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(xiàn)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(fā)和維護費用是開發(fā)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(wěn)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(chuàng)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(guī)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(xiàn)，依次分為架構模式、設計模式、實現(xiàn)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(xiàn)的問題，是模式中的第二層次；實現(xiàn)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(chuàng)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(chuàng)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(tài)地決定實例化哪一個類。工廠模式的形態(tài)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(chuàng)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(chuàng)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(xiàn)。

3 工廠模式的應用
3.1 分層架構體系的設計
    區(qū)分層次的目的是實現(xiàn)系統(tǒng)的高內聚、低耦合，在分層架構的應用中，通常將系統(tǒng)劃分為用戶界面層（UI）、業(yè)務邏輯層（BLL）、實體層（Model）、數據訪問層（DAL）。
    以已經開發(fā)的教材管理系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)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(yè)務邏輯層負責處理用戶界面層的請求，實現(xiàn)應用程序的業(yè)務功能，其中用戶界面層通過業(yè)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(tǒng)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(tǒng)能方便地實現(xiàn)不同數據訪問的遷移, 是系統(tǒng)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(tǒng)能實現(xiàn)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(chuàng)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(tǒng)的層次更分明，還能最大限度地實現(xiàn)軟件復用，增強系統(tǒng)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(xiàn)類。在運行時，根據不同配置返回數據訪問層中的不同實現(xiàn)，如OracleDAL、ACCESSDAL或SQLServerDAL，其中創(chuàng)建具體接口類的對象的任務由DALFactory來實現(xiàn)，即工廠是提供轉換好的接口的實例類。

    為實現(xiàn)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(xiàn)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(jié)中配置所要創(chuàng)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(jié)從而獲取數據庫類型字符串；最后，創(chuàng)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(xiàn)
    教材管理系統(tǒng)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(chuàng)建訪問參數、命令對象、適配器以及執(zhí)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(chuàng)建訪問數據庫的參數，然后執(zhí)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(tǒng)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(xiàn)的功能接口，包含對數據庫的基本操作(如創(chuàng)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(yè)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(xiàn)，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(chuàng)建基于SQLServer數據庫的接口實現(xiàn)類為例，在<appSettings>節(jié)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(chuàng)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(chuàng)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(tài)載入；CreateInstance方法是創(chuàng)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(yè)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(xiàn)其他數據庫的裝配，只要修改web.config配置節(jié)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(yè)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(fā)上的優(yōu)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(tǒng)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(xiàn)了不同數據源的訪問，滿足了業(yè)務變更的需求，顯著地改善了系統(tǒng)結構。
參考文獻
[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.