基于軟件開(kāi)發(fā)下外觀模式的改進(jìn)研究論文
外觀模式是使用頻率較高的軟件設(shè)計(jì)模式之一。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)外觀模式所存在的問(wèn)題，本文提出了兩種外觀模式改進(jìn)方案并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行研究。通過(guò)引入抽象外觀類，讓系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性，滿足開(kāi)閉原則;通過(guò)對(duì)外觀類實(shí)施單例化，可以確保外觀對(duì)象的唯一性，節(jié)約系統(tǒng)資源。
1 引言
設(shè)計(jì)模式在軟件開(kāi)發(fā)中應(yīng)用日益廣泛，它們是前人經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)與積累，每一種模式均是在多個(gè)軟件項(xiàng)目中被反復(fù)使用、被多數(shù)人知曉，且經(jīng)過(guò)規(guī)范的分類編目和整理的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。
外觀模式是使用頻率較高的軟件設(shè)計(jì)模式之一，在軟件開(kāi)發(fā)中應(yīng)用非常廣泛。根據(jù)單一職責(zé)原則，將一個(gè)大的軟件模塊(或子系統(tǒng))進(jìn)行分解可以降低整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高單個(gè)模塊(或子系統(tǒng))的'獨(dú)立性和可復(fù)用性。通過(guò)引入外觀角色，可以降低客戶類與子系統(tǒng)類之間的耦合度，使之相互依賴關(guān)系降至最小，從而降低原有系統(tǒng)的復(fù)雜度。在沒(méi)有外觀角色的系統(tǒng)中，客戶類需要與多個(gè)子系統(tǒng)類進(jìn)行交互，系統(tǒng)耦合度較高;在引入外觀角色之后，客戶類只需要與外觀類交互，再通過(guò)外觀類間接調(diào)用子系統(tǒng)類，在外觀類中封裝了與子系統(tǒng)之間的復(fù)雜交互關(guān)系，從而降低系統(tǒng)的耦合度。
但是，在標(biāo)準(zhǔn)的外觀模式中存在兩個(gè)問(wèn)題：首先，標(biāo)準(zhǔn)外觀模式?jīng)]有提供抽象層，在增加、更換或者刪除子系統(tǒng)類時(shí)需要修改客戶類或者外觀類的源代碼，違背了開(kāi)閉原則;其次，外觀類維持了對(duì)多個(gè)子系統(tǒng)類的引用，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，外觀對(duì)象勢(shì)必會(huì)占用較多的系統(tǒng)資源，需要對(duì)外觀對(duì)象的數(shù)量進(jìn)行限制。
2 外觀模式的改進(jìn)方案
針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)外觀模式存在的問(wèn)題和缺陷，本文提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案，包括引入抽象外觀類以及對(duì)外觀類實(shí)施單例化。
2.1 抽象外觀類的引入
為了讓外觀模式能夠符合開(kāi)閉原則，引入抽象外觀類來(lái)對(duì)外觀模式進(jìn)行抽象化改進(jìn)。客戶端針對(duì)抽象外觀類進(jìn)行編程，將所有的具體外觀類作為抽象外觀類的子類，如果需要更改業(yè)務(wù)需求，無(wú)須修改原有外觀類，只需要增加一個(gè)新的具體外觀類即可，由新的外觀類來(lái)關(guān)聯(lián)新的業(yè)務(wù)需求。通過(guò)使用配置文件，可以達(dá)到不修改任何源代碼即可置換外觀類的目的，如圖1所示。
2.2 外觀類的單例化
在大多數(shù)情況下，為了節(jié)約系統(tǒng)資源，程序在運(yùn)行時(shí)只需創(chuàng)建某個(gè)外觀類的唯一實(shí)例。因此，可以將外觀模式與單例模式聯(lián)用，對(duì)外觀類實(shí)施單例化，確保系統(tǒng)中只存在唯一一個(gè)外觀對(duì)象并提供唯一的訪問(wèn)入口，可以降低系統(tǒng)資源的消耗。單例化后的外觀類的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
在圖2中，外觀類Facade被設(shè)計(jì)為單例類，在其中定義了一個(gè)靜態(tài)的Facade類型的成員變量instance，其構(gòu)造函數(shù)為私有的(private)，并通過(guò)一個(gè)靜態(tài)的公有工廠方法getInstance()返回自己的唯一實(shí)例。
3 實(shí)例研究
下面通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明如何在實(shí)際項(xiàng)目中使用改進(jìn)后的外觀模式。
在某使用外觀模式的文件加密模塊的初始設(shè)計(jì)方案中，F(xiàn)ileReader類用于讀取待加密的源文件、FileWriter類用于保存加密之后的文件、Cipher類用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的加密，EncryptFacade是一個(gè)加密外觀類，它通過(guò)調(diào)用三個(gè)業(yè)務(wù)類中的方法實(shí)現(xiàn)文件讀取、加密和保存的完整流程。
3.1 抽象化改進(jìn)
如果需要將原系統(tǒng)中的加密類Cipher改為NewCipher，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致外觀類EncryptFacade源代碼發(fā)生修改，違背開(kāi)閉原則。通過(guò)引入抽象外觀類，重構(gòu)后的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖3所示，在圖3中使用了基于衍型的模式標(biāo)注方法SBPN (Stereotype Based Pattern Notation)來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)圖中的設(shè)計(jì)模式信息進(jìn)行標(biāo)注。
在圖3中，客戶類Client針對(duì)抽象外觀類AbstractEncryptFacade進(jìn)行編程，可將具體外觀類類名存儲(chǔ)在XML等格式的配置文件中，更換具體外觀類時(shí)只需修改配置文件，無(wú)須修改源代碼，符合開(kāi)閉原則。
3.2 單例化改進(jìn)
為了節(jié)省系統(tǒng)資源，可以將EncryptFacade設(shè)計(jì)為單例類，改進(jìn)之后的結(jié)構(gòu)如圖4所示。
通過(guò)對(duì)外觀類實(shí)施單例化，可以確保系統(tǒng)中有且僅有一個(gè)EncryptFacade類的實(shí)例，避免生成多個(gè)EncryptFacade對(duì)象，節(jié)約系統(tǒng)資源。
4 結(jié)束語(yǔ)
外觀模式是一種使用頻率非常高的設(shè)計(jì)模式，在軟件開(kāi)發(fā)中應(yīng)用廣泛。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)外觀模式存在的不足，本文提出了兩種外觀模式的改進(jìn)方案：第一種方案通過(guò)引入抽象外觀類，使得系統(tǒng)在增加、刪除或者更換子系統(tǒng)類時(shí)無(wú)須修改已有類的源代碼，可以對(duì)抽象外觀類進(jìn)行擴(kuò)展來(lái)適應(yīng)設(shè)計(jì)方案的改變，讓系統(tǒng)滿足開(kāi)閉原則;第二種方案通過(guò)對(duì)外觀類單例化，將外觀模式與單例模式聯(lián)用，確保在系統(tǒng)中只存在外觀類的唯一實(shí)例，節(jié)約系統(tǒng)資源。通過(guò)上述改進(jìn)，可以提高外觀模式的適用性和有效性。
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