2.2 如何封装变化 - 《软件设计精要与模式》 - 免费试读 - book.csdn.net

软件设计精要与模式
2.2 如何封装变化 
http://book.csdn.net/2007-5-17 14:43:00
图书导读
当前章节:2.2 如何封装变化
·1.6 UML重要吗
·1.7 测试驱动开发
·2.1 设计模式之鹄的
·2.3 依赖注入
·17.1 需求分析——装配设备对象
·17.2 糟糕的设计
2.2  如何封装变化
 2.2.1 封装用户请求的变化
考虑一个日志记录工具。目前需要提供一个方便的日志API，使得客户可以轻松地完成日志的记录。该日志要求被记录到指定的文本文件中，记录的内容属于字符串类型，其值由客户提供。我们可以非常容易地定义一个日志对象：
public class Log
{
public void Write(stringtarget, string log)
{
//实现内容
}
}
当客户需要调用日志的功能时，可以创建日志对象，完成日志的记录。
Log log = new Log();
log.Write("error.log", "log");
然而，随着日志记录的频繁使用，日志文件逐渐增多，日志的查询与管理也变得越来越不方便。此时，客户提出，需要改变日志的记录方式，将日志内容写入到指定的数据表中，以利于日志的查询与管理。显然，此前的设计无法从容应对新的需求变化。
现在我们回到设计之初，想象一下日志API的设计，需要考虑到这样的变化吗？如本书第1章所述，软件设计存在两种理念，即演进的设计和计划的设计。分析本例，要求设计者在设计之初就考虑到日志记录方式在未来的可能变化，并不容易。再者，如果在最开始就考虑全面的设计，会产生设计上的冗余。此时，采用计划的设计固然具有一定的前瞻性，但它对设计者的要求过高，同时还会产生过度设计的缺陷。如果采用演进的设计，在遇到需求变化时，我们可以利用重构技术改进现有的设计。那么，在演进的设计过程中，我们还需要考虑未来的再一次变化吗？这是一个见仁见智的问题。对于本例而言，我们完全可以直接修改Write方法，接受一个类型判断的参数以解决问题。但这样的设计，自然要担负因为未来可能的再一次变化，导致代码大量修改的危险，例如，我们要求日志记录到指定的xml文件中，那么之前的修改又再一次陷入困境。
所以，变化是完全可能发生的。在时间和技术能力允许的情况下，我更倾向于将变化对设计带来的影响降低到最低。此时，我们就需要封装变化。
在封装变化之前，我们需要弄清楚究竟是什么发生了变化？从需求看，是日志记录的方式发生了变化。从这个概念分析，可能会导致两种不同的结果。一种情形是我们将日志记录的方式视为一种行为，确切地说，是用户的一种请求。另一种情形则从对象的角度来分析，我们将各种方式的日志看作不同的对象，它们调用相同的接口方法，区别仅在于创建的日志对象不同。前者需要我们封装“用户请求的变化”，后者需要我们封装“日志对象创建的变化”。
封装“用户请求的变化”，在这里就意味着封装日志记录行为的变化。也就是说，我们需要把日志记录行为抽象为一个单独的接口，然后再分别定义不同的实现，如图2-1所示。

图2-1  封装日志记录行为的变化
如果熟悉设计模式，可以看到图2-1所表示的结构正是Command模式的体现。由于我们对日志记录行为进行了接口抽象，用户就可以自由地扩展日志记录的方式，只需要新增的类实现ILogWriter接口即可。至于Log对象，仅存在与ILogWriter接口的弱依赖关系。
public class Log
{
private ILogWriter m_logWriter;
public Log(ILogWriter logWriter)
{
m_logWriter= logWriter;
}
public void Write(stringtarget, string logValue)
{
m_logWriter.Write(target,logValue);
}
}
利用Command模式实现日志记录，显著的好处是对于日志记录的行为是可扩展的。当我们定义一个新的类去实现ILogWriter接口时，Log类的实现并不需要做任何改变。在这里，实则是利用了面向对象思想的多态原理，Log类的构造函数中传递的参数，其编译期类型为ILogWriter接口类型；至于运行期类型，则根据具体实例化的对象类型而定。例如：
Log log = new Log(new XmlLogWriter());
log.Write("error.log","log");
此时，传递入Log类构造函数的ILogWriter参数对象，运行期类型为XmlLogWriter类型，因此执行log对象的Write方法，实际是执行XmlLogWriter类的Write方法。
 2.2.2 封装对象创建的变化
面对同样的需求扩展，我们也可以通过封装“日志对象创建的变化”来支持日志API的可扩展性。在这种情况下，日志会根据记录方式的不同，被定义为不同的对象。当我们需要记录日志时，就创建相应的日志对象，然后调用该对象的Write方法，实现日志的记录。此时，可能会发生变化的是日志对象的创建。在C#中，对象的创建由new操作符完成，然而，我们可以定义专门的类来管理对象的创建，这个类在设计模式中被称为“工厂类”。由于目标对象的创建是变化的，因此要封装这种变化，就需要定义的工厂类同时也是抽象的，修改后的设计如图2-2所示。

图2-2  封装日志对象创建的变化
图2-2是Factory Method模式的体现，类LogFactory是所有工厂类的抽象父类，专门负责Log对象的创建。如果用户需要记录相应的日志，例如要求日志记录到数据库，则需要先创建具体的LogFactory对象。
LogFactory factory = new DBLogFactory();
然后在应用程序中，通过LogFactory对象来创建新的Log对象。
Log log = factory.Create();
log.Write("error.log", "log");
如果用户需要修改日志记录的方式为文本文件时，仅需要修改LogFactory对象的创建即可。
LogFactory factory = new TxtLogFactory();
为了更好地理解“封装对象创建的变化”，我们再来看一个例子。假如，我们需要设计一个数据库组件，它能够访问微软的SQLServer数据库。根据ADO.NET的知识，我们需要使用SqlConnection、SqlCommand、SqlDataAdapter等对象。
如果仅就SQL Server而言，在访问数据库时，我们可以直接创建这些对象。
SqlConnection connection = newSqlConnection(strConnection);
SqlCommand command = new SqlCommand(connection);
SqlDataAdapter adapter = new SqlDataAdapter(command);
显然，在一个数据库组件中，到处充斥着这样的语句，是很不合理的。它充满了僵化的坏味道，一旦要求支持其他数据库时，原有的设计就需要彻底地修改，这为扩展带来了巨大的困难。
我们来思考一下，以上拙劣的设计应该做怎样的修改？假定该数据库组件要求或者将来要求支持多种数据库，那么对于Connection、Command、DataAdapter等对象而言，就不能具体化为SQLServer对象。也就是说，我们需要为这些对象建立一个继承的层次结构，并为它们分别建立抽象的父类或者接口。然后针对不同的数据库，定义不同的具体类。以Connection对象为例，如图2-3所示。

图2-3  Connection对象的层次结构
我为Connection对象抽象了一个统一的IConnection接口，支持各种数据库的Connection对象都实现该接口。同样的，Command对象和DataAdapter对象也采用了相似的结构。现在，我们要创建对象时，可以利用多态的原理创建。
IConnection connection = newSqlConnection(strConnection);
随着访问数据库的不同，对象的创建可能会发生变化，如果采用现在的结构，会存在无法应对对象创建发生变化的问题。利用“封装变化”的原理，我们有必要把创建对象的责任单独抽象出来，进行有效地封装。例如，我们为相关的数据库对象建立一个专门的抽象工厂类DBFactory，并由它负责创建Connection、Command、DataAdapter对象。至于具体的工厂类，则与目标对象的结构相同，并根据数据库类型的不同，定义不同的工厂类，类图如图2-4所示。

图2-4  DBFactory的类图
图2-4是一个典型的Abstract Factory模式的体现。类DBFactory中的各个方法均为抽象方法，所以我们也可以用接口来代替该类的定义。各个具体工厂类，负责创建相对应的数据库类型对象。以SqlDBFactory类为例，创建各自对象的代码如下。
public class SqlDBFactory: DBFactory
{
public override IConnectionCreateConnection(string strConnection)
{
returnnew SqlConnection(strConnection);
}
publicoverride ICommand CreateCommand(IConnection connection)
{
returnnew SqlCommand(connection);
}
public override IDataAdapterCreateDataAdapter(ICommand command)
{
return newSqlDataAdapter(command);
}
}
现在要创建访问SQLServer数据库的相关对象，就可以利用工厂类来获得。首先，我们可以在程序的初始化部分创建工厂对象。
DBFactory factory = new SqlDBFactory();
然后利用该工厂对象创建相应的Connection、Command、DataAdapter对象。
IConnection connection =factory.CreateConnection(strConnection);
ICommand command =factory.CreateCommand(connection);
IDataAdapter adapter =factory.CreateDataAdapter(command);
可以看到，当我们引入工厂类后，在Connection等对象的创建语句中，已经成功地消除了与具体的数据库类型相依赖的关系。在上面的代码中，并未出现如SqlConnection、SqlCommand等具体类型对象。也就是说，现在创建对象的方式是完全抽象的，是与具体实现无关的。无论是访问何种数据库，都与这几行代码无关，那么面对未来可能的变化，这些实现仍然“放之四海而皆准”，实现了一劳永逸的理想模式。
在抽象工厂模式中，涉及到的对象创建的变化，将全部抽象到抽象工厂类中。因此，在本例中，如果需要更改访问数据库的类型，我们只需要修改创建工厂对象的那一行代码即可，例如，将SQL Server类型修改为Oracle类型。
DBFactory factory = new OracleDBFactory();
很显然，这样的方式提高了数据库组件的可扩展性。我们将可能发生变化的部分封装起来，放到程序固定的部分，例如初始化部分，或者作为全局变量。一种更佳的方式，是将这些可能发生变化的地方，放到配置文件中，通过读取配置文件的值，创建相对应的对象。如此一来，不需要修改代码，也不需要重新编译，仅仅是修改xml文件，就能实现数据库类型的改变。例如，我们创建如下的配置文件。



创建工厂对象的代码相应修改如下：
string factoryName = ConfigurationManager.AppSettings["db"];
//DBLib为数据库组件的程序集名
DBFactory factory =
(DBFactory)Activator.CreateInstance("DBLib",factoryName).Unwrap();
当需要将访问的数据库类型修改为Oracle数据库时，只需将配置文件中的value值修改为“OracleDBFactory”即可。我们将变化的内容转交到易于修改的配置文件中，使得程序结构具有很好的可扩展性，较好地解决了未来可能发生的需求变化所带来的问题。
 2.2.3 封装算法实现的变化
我们再来设想这样一个需求，我们需要为自己的框架提供一个负责排序的组件。目前需要实现的是冒泡排序算法和快速排序算法，根据“面向接口编程”的思想，我们可以为这些排序算法提供一个统一的接口ISort，在这个接口中有一个Sort方法，它能接受一个object数组参数。对数组进行排序后，返回该数组。接口的定义如下：
public interface ISort
{
object[] Sort(object[] values);
}
类图如图2-5所示。

图2-5  排序算法的类图
排序是有顺序之分的，例如升序，或者降序，返回的结果也不相同。我们可以利用if语句来实现这一目的，例如，在QuickSort类中：
public class QuickSort:ISort
{
private string m_sortType;
public QuickSort(stringsortType)
{
m_sortType= sortType;
}
public object[] Sort(object[] values)
{
object[] objs = new object[values.Length];
if (m_sortType.ToUpper().Trim()== "ASCENDING")
{
//执行升序的快速排序
}
else
{
//执行降序的快速排序
}
returnobjs;
}
}
当然，我们也可以将string类型的SortType定义为枚举类型，以减少出现错误的可能性。仔细阅读代码，我们发现这样的代码是非常僵化的。一旦需要扩展，要求我们增加新的排序顺序，例如字典顺序，那么我们面临的工作会非常繁重。如果变化增加，在我们的Sort方法中，if语句的长度会随之而增加，我们会像一个暮年的老者，喋喋不休地重复着自己的修改，直到我们失去耐性。而使用框架的客户则已经没有耐心发出烦人的抱怨了，永无休止地修改使得他们已经做出了放弃的选择。
作为框架的开发者，自然不愿意看到这样的结果。其实我们可以通过良好的设计将变化所带来的修改扼杀在摇篮之中。实际上，如果我们仔细分析排序方法，会发现数组元素大小的比较，才是排序算法中最关键的一环，它决定了谁排列在前，谁排列在后。它并不属于排序算法，而是一种比较的策略，或者说是比较的算法。
再仔细分析实现ISort接口的类，例如QuickSort类，它在实现排序算法的时候，需要对两个对象做比较。按照重构ExtractMethod原则，我们可以在Sort方法中抽取出一个私有方法Compare，通过返回的布尔值，决定哪个对象在前，哪个对象在后。如此一来，我们成功地将排序算法中最不稳定的一环，转移到了Compare方法中。
上述方法还不够彻底。既然比较算法是最可能发生变化的，我们就应该利用“封装变化”的原理，抽象该行为，定义一个专有的接口ICompare，然后分别定义实现升序、降序或者字典排序的类对象，如图2-6所示。

图2-6  实现比较算法
我们可以为每一个实现了ISort接口的类构造函数引入ICompare接口对象，从而建立起排序算法与比较算法的弱耦合关系，例如QuickSort类。
public class QuickSort:ISort
{
private ICompare m_compare;
public QuickSort(IComparecompare)
{
m_compare= compare;
}
public object[] Sort(object[] values)
{
object[]objs = new object[values.Length];
//……实现略
for(int i = 0; i < beSorted.Length - 1; i++)
{
if(m_Compare.Compare(beSorted[i], beSorted[i+1))
{
//略
}
}
//……实现略
returnobjs;
}
}
类图如图2-7所示。

图2-7  利用Strategy模式实现排序算法
通过对比较算法的封装以应对它的变化，显然是Strategy模式的设计，它使得我们对比较算法的扩展成为可能。由于ISort接口类型的对象与ICompare对象是弱耦合关系，它的定义并不因ICompare对象的变化而变化。当需求发生更改时，如上的结构可以安然无恙。
事实上，这里的排序算法也可能是变化的，例如，框架要求实现二叉树排序。由于我们已经引入了“面向接口编程”的思想，我们完全可以轻易地添加一个新的类BinaryTreeSort，实现ISort接口。对于调用方而言，ISort接口的实现，同样是一个Strategy模式。此时的类结构，是一个对扩展开放的状态，完全能够适应类库调用者新需求的变化。
图2-7还体现了另外一种思想，就是排序接口与比较接口间的组合关系。利用聚合方式而非继承方式，我们可以随意将排序算法对象与比较算法对象进行排列组合，这实际上是一种对象间组合关系的封装。以上的实现也可以看作是Bridge模式的体现。
再以一个电子商务网站的设计为例。在该项目中要求对客户的订单进行管理，例如插入订单。考虑到访问量的关系，系统为订单管理提供了同步和异步的方式。显然，在实际应用中需要根据具体的应用环境，决定使用这两种方式的其中一种。为了应对这样一种可能会很频繁的变化，如果我们不采取“封装变化”的设计思想，那么实现的困难是不可想象的。
我们当然应该利用Strategy模式，因为插入订单的行为，实则就是一种插入订单的策略。因此，我们为此策略建立抽象级别的对象，如IOrderStrategy接口。
public interface IOrderStrategy
{
void Insert(OrderInfo order);
}
然后分别定义两个类OrderSynchronous和OrderAsynchronous实现IOrderStrategy接口。类结构如图2-8所示。

图2-8  订单策略的实现
当领域业务对象Order类需要插入订单时，将根据IOrderStrategy接口的运行期类型，执行相关的订单插入策略，如下代码所示。
public class Order
{
private IOrderStrategym_orderStrategy;
public Order(IOrderStrategyorderStrategy)
{
m_orderStrategy= orderStrategy;
}
public voidInsert(OrderInfo order)
{
m_orderStrategy.Insert(order);
}
}