摘  要： 分析了工厂模式的特点，阐述了分层架构体系的设计思路。以数据访问层的设计为例，从设计模式的角度探讨了可复用的数据访问层的实现方法，并重点分析了工厂模式的具体应用过程。
关键词： 分层架构；工厂模式；数据访问

    随着时间的推移，软件需求不可避免地会有所改变，如何缩减软件开发和维护费用是开发设计人员共同面临的问题。分层架构在软件体系架构的设计中属于一种最为常见及重要的结构，分层架构的使用可以确保软件可维护、易修改。与此同时，软件的设计还必须是稳定的，在软件设计的过程中要尽量满足“开闭原则”，以达到提高可维护性的复用目的。“开闭原则”从某种角度论述就是“对可变性的封装原则”，即“找到一个系统的可变因素，将它封装起来”[1]。考虑到设计模式其实就是对不同可变性的封装[2]，因此，在分层架构的设计中，灵活运用设计模式可以使软件系统在不同程度上达到“开闭原则”的要求，从而更好地应对变化、提高复用性。
1 模式的概述
    建筑大师Christopher Alexander最早提出了模式的概念，他认为“每一个模式描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的解决方案的核心”[3]，这一思想随即通过开创性著作[GOF95]引入到了软件领域。
    模式的目标是要找出共通性问题的不变部分，必须在不断实践的过程中通过积累经验才能提取出其中的规则。在软件领域中，不同的层面上有不同的模式，从架构到实现，依次分为架构模式、设计模式、实现模式。如分层架构就是常见的架构模式，属于模式中的最高层次；而在[GOF95]一书中总结的23个基本设计模式则是用来处理设计中反复出现的问题，是模式中的第二层次；实现模式涉及到具体编程，也称为代码模式。
2 工厂模式的定义
    创建型设计模式、结构型设计模式、行为型模式是设计模式的经典类型，其中创建型模式通过建立对象来解决问题，工厂模式就属于此类型中的常见种类。工厂模式通过专门负责实例化的工厂类来获得具体的对象[4]，由工厂动态地决定实例化哪一个类。工厂模式的形态主要有简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式。简单工厂模式可以根据传入的参数决定创建哪一个类的实例，是不同的工厂模式在一定程度上的简化形式[5]。简单工厂模式的类图如图1所示，其中工厂类角色Creator是简单工厂模式的核心，根据传入的参数创建产品对象；抽象产品角色Product是产品对象的共同接口；具体产品角色Concrete Product是一种接口的多种实现。

3 工厂模式的应用
3.1 分层架构体系的设计
    区分层次的目的是实现系统的高内聚、低耦合，在分层架构的应用中，通常将系统划分为用户界面层（UI）、业务逻辑层（BLL）、实体层（Model）、数据访问层（DAL）。
    以已经开发的教材管理系统为例，该系统的用户界面层为客户端提供对应用程序的访问，用于显示数据和接收用户输入的数据。业务逻辑层负责处理用户界面层的请求，实现应用程序的业务功能，其中用户界面层通过业务逻辑层来访问数据访问层，数据访问层提供数据服务。同时实体层被各层所调用，因为实体层是各层之间作为数据参数传递的结构通道。教材管理系统中的实体层比较简单，如bookinfo实体类，其代码主要由各字段的get和set方法组成，它对应的是数据库中的数据表，没有行为，只有属性，作为数据的载体可以被任一层的book类多次引用。
    数据访问功能是分层设计的核心工作，在数据访问层中提供了与数据库的直接交流，如何设计一个灵活的、可扩展的数据访问层, 使系统能方便地实现不同数据访问的迁移, 是系统设计时要考虑的一个关键问题。
3.2 工厂模式在数据访问层中的应用
    为使教材管理系统能实现多数据库支持，将简单工厂模式应用到数据访问层的设计中。简单工厂模式是一种简单、灵活的创建型模式，在分层结构下采用该设计模式不仅可以使软件系统的层次更分明，还能最大限度地实现软件复用，增强系统的可维护性和可扩展性。
    在数据访问层中使用简单工厂模式如图2所示，其中IdataProvider属于数据访问层的接口子层，即这个类层次结构是针对数据库访问的接口。同时结合.Net 中的反射机制，调用该接口的具体实现类。在运行时，根据不同配置返回数据访问层中的不同实现，如OracleDAL、ACCESSDAL或SQLServerDAL，其中创建具体接口类的对象的任务由DALFactory来实现，即工厂是提供转换好的接口的实例类。

    为实现数据访问层的可适应性, 简单工厂模式为数据库提供者实现不更改程序代码的装配。首先，在ASP.NET中的配置文件web.config的appSettings节中配置所要创建的程序集中的对象；然后，利用工厂类DALFactory的Create方法读取该节从而获取数据库类型字符串；最后，创建相应的数据访问对象，通过父类IdataProvider引用返回。
3.3 数据访问层的具体实现
    教材管理系统的数据访问层内部包含两个部分，一是修改自微软提供的SQLHelper类，该类提供了创建访问参数、命令对象、适配器以及执行存储过程和查询的方法，负责将存储在数据库中的数据公开，是真正面向数据库连接和访问的。另外一个才是面向实际项目的数据访问层，以SQLServerDAL的book.cs中的UpdateBook方法为例，这是与存储过程Pr_UpdateBook对应的修改教材的方法。首先通过sqlHelper类中的CreateInParam方法创建访问数据库的参数，然后执行Pr_UpdateBook存储过程，其中的核心是sqlHelper.RunProc("Pr_UpdateBook"，paramList)，即通过sqlHelper类中的方法最终操作到了数据库中的表。可见，数据访问层起到了将存储过程对应到实际项目的作用。
    但是教材管理系统的设计不能仅满足于运行在SQLServer之上，还要考虑到未来数据库的可移植性，因此将数据访问层具体实现的功能接口，包含对数据库的基本操作(如创建、增加、删除、选择、更新等)集中定义在数据访问层的接口子层。这些接口被抽象为一个单独的接口模块，提供了业务逻辑层访问数据的通道。正是由于接口模块的抽象性，同一个Ibook接口在数据访问层可以有多个实现，只要OracleDAL、ACCESSDAL或SQLServerDAL及其他的数据库访问层满足接口模块中定义的接口即可。
    结合简单工厂模式的应用思路，仍以创建基于SQLServer数据库的接口实现类为例，在<appSettings>节中进行如下配置：<add key="WebDAL" value="Leyi.SQLServerDAL"/>；
    在工厂类DALFactory中利用反射原理创建对象，先获取所配置的数据：
    Private static string path=System.Web.Configuration.WebConfigurat ionManager.AppSettings["WebDAL"]；
    然后创建dataProvider 对象：
    public static Ibook Create()
    {
    string className = path+".book";
    return (Ibook)Assembly.Load(path).CreateInstance(className);
    }
    其中，return(Ibook)Assembly.Load(path).CreateInstance (className)是简单工厂模式的核心语句。这里的Assembly.Load(path)是通过对path的定义把刚才的SQLServerDAL程序集动态载入；CreateInstance方法是创建该程序集的实例；通过(Ibook)将该实例的类型强制转换为接口实例。
    最后返回接口供业务逻辑层调用：
    Ibook idap=DALFactory.Create()；
    由于用户可以根据参数获得对应的类实例，因此，采用简单工厂模式可以方便地实现其他数据库的装配，只要修改web.config配置节中的value值即可，无需修改类本身，这样不仅通过工厂避免了直接实例化类，还将业务逻辑层和数据访问层之间进行了解耦。
    设计模式不仅能减少程序冗余度、提高程序效率，而且对将来的问题和需求也有足够的通用性，使得复用成功的设计和体系构造也变得更加简单方便。简单工厂模式作为重要的模式之一，带来了很多开发上的优点，实践证明在分层架构体系的设计中引入简单工厂模式，一定程度上保证了系统的可扩展性和可移植性，使得数据访问层更加灵活，即便简单工厂模式在某种程度上并不能完全满足“开闭原则”，但是仍然有效地实现了不同数据源的访问，满足了业务变更的需求，显著地改善了系统结构。
参考文献
[1] 阎宏.Java与模式[M].北京：电子工业出版社，2002.
[2] GAMMA E，HELM R，JOHNSON R，et al.Design patterns：elements of reusable object-oriented software[M].Addison Wesley Professional，1995.
[3] 亚历山大 C.建筑的永恒之道[M].赵冰，译.北京：知识产权出版社，2002.
[4] 李礁，李敏.基于工厂模式的易复用数据访问层设计[J].软件导刊，2011(3)：8-9.
[5] 秦澎涛，王苏文.简单工厂模式在数据访问层中的应用[J].计算机工程与设计，2009，30(7)：1799-1801.