设计模式在业务逻辑层中的应用
时间：08-06
来源：国外电子元器件
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引言
传统软件应用系统一般采用3层应用框架，业务逻辑层代码中混杂各种数据库调用语句，严重影响系统的可扩展性、可复用性和可维护性。
设计可复用的面向对象软件有很多难点。如找到相关对象；以适当的粒度将其归类；定义类的接口和继承层次，建立对象之间的基本关系；要对现在的问题有针对性，同时对将来的问题和需求也有足够的通用性；避免重复设计或尽可能少做重复设计等。
采用设计模式可有效解决这些难点，从而简单方便地复用成功的设计和体系结构。通过采用设计模式，能大大提高系统的可扩展性、可重用性和可维护性，并能降低系统开发难度，提高开发效率。设计模式已成为当前乃至今后软件工程研究领域的一大热点，并被认为是继OOP技术之后的又一重大突破。
首先简要介绍设计模式，然后分析传统3层架构开发模型的优缺点，充分考虑系统的可扩展性，可复用性，可维护性，从软件设计模式角度提出改进方法，并给出研究实例。
2 设计模式
每一个模式描述一个在不断重复发生的问题，以及该问题解决方案的核心。这样就能多次使用该方案而不必重复劳动。设计模式是面向对象软件设计过程中记录的知识和经验，用一系列类结构和对象来具体描述其含义。设计模式通过复用面向对象设计的解决方案，从而更加简单方便地复用成功的设计和体系结构，将已证实的技术表述成设计模式也会使新系统开发者更加容易理解其设计思路。设计模式可帮助设计者做出有利于系统复用选择，避免损害系统复用性，通过提供一个显式类和对象作用关系及它们之间潜在联系说明规范，设计模式甚至能够提高已有系统的文档管理和系统维护的有效性。设计模式确定所包含的类和实例及其角色、协作方式、职责分配。通过刻画部件静态和动态结构及其之间的合作关系，设计模式成功应用于解决商业数据处理、电子通信、图形用户界面、数据库、分布式通信软件等软件构造中。
3 传统的3层架构开发模型
目前，在Internet／Intranet环境中，企业级的应用软件系统大多采用3层应用框架：表示层、业务逻辑层和数据层(图1)。在这种层次结构的软件框架中。每层为其上一层提供服务(服务提供者)，并作为其下一层的客户(服务消费者)，内部的层只对相邻的层可见，从而构成一个具有可移植性、可扩充性的兼容平台。
但也存在显著的缺点：在开发多个应用软件系统的过程中，不同的应用软件系统之间耦合度不是很好；层与层之间代码混乱；访问数据库的方式不同，如JDBC， Hibernate或JDO，因此，在各种数据库之间移植就需修改很多地方，业务逻辑层也需跟着修改，不能采用一致的编程模型，系统的可复用性、可维护性不是很理想。
4 改进的4层架构开发模型
基于上述分析，为提高软件的开发效率，这里从设计模式角度出发，提出把业务逻辑层进一步分出一层，单独形成一个数据接口层。数据接口层屏蔽各种底层数据库之间的差异，负责与底层数据库之间的连接。形成4层软件体系结构框架，从上到下依次是：表示层、业务逻辑层、数据接口层、数据层，如图2所示。表示层是应用软件进行人机交互的接口；业务逻辑层负责处理用户的业务请求；数据接口层负责与底层数据库之间的交互；数据层则负责存储数据。
4．1 DAO设计模式
数据接口层采用数据访问对象DAO(Data Access Ob-iect)模式。该模式实际是Adapter模式和Bridge模式的混合体，DAO对象提供数据库访问的基本操作，如增加、删除、修改、查询等。 DAO层以面向对象的方式封装数据库操作。DAO组件完全专注于数据访问实现，业务层代码无须关心底层数据库访问的实现，从而降低了层之间的耦合。
DAO设计模式的优点：
(1)DAO模式抽象出数据访问方式，业务逻辑层访问数据源时完全感觉不到数据源的存在。软件工厂中有一条很重要的法则：一个对象对其他对象的了解越少越好，了解越少就意味着依赖越少，可复用性越高。
(2)DAO将数据访问集中在独立的一层，因为所有的数据访问都由DAO代理，这层独立的DAO将数据访问的实现和系统的其余部分剥离，将数据访问集中，使得系统更具可维护性。
(3)DAO降低了业务逻辑层的复杂度。DAO管理复杂的数据访问，从而简化了业务逻辑层。所有与数据访问的实现有关的代码(例如SOL语言等)都不写在业务逻辑层里，业务逻辑层可集中处理业务逻辑，提高了代码的可读性和生产率。
(4)DAO有助于提升系统的可移植性。DAO模式通过将数据访问划分为抽象层和实现层，分离数据使用和数据访问的实现细节。这意味着业务层与数据访问的底层细节无关，也就是说，可以在保持上层机构不变的情况下，通过切换底层实现来修改数据访问的具体机制，提高了系统的可复用性。
(5)DAO组件依赖于数据库系统，提供数据库访问接口，只要数据库没有重构，DAO层通常无须改写。DAO层透明地分离数据库与业务逻辑层，业务逻辑层专注于业务逻辑的实现，而无须关心持久层访问的实现。
(6)DAO模式的进一步改良。由于DAO层已实现所有的数据访问，业务逻辑层只需调用DAO接口，因此业务逻辑层要使用Facade模式包装DAO。为实现跨数据库平台移植，支持不同数据访问机制之间的可配置切换，需在DAO层引入Factorv模式、Proxy模式和Strategy模式，则可方便地在不同数据存储方式间切换。然而，采用DAO模式，系统在请求数据端和数据服务端之间增加一层，增加了系统的复杂度；新增加的一层需要额外的设计与实现，增加了工作量；还需引入工厂甚至抽象工厂，增加了设计的复杂度。总的来说，DAO将数据持久层与业务逻辑层分离，提高了软件的可扩展性，可维护性和可复用性。
4．2 DAO实现
DAO对象也是。Java对象，只是它们提供数据库访问的能力。数据库的访问可归纳为创建(Create)、查询(Read)、更新(Update)、删除(Delete)4种基本操作，即常说的CRUD操作。DAO模式通常与工厂模式一起使用，建议面向接口编程，为每个DAO实现类编写接口，DAO调用者使用接口，而不是具体的实现类。当然，DAO对象需要值对象来传值，值对象就是普通的JavaBean。以下是一个DAO的示例。图3为数据访问对象设计模式的参与对象和它们之间的调用关系。图4为该示例的详细类图。
传统软件应用系统一般采用3层应用框架，业务逻辑层代码中混杂各种数据库调用语句，严重影响系统的可扩展性、可复用性和可维护性。
设计可复用的面向对象软件有很多难点。如找到相关对象；以适当的粒度将其归类；定义类的接口和继承层次，建立对象之间的基本关系；要对现在的问题有针对性，同时对将来的问题和需求也有足够的通用性；避免重复设计或尽可能少做重复设计等。
采用设计模式可有效解决这些难点，从而简单方便地复用成功的设计和体系结构。通过采用设计模式，能大大提高系统的可扩展性、可重用性和可维护性，并能降低系统开发难度，提高开发效率。设计模式已成为当前乃至今后软件工程研究领域的一大热点，并被认为是继OOP技术之后的又一重大突破。
首先简要介绍设计模式，然后分析传统3层架构开发模型的优缺点，充分考虑系统的可扩展性，可复用性，可维护性，从软件设计模式角度提出改进方法，并给出研究实例。
2 设计模式
每一个模式描述一个在不断重复发生的问题，以及该问题解决方案的核心。这样就能多次使用该方案而不必重复劳动。设计模式是面向对象软件设计过程中记录的知识和经验，用一系列类结构和对象来具体描述其含义。设计模式通过复用面向对象设计的解决方案，从而更加简单方便地复用成功的设计和体系结构，将已证实的技术表述成设计模式也会使新系统开发者更加容易理解其设计思路。设计模式可帮助设计者做出有利于系统复用选择，避免损害系统复用性，通过提供一个显式类和对象作用关系及它们之间潜在联系说明规范，设计模式甚至能够提高已有系统的文档管理和系统维护的有效性。设计模式确定所包含的类和实例及其角色、协作方式、职责分配。通过刻画部件静态和动态结构及其之间的合作关系，设计模式成功应用于解决商业数据处理、电子通信、图形用户界面、数据库、分布式通信软件等软件构造中。
3 传统的3层架构开发模型
目前，在Internet／Intranet环境中，企业级的应用软件系统大多采用3层应用框架：表示层、业务逻辑层和数据层(图1)。在这种层次结构的软件框架中。每层为其上一层提供服务(服务提供者)，并作为其下一层的客户(服务消费者)，内部的层只对相邻的层可见，从而构成一个具有可移植性、可扩充性的兼容平台。
但也存在显著的缺点：在开发多个应用软件系统的过程中，不同的应用软件系统之间耦合度不是很好；层与层之间代码混乱；访问数据库的方式不同，如JDBC， Hibernate或JDO，因此，在各种数据库之间移植就需修改很多地方，业务逻辑层也需跟着修改，不能采用一致的编程模型，系统的可复用性、可维护性不是很理想。
4 改进的4层架构开发模型
基于上述分析，为提高软件的开发效率，这里从设计模式角度出发，提出把业务逻辑层进一步分出一层，单独形成一个数据接口层。数据接口层屏蔽各种底层数据库之间的差异，负责与底层数据库之间的连接。形成4层软件体系结构框架，从上到下依次是：表示层、业务逻辑层、数据接口层、数据层，如图2所示。表示层是应用软件进行人机交互的接口；业务逻辑层负责处理用户的业务请求；数据接口层负责与底层数据库之间的交互；数据层则负责存储数据。
4．1 DAO设计模式
数据接口层采用数据访问对象DAO(Data Access Ob-iect)模式。该模式实际是Adapter模式和Bridge模式的混合体，DAO对象提供数据库访问的基本操作，如增加、删除、修改、查询等。 DAO层以面向对象的方式封装数据库操作。DAO组件完全专注于数据访问实现，业务层代码无须关心底层数据库访问的实现，从而降低了层之间的耦合。
DAO设计模式的优点：
(1)DAO模式抽象出数据访问方式，业务逻辑层访问数据源时完全感觉不到数据源的存在。软件工厂中有一条很重要的法则：一个对象对其他对象的了解越少越好，了解越少就意味着依赖越少，可复用性越高。
(2)DAO将数据访问集中在独立的一层，因为所有的数据访问都由DAO代理，这层独立的DAO将数据访问的实现和系统的其余部分剥离，将数据访问集中，使得系统更具可维护性。
(3)DAO降低了业务逻辑层的复杂度。DAO管理复杂的数据访问，从而简化了业务逻辑层。所有与数据访问的实现有关的代码(例如SOL语言等)都不写在业务逻辑层里，业务逻辑层可集中处理业务逻辑，提高了代码的可读性和生产率。
(4)DAO有助于提升系统的可移植性。DAO模式通过将数据访问划分为抽象层和实现层，分离数据使用和数据访问的实现细节。这意味着业务层与数据访问的底层细节无关，也就是说，可以在保持上层机构不变的情况下，通过切换底层实现来修改数据访问的具体机制，提高了系统的可复用性。
(5)DAO组件依赖于数据库系统，提供数据库访问接口，只要数据库没有重构，DAO层通常无须改写。DAO层透明地分离数据库与业务逻辑层，业务逻辑层专注于业务逻辑的实现，而无须关心持久层访问的实现。
(6)DAO模式的进一步改良。由于DAO层已实现所有的数据访问，业务逻辑层只需调用DAO接口，因此业务逻辑层要使用Facade模式包装DAO。为实现跨数据库平台移植，支持不同数据访问机制之间的可配置切换，需在DAO层引入Factorv模式、Proxy模式和Strategy模式，则可方便地在不同数据存储方式间切换。然而，采用DAO模式，系统在请求数据端和数据服务端之间增加一层，增加了系统的复杂度；新增加的一层需要额外的设计与实现，增加了工作量；还需引入工厂甚至抽象工厂，增加了设计的复杂度。总的来说，DAO将数据持久层与业务逻辑层分离，提高了软件的可扩展性，可维护性和可复用性。
4．2 DAO实现
DAO对象也是。Java对象，只是它们提供数据库访问的能力。数据库的访问可归纳为创建(Create)、查询(Read)、更新(Update)、删除(Delete)4种基本操作，即常说的CRUD操作。DAO模式通常与工厂模式一起使用，建议面向接口编程，为每个DAO实现类编写接口，DAO调用者使用接口，而不是具体的实现类。当然，DAO对象需要值对象来传值，值对象就是普通的JavaBean。以下是一个DAO的示例。图3为数据访问对象设计模式的参与对象和它们之间的调用关系。图4为该示例的详细类图。
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