)態(tài)載入；CreateInstance方法是創(chuàng)建該程序集的實(shí)例；通過(guò)(Ibook)將該實(shí)例的類(lèi)型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為接口實(shí)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(hù)可以根據(jù)參數(shù)獲得對(duì)應(yīng)的類(lèi)實(shí)例，因此，采用簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式可以方便地實(shí)現(xiàn)其他數(shù)據(jù)庫(kù)的裝配，只要修改web.config配置節(jié)中的value值即可，無(wú)需修改類(lèi)本身，這樣不僅通過(guò)工廠(chǎng)避免了直接實(shí)例化類(lèi)，還將業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層之間進(jìn)行了解耦。
    設(shè)計(jì)模式不僅能減少程序冗余度、提高程序效率，而且對(duì)將來(lái)的問(wèn)題和需求也有足夠的通用性，使得復(fù)用成功的設(shè)計(jì)和體系構(gòu)造也變得更加簡(jiǎn)單方便。簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式作為重要的模式之一，帶來(lái)了很多開(kāi)發(fā)上的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)踐證明在分層架構(gòu)體系的設(shè)計(jì)中引入簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式，一定程度上保證了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可移植性，使得數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層更加靈活，即便簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式在某種程度上并不能完全滿(mǎn)足“開(kāi)閉原則”，但是仍然有效地實(shí)現(xiàn)了不同數(shù)據(jù)源的訪(fǎng)問(wèn)，滿(mǎn)足了業(yè)務(wù)變更的需求，顯著地改善了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
參考文獻(xiàn)
[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(shí)產(chǎn)權(quán)出版社，2002.
[4] 李礁，李敏.基于工廠(chǎng)模式的易復(fù)用數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層設(shè)計(jì)[J].軟件導(dǎo)刊，2011(3)：8-9.
[5] 秦澎濤，王蘇文.簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式在數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2009，30(7)：1799-1801.