PetShop数据访问层之数据库访问设计

《解剖PetShop》系列之二

二、PetShop数据访问层之数据库访问设计
在系列一中，我从整体上分析了PetShop的架构设计，并提及了分层的概念。从本部分开始，我将依次对各层进行代码级的分析，以求获得更加细致而深入的理解。在PetShop 4.0中，由于引入了ASP.Net 2.0的一些新特色，所以数据层的内容也更加的广泛和复杂，包括：数据库访问、Messaging、MemberShip、Profile四部分。在系列二中，我将介绍有关数据库访问的设计。

在PetShop中，系统需要处理的数据库对象分为两类：一是数据实体，对应数据库中相应的数据表。它们没有行为，仅用于表现对象的数据。这些实体类都被放到Model程序集中，例如数据表Order对应的实体类OrderInfo，其类图如下： 

这些对象并不具有持久化的功能，简单地说，它们是作为数据的载体，便于业务逻辑针对相应数据表进行读/写操作。虽然这些类的属性分别映射了数据表的列，而每一个对象实例也恰恰对应于数据表的每一行，但这些实体类却并不具备对应的数据库访问能力。

由于数据访问层和业务逻辑层都将对这些数据实体进行操作，因此程序集Model会被这两层的模块所引用。

第二类数据库对象则是数据的业务逻辑对象。这里所指的业务逻辑，并非业务逻辑层意义上的领域（domain）业务逻辑（从这个意义上，我更倾向于将业务逻辑层称为“领域逻辑层”），一般意义上说，这些业务逻辑即为基本的数据库操作，包括Select，Insert，Update和Delete。由于这些业务逻辑对象，仅具有行为而与数据无关，因此它们均被抽象为一个单独的接口模块IDAL，例如数据表Order对应的接口IOrder： 

将数据实体与相关的数据库操作分离出来，符合面向对象的精神。首先，它体现了“职责分离”的原则。将数据实体与其行为分开，使得两者之间依赖减弱，当数据行为发生改变时，并不影响Model模块中的数据实体对象，避免了因一个类职责过多、过大，从而导致该类的引用者发生“灾难性”的影响。其次，它体现了“抽象”的精神，或者说是“面向接口编程”的最佳体现。抽象的接口模块IDAL，与具体的数据库访问实现完全隔离。这种与实现无关的设计，保证了系统的可扩展性，同时也保证了数据库的可移植性。在PetShop中，可以支持SQL Server和Oracle，那么它们具体的实现就分别放在两个不同的模块SQLServerDAL、OracleDAL中。

以Order为例，在SQLServerDAL、OracleDAL两个模块中，有不同的实现，但它们同时又都实现了IOrder接口，如图： 

从数据库的实现来看，PetShop体现出了没有ORM框架的臃肿与丑陋。由于要对数据表进行Insert和Select操作，以SQL Server为例，就使用了SqlCommand，SqlParameter，SqlDataReader等对象，以完成这些操作。尤其复杂的是Parameter的传递，在PetShop中，使用了大量的字符串常量来保存参数的名称。此外，PetShop还专门为SQL Server和Oracle提供了抽象的Helper类，包装了一些常用的操作，如ExecuteNonQuery、ExecuteReader等方法。

在没有ORM的情况下，使用Helper类是一个比较好的策略，利用它来完成数据库基本操作的封装，可以减少很多和数据库操作有关的代码，这体现了对象复用的原则。PetShop将这些Helper类统一放到DBUtility模块中，不同数据库的Helper类暴露的方法基本相同，只除了一些特殊的要求，例如Oracle中处理bool类型的方式就和SQL Server不同，从而专门提供了OraBit和OraBool方法。此外，Helper类中的方法均为static方法，以利于调用。OracleHelper的类图如下： 

对于数据访问层来说，最头疼的是SQL语句的处理。在早期的CS结构中，由于未采用三层式架构设计，数据访问层和业务逻辑层是紧密糅合在一起的，因此，SQL语句遍布与系统的每一个角落。这给程序的维护带来极大的困难。此外，由于Oracle使用的是PL-SQL，而SQL Server和Sybase等使用的是T-SQL，两者虽然都遵循了标准SQL的语法，但在很多细节上仍有区别，如果将SQL语句大量的使用到程序中，无疑为可能的数据库移植也带来了困难。

最好的方法是采用存储过程。这种方法使得程序更加整洁，此外，由于存储过程可以以数据库脚本的形式存在，也便于移植和修改。但这种方式仍然有缺陷。一是存储过程的测试相对困难。虽然有相应的调试工具，但比起对代码的调试而言，仍然比较复杂且不方便。二是对系统的更新带来障碍。如果数据库访问是由程序完成，在.Net平台下，我们仅需要在修改程序后，将重新编译的程序集xcopy到部署的服务器上即可。如果使用了存储过程，出于安全的考虑，必须有专门的DBA重新运行存储过程的脚本，部署的方式受到了限制。

我曾经在一个项目中，利用一个专门的表来存放SQL语句。如要使用相关的SQL语句，就利用关键字搜索获得对应语句。这种做法近似于存储过程的调用，但却避免了部署上的问题。然而这种方式却在性能上无法得到保证。它仅适合于SQL语句较少的场景。不过，利用良好的设计，我们可以为各种业务提供不同的表来存放SQL语句。同样的道理，这些SQL语句也可以存放到XML文件中，更有利于系统的扩展或修改。不过前提是，我们需要为它提供专门的SQL语句管理工具。

SQL语句的使用无法避免，如何更好的应用SQL语句也无定论，但有一个原则值得我们遵守，就是“应该尽量让SQL语句尽存在于数据访问层的具体实现中”。

当然，如果应用ORM，那么一切就变得不同了。因为ORM框架已经为数据访问提供了基本的Select，Insert，Update和Delete操作了。例如在NHibernate中，我们可以直接调用ISession对象的Save方法，来Insert（或者说是Create）一个数据实体对象：
public void Insert(OrderInfo order)
{
    ISession s = Sessions.GetSession();
    ITransaction trans = null;
    try
    {
    trans = s.BeginTransaction();
      s.Save( order);
      trans.Commit();
    }
    finally
    {
      s.Close();
    }
}

没有SQL语句，也没有那些烦人的Parameters，甚至不需要专门去考虑事务。此外，这样的设计，也是与数据库无关的，NHibernate可以通过Dialect（方言）的机制支持不同的数据库。唯一要做的是，我们需要为OrderInfo定义hbm文件。

当然，ORM框架并非是万能的，面对纷繁复杂的业务逻辑，它并不能完全消灭SQL语句，以及替代复杂的数据库访问逻辑，但它却很好的体现了“80/20（或90/10）法则”（也被称为“帕累托法则”），也就是说：花比较少（10%-20%）的力气就可以解决大部分（80%-90%）的问题，而要解决剩下的少部分问题则需要多得多的努力。至少，那些在数据访问层中占据了绝大部分的CRUD操作，通过利用ORM框架，我们就仅需要付出极少数时间和精力来解决它们了。这无疑缩短了整个项目开发的周期。

还是回到对PetShop的讨论上来。现在我们已经有了数据实体，数据对象的抽象接口和实现，可以说有关数据库访问的主体就已经完成了。留待我们的还有两个问题需要解决：
1、数据对象创建的管理
2、利于数据库的移植

在PetShop中，要创建的数据对象包括Order，Product，Category，Inventory，Item。在前面的设计中，这些对象已经被抽象为对应的接口，而其实现则根据数据库的不同而有所不同。也就是说，创建的对象有多种类别，而每种类别又有不同的实现，这是典型的抽象工厂模式的应用场景。而上面所述的两个问题，也都可以通过抽象工厂模式来解决。标准的抽象工厂模式类图如下： 

例如，创建SQL Server的Order对象如下：
PetShopFactory factory = new SQLServerFactory();
IOrder = factory.CreateOrder();

要考虑到数据库的可移植性，则factory必须作为一个全局变量，并在主程序运行时被实例化。但这样的设计虽然已经达到了“封装变化”的目的，但在创建PetShopFactory对象时，仍不可避免的出现了具体的类SQLServerFactory，也即是说，程序在这个层面上产生了与SQLServerFactory的强依赖。一旦整个系统要求支持Oracle，那么还需要修改这行代码为：
PetShopFactory factory = new OracleFactory();

修改代码的这种行为显然是不可接受的。解决的办法是“依赖注入”。“依赖注入”的功能通常是用专门的IoC容器提供的，在Java平台下，这样的容器包括Spring，PicoContainer等。而在.Net平台下，最常见的则是Spring.Net。不过，在PetShop系统中，并不需要专门的容器来实现“依赖注入”，简单的做法还是利用配置文件和反射功能来实现。也就是说，我们可以在web.config文件中，配置好具体的Factory对象的完整的类名。然而，当我们利用配置文件和反射功能时，具体工厂的创建就显得有些“画蛇添足”了，我们完全可以在配置文件中，直接指向具体的数据库对象实现类，例如PetShop.SQLServerDAL.IOrder。那么，抽象工厂模式中的相关工厂就可以简化为一个工厂类了，所以我将这种模式称之为“具有简单工厂特质的抽象工厂模式”，其类图如下： 

DataAccess类完全取代了前面创建的工厂类体系，它是一个sealed类，其中创建各种数据对象的方法，均为静态方法。之所以能用这个类达到抽象工厂的目的，是因为配置文件和反射的运用，如下的代码片断所示：
public sealed class DataAccess
{
 // Look up the DAL implementation we should be using
    private static readonly string path = ConfigurationManager.AppSettings["WebDAL"];
    private static readonly string orderPath = ConfigurationManager.AppSettings["OrdersDAL"];

 public static PetShop.IDAL.IOrder CreateOrder()
 {
         string className = orderPath + ".Order";
         return (PetShop.IDAL.IOrder)Assembly.Load(orderPath).CreateInstance(className);
    }
}

在PetShop中，这种依赖配置文件和反射创建对象的方式极其常见，包括IBLLStategy、CacheDependencyFactory等等。这些实现逻辑散布于整个PetShop系统中，在我看来，是可以在此基础上进行重构的。也就是说，我们可以为整个系统提供类似于“Service Locator”的实现：
public static class ServiceLocator
{
 private static readonly string dalPath = ConfigurationManager.AppSettings["WebDAL"];
    private static readonly string orderPath = ConfigurationManager.AppSettings["OrdersDAL"];
 //……
 private static readonly string orderStategyPath = ConfigurationManager.AppSettings["OrderStrategyAssembly"];

 public static object LocateDALObject(string className)
 {
  string fullPath = dalPath + "." + className;
  return Assembly.Load(dalPath).CreateInstance(fullPath);
 }
public static object LocateDALOrderObject(string className)
 {
  string fullPath = orderPath + "." + className;
  return Assembly.Load(orderPath).CreateInstance(fullPath);
 }
public static object LocateOrderStrategyObject(string className)
 {
  string fullPath = orderStategyPath + "." + className;
  return Assembly.Load(orderStategyPath).CreateInstance(fullPath);
 }
 //……
}

那么和所谓“依赖注入”相关的代码都可以利用ServiceLocator来完成。例如类DataAccess就可以简化为：
public sealed class DataAccess
{
 public static PetShop.IDAL.IOrder CreateOrder()
 {
         return (PetShop.IDAL.IOrder)ServiceLocator. LocateDALOrderObject("Order");
    }
}

通过ServiceLocator，将所有与配置文件相关的namespace值统一管理起来，这有利于各种动态创建对象的管理和未来的维护。