Chương 16 : Các giao diện và mẫu thông dụng Chương này trình bày cách hiện thực các mẫu (pattern) sẽ được sử dụng thường xuyên trong quá trình phát triển các ứng dụng Microsoft .NET Framework. Một số mẫu được chuẩn hóa bằng các giao diện được định nghĩa trong thư viện lớp .NET Framework. Một số khác thì ít cứng nhắc hơn, nhưng vẫn yêu cầu bạn thực hiện các cách tiếp cận cụ thể để thiết kế và hiện thực các kiểu của bạn. Các mục trong chương này mô tả cách:  Tạo các kiểu khả-tuần-tự-hóa để bạn có thể dễ dàng lưu trữ vào đĩa, gửi qua mạng, hoặc truyển bằng trị qua các biên miền ứng dụng (mục 16.1).  Cung cấp một cơ chế dùng để tạo bản sao đầy đủ và chính xác của đối tượng (mục 16.2).  Hiện thực các kiểu sao cho dễ dàng so sánh và sắp xếp (mục 16.3).  Hỗ trợ việc liệt kê các phần tử trong các tập hợp tùy biến (mục 16.4).  Bảo đảm rằng một kiểu có sử dụng các tài nguyên không-được-quản-lý sẽ giải phóng các tài nguyên đó khi không còn cần đến chúng nữa (mục 16.5).  Hiển thị dạng chuỗi của các đối tượng biến đổi dựa trên format specifier (mục 16.6).  Hiện thực các kiểu đối số sự kiện và ngoại lệ tùy biến (bạn sẽ thường xuyên sử dụng chúng trong quá trình phát triển ứng dụng) (mục 16.7 và 16.8).  Hiện thực các mẫu thiết kế thông dụng Singleton và Observer bằng các tính năng có sẵn của C# và thư viện lớp .NET Framework (mục 16.9 và 16.10). 1.1 Hiện thực kiểu khả-tuần-tự-hóa (serializable type) V V Bạn cần hiện thực một kiểu tùy biến khả-tuần-tự-hóa, cho phép bạn: • Lưu trữ các thể hiện của kiểu vào kho lưu trữ (file hay cơ sở dữ liệu). • Chuyển các thể hiện của kiểu qua mạng. • Truyền các thể hiện của kiểu “bằng trị” qua các biên miền ứng dụng. # # Đối với việc tuần tự hóa các kiểu đơn giản, hãy áp dụng đặc tính System.SerializableAttribute vào khai báo kiểu. Đối với các kiểu phức tạp hơn, hoặc để kiểm soát nội dung và cấu trúc của dữ liệu được-tuần-tự-hóa, hãy hiện thực giao diện System.Runtime.Serialization.ISerializable. Mục 2.12 đã trình bày cách tuần tự hóa và giải tuần tự hóa một đối tượng bằng các lớp formatter (được cấp cùng với thư vi ện lớp .NET Framework). Tuy nhiên, theo mặc định thì các kiểu không là khả-tuần-tự-hóa. Để hiện thực một kiểu tùy biến là khả-tuần-tự-hóa, bạn phải áp dụng đặc tính SerializableAttribute vào khai báo kiểu. Khi tất cả các trường dữ liệu trong kiểu đều là khả-tuần-tự-hóa, việc áp dụng SerializableAttribute là tất cả những gì cần làm để khiến cho kiểu tùy biến của bạn là khả-tuần-tự-hóa. Nếu bạn hiện thực một lớp tùy biến dẫn xuất từ một lớp cơ sở, lớp cơ sở cũng phải là khả-tuần-tự-hóa. Mỗi lớp formatter chứa logic cần thiết để tuần tự hóa các kiểu được gắn với đặc tính SerializableAttribute và sẽ tuầ n tự hóa tất cả các trường public, protected, và private. Đoạn mã dưới đây trình bày các khai báo kiểu và khai báo trường của một lớp khả-tuần- tự-hóa có tên là Employee. using System; [Serializable] public class Employee { private string name; private int age; private string address; § } # Các lớp dẫn xuất từ một kiểu khả-tuần-tự-hóa không thừa kế đặc tính SerializableAttribute. Để khiến cho các kiểu dẫn xuất là khả-tuần-tự-hóa, bạn phải khai báo chúng là khả-tuần-tự-hóa bằng cách áp dụng đặc tính SerializableAttribute. Bạn có thể ngăn việc tuần tự hóa một trường nào đó bằng cách áp dụng đặc tính System.NonSerializedAttribute cho trường này. Bạn nên ngăn việc tuần tự hóa đối vớ i các trường sau: • Chứa các kiểu dữ liệu không-khả-tuần-tự-hóa. • Chứa các giá trị có thể không hợp lệ khi đối tượng được giải tuần tự hóa, ví dụ: kết nối cơ sở dữ liệu, địa chỉ bộ nhớ, ID của tiểu trình, và handle của tài nguyên không- được-quản-lý. • Chứa các thông tin nhạy cảm hay riêng tư, ví dụ: mật khẩu, khóa mật hóa, và các chi ti ết riêng về người hay tổ chức. • Chứa các dữ liệu dễ dàng tái tạo hay thu lấy được từ các nguồn khác—đặc biệt khi dữ liệu lớn. Nếu ngăn việc tuần tự hóa một số trường, bạn phải hiện thực kiểu sao cho bù lại việc những dữ liệu nào đó sẽ không hiện diện khi một đối tượng được giải tuần tự hóa. Đáng tiếc, bạn không thể tạo hay thu lấy các trường dữ liệu bị mất trong một phương thức khởi dựng vì formatter không gọi phương thức khởi dựng trong quá trình giải tuần tự hóa đối tượng. Giải pháp thông thường nhất là hiện thực mẫu “Lazy Initialization”, trong đó kiểu của bạn sẽ tạo hay thu lấy dữ liệu ngay lần đầu tiên cần đến. Đoạn mã dưới đây trình bày một phiên bản đã được chỉnh sửa của lớp Employee với đặc tính NonSerializedAttribute được áp dụng cho trường address, nghĩa là formatter sẽ không tuần tự hóa giá trị của trường này. Lớp Employee hiện thực các thuộc tính công khai dùng để truy xuất các thành viên dữ liệu riêng, là nơi thuận tiện để hiện thực “Lazy Initialization” cho trường address. using System; [Serializable] public class Employee { private string name; private int age; [NonSerialized] private string address; // Phương thức khởi dựng đơn giản. public Employee(string name, int age, string address) { this.name = name; this.age = age; this.address = address; } // Thuộc tính công khai dùng để truy xuất tên của nhân viên. public string Name { get { return name; } set { name = value; } } // Thuộc tính công khai dùng để truy xuất tuổi của nhân viên. public int Age { get { return age; } set { age = value; } } // Thuộc tính công khai dùng để truy xuất địa chỉ của nhân viên. // Sử dụng "Lazy Initialization" để thiết lập địa chỉ vì // đối tượng được-giải-tuần-tự-hóa sẽ không có giá trị địa chỉ. public string Address { get { if (address == null) { // Nạp địa chỉ từ kho lưu trữ. } return address; } set { address = value; } } } Đối với phần lớn các kiểu tùy biến, việc sử dụng đặc tính SerializableAttribute và NonSerializedAttribute sẽ đáp ứng đủ nhu cầu tuần tự hóa của bạn. Nếu cần kiểm soát quá trình tuần tự hóa, bạn cần hiện thực giao diện ISerializable. Các lớp formatter sử dụng logic khác nhau khi tuần tự hóa và giải tuần tự hóa thể hiện của các kiểu có hiện thực ISerializable. Để hiện thực đúng ISerializable, bạ n phải: • Khai báo rằng kiểu của bạn có hiện thực giao diện ISerializable. • Áp dụng đặc tính SerializableAttribute vào khai báo kiểu như vừa được mô tả; không sử dụng NonSerializedAttribute vì nó sẽ không có tác dụng. • Hiện thực phương thức ISerializable.GetObjectData (được sử dụng trong quá trình tuần tự hóa), phương thức này nhận các kiểu đối số sau: ▪ System.Runtime.Serialization.SerializationInfo ▪ System.Runtime.Serialization.StreamingContext • Hiện thực một phương thức khở i dựng không công khai (được sử dụng trong quá trình giải tuần tự hóa), phương thức này nhận cùng đối số như phương thức GetObjectData. Nhớ rằng, nếu bạn có ý định dẫn xuất một số lớp từ lớp khả-tuần-tự- hóa thì phương thức khởi dựng này phải là protected. • Nếu bạn tạo một lớp khả-tuần-tự-hóa từ một lớp cơ s ở cũng có hiện thực ISerializable, thì phương thức GetObjectData và phương thức khởi dựng (dùng để giải tuần tự hóa) của bạn phải gọi các phương thức tương đương trong lớp cha. Trong quá trình tuần tự hóa, formatter sẽ gọi phương thức GetObjectData và truyền cho nó các tham chiếu SerializationInfo và StreamingContext. • Bạn phải đổ dữ liệu cần tuần tự hóa vào đối tượng SerializationInfo. Lớp SerializationInfo cung cấp phương thức AddValue dùng để thêm dữ liệu. Với mỗi lần gọi AddValue, bạn phải chỉ định tên dữ liệu (tên này sẽ được sử dụng trong quá trình giải tuần tự hóa để thu lấy dữ liệu). Phương thức AddValue có đến 16 phiên bản nạp chồng, cho phép bạn thêm nhiều kiểu dữ liệu khác nhau vào đối tượng SerializationInfo. • Đối tượng StreamingContext cung cấp các thông tin về chủ định và đích của dữ liệu được-tuần-tự-hóa, cho phép bạn chọn tuần tự hóa dữ liệu nào. Ví dụ, bạn có thể cần tuần tự hóa dữ liệu riêng nế u nó được dành cho một miền ứng dụng khác trong cùng tiến trình, nhưng không cần nếu dữ liệu sẽ được ghi ra file. Trong quá trình giải tuần tự hóa, formatter sẽ gọi phương thức khởi dựng việc giải tuần tự hóa, lại truyền cho nó các tham chiếu SerializationInfo và StreamingContext. • Kiểu của bạn phải trích dữ liệu đã-được-tuần-tự-hóa từ đối tượng SerializationInfo bằng một trong các phương thứ c SerializationInfo.Get*, ví dụ: GetString, GetInt32, hay GetBoolean. • Đối tượng StreamingContext cung cấp các thông tin về nguồn gốc của dữ liệu đã- được-tuần-tự-hóa, phản ánh logic mà bạn đã hiện thực cho việc tuần tự hóa. # Trong quá trình tuần tự hóa chuẩn, formatter không sử dụng khả năng của đối tượng StreamingContext để cho biết các chi tiết về nguồn gốc, đích, và chủ định của dữ liệu được-tuần-tự-hóa. Tuy nhiên, nếu muốn thực hiện quá trình tuần tự hóa tùy biến, bạn có thể cấu hình đối tượng StreamingContext của formatter trước khi bắt đầu quá trình tuần tự hóa và giải tuần tự hóa. Tham khả o tài liệu .NET Framework SDK để có thêm thông tin về lớp StreamingContext. Ví dụ dưới đây trình bày phiên bản đã được chỉnh sửa của lớp Employee, có hiện thực giao diện ISerializable. Trong phiên bản này, lớp Employee không tuần tự hóa trường address nếu đối tượng StreamingContext chỉ định rằng đích của dữ liệu được-tuần-tự-hóa là file. Phương thức Main sẽ giải thích việc tuần tự hóa và giải tuần tự hóa của một đối tượng Employee. using System; using System.Runtime.Serialization; [Serializable] public class Employee : ISerializable { private string name; private int age; private string address; // Phương thức khởi dựng đơn giản. public Employee(string name, int age, string address) { this.name = name; this.age = age; this.address = address; } // Phương thức khởi dựng dùng để kích hoạt formatter thực hiện việc // giải tuần tự hóa một đối tượng Employee. Bạn nên khai báo // phương thức khởi dựng này là private, hay ít nhất cũng là // protected để bảo đảm nó không bị gọi quá mức cần thiết. private Employee(SerializationInfo info, StreamingContext context) { // Trích xuất tên và tuổi của Employee (sẽ luôn hiện diện // trong dữ liệu đã-được-tuần-tự-hóa bất chấp giá trị // củ a StreamingContext). name = info.GetString("Name"); age = info.GetInt32("Age"); // Thực hiện trích xuất địa chỉ của Employee // (thất bại nếu không có). try { address = info.GetString("Address"); } catch (SerializationException) { address = null; } } // Các thuộc tính Name, Age, và Address (đã trình bày ở trên). § // Được khai báo bởi giao diện ISerializable, phương thức // GetObjectData cung cấp cơ chế để formatter thu lấy // dữ liệu sẽ-được-tuần-tự-hóa. public void GetObjectData(SerializationInfo inf, StreamingContext con){ // Luôn tuần tự hóa tên và tuổi của Employee. inf.AddValue("Name", name); inf.AddValue("Age", age); // Không tuần tự hóa địa chỉ của Employee nếu StreamingContext // cho biết rằng dữ liệu được-tuần-tự-hóa sẽ được ghi ra file. if ((con.State & StreamingContextStates.File) == 0) { inf.AddValue("Address", address); } } // Chép đè Object.ToString để trả về chuỗi mô tả Employee. public override string ToString() { StringBuilder str = new StringBuilder(); str.AppendFormat("Name: {0}\n\r", Name); str.AppendFormat("Age: {0}\n\r", Age); str.AppendFormat("Address: {0}\n\r", Address); return str.ToString(); } public static void Main(string[] args) { // Tạo một đối tượng Employee mô tả Phuong. Employee phuong = new Employee("Phuong", 23, "HCM"); // Hiển thị Phuong. Console.WriteLine(phuong); // Tuần tự hóa Phuong với đích là một miền ứng dụng khác. // Địa chỉ của Phuong sẽ được tuần tự hóa. Stream str = File.Create("phuong.bin"); BinaryFormatter bf = new BinaryFormatter(); bf.Context = new StreamingContext(StreamingContextStates.CrossAppDomain); bf.Serialize(str, phuong); str.Close(); // Giải tuần tự hóa và hiển thị Phuong. str = File.OpenRead("phuong.bin"); bf = new BinaryFormatter(); phuong = (Employee)bf.Deserialize(str); str.Close(); Console.WriteLine(phuong); // Tuần tự hóa Phuong với đích là file. Trong trường hợp này, // địa chỉ của Phuong sẽ không được tuần tự hóa. str = File.Create("phuong.bin"); bf = new BinaryFormatter(); bf.Context = new StreamingContext(StreamingContextStates.File); bf.Serialize(str, phuong); str.Close(); // Giải tuần tự hóa và hiển thị Phuong. str = File.OpenRead("phuong.bin"); bf = new BinaryFormatter(); phuong = (Employee)bf.Deserialize(str); str.Close(); Console.WriteLine(phuong); Console.ReadLine(); } } 1.2 Hiện thực kiểu khả-sao-chép (cloneable type) V V Bạn cần tạo một kiểu tùy biến cung cấp một cơ chế đơn giản để lập trình viên tạo bản sao cho các thể hiện của kiểu. # # Hiện thực giao diện System.ICloneable. Khi gán một kiểu giá trị sang một kiểu giá trị khác là bạn đã tạo một bản sao của giá trị đó. Không có mối liên hệ nào giữa hai giá trị—một thay đổi trên giá trị này sẽ không ảnh hưởng đến giá trị kia. Tuy nhiên, khi gán một kiểu tham chiếu sang một kiểu tham chiếu khác (ngoại trừ chuỗi—được bộ thực thi xử lý đặc biệt), bạn không tạo một bản sao m ới của kiểu tham chiếu. Thay vào đó, cả hai kiểu tham chiếu đều chỉ đến cùng một đối tượng, và những thay đổi trên giá trị của đối tượng đều được phản ánh trong cả hai tham chiếu. Để tạo một bản sao thật của một kiểu tham chiếu, bạn phải “nhái” lại đối tượng mà nó chỉ đến. Giao diện ICloneable nhận dạng một kiểu là khả-sao-chép và khai báo phương thức Clone là một cơ chế mà thông qua đó, bạn có thể thu lấy bản sao của một đối tượng. Phương thức Clone không nhận đối số nào và trả về một System.Object, bất chấp kiểu đang hiện thực là gì. Điều này nghĩa là một khi đã sao một đối tượng, bạn phải ép bản sao về đúng kiểu. Cách hiện thực phương thức Clone cho một kiểu tùy biến tùy thuộc vào các thành viên dữ liệu được khai báo bên trong kiểu. Nếu kiểu tùy biến chỉ chứa các thành viên dữ liệu kiểu giá trị (int, byte ) và System.String, bạn có thể hiện thực phương thức Clone bằng cách tạo một đối t ượng mới và thiết lập các thành viên dữ liệu của nó có giá trị giống như đối tượng hiện tại. Lớp Object (tất cả các kiểu đều dẫn xuất từ đây) chứa phương thức MemberwiseClone dùng để tự động hóa quá trình này. Ví dụ dưới đây trình bày một lớp đơn giản có tên là Employee, chỉ chứa các thành viên chuỗi. Do đó, phương thức Clone dựa vào phương thức thừa kế MemberwiseClone để tạo b ản sao. using System; public class Employee : ICloneable { public string Name; public string Title; // Phương thức khởi dựng đơn giản. public Employee(string name, string title) { Name = name; Title = title; } // Tạo một bản sao bằng phương thức Object.MemberwiseClone // vì lớp Employee chỉ chứa các tham chiếu chuỗi. public object Clone() { return MemberwiseClone(); } } Nếu kiểu tùy biến của bạn có chứa các thành viên dữ liệu kiểu tham chiếu, bạn phải quyết định xem phương thức Clone của bạn sẽ thực hiện một bản sao cạn (shallow copy) hay một bản sao sâu (deep copy). Bản sao cạn nghĩa là bất kỳ thành viên dữ liệu kiểu tham chiếu nào trong bản sao đều sẽ chỉ đến đối tượng giống như thành viên dữ liệu kiểu tham chiếu tương ứng trong đối tượng gốc. Bản sao sâu nghĩa là bạn phải sao toàn bộ đồ thị đối tượng (object graph) để các thành viên dữ liệu kiểu tham chiếu của bản sao chỉ đến các bản sao (độc lập về mặt vật lý) của các đối tượng được tham chiếu bởi đối tượng gốc. Dễ dàng hiện thực một bản sao cạn—sử dụng phương thức MemberwiseClone vừa được mô tả. Tuy nhiên, một bản sao sâu thường là cái mà lập trình viên mong đợi khi lần đầu tiên sao một đối tượng—nhưng hiếm khi là cái họ lấy. Điều này đặc biệt đúng đối vớ i các lớp tập hợp trong không gian tên System.Collections, tất cả đều hiện thực bản sao cạn trong các phương thức Clone của chúng. Mặc dù sẽ có ích nếu các tập hợp này hiện thực bản sao sâu, có hai lý do chính để các kiểu (đặc biệt là các lớp tập hợp) không hiện thực bản sao sâu: • Việc tạo bản sao của một đồ thị đối tượng lớn sẽ tốn nhiều bộ nhớ và th ời gian xử lý. • Các tập hợp thông thường có thể chứa các đồ thị đối tượng sâu và rộng, bao gồm bất kỳ kiểu đối tượng nào. Việc tạo một hiện thực bản sao sâu để phục vụ nhiều thứ như thế là không khả thi vì một số đối tượng trong tập hợp có thể không phải là khả-sao- chép, và một số khác có thể chứa các tham chiếu vòng, khiến quá trình sao chép tr ở thành một vòng lặp vô tận. Đối với các tập hợp kiểu mạnh, trong đó bản chất của các phần tử được hiểu và được kiểm soát thì một bản sao sâu có thể là một tính năng rất hữu ích. Ví dụ, System.Xml.XmlNode hiện thực một bản sao sâu trong phương thức Clone, điều này cho phép bạn tạo đúng bản sao của toàn bộ hệ thống phân cấp đối tượng XML chỉ với một lệnh đơn. Í Nếu cần sao một đối tượng không hiện thực ICloneable nhưng lại là khả-tuần- tự-hóa, bạn có thể tuần tự hóa rồi giải tuần tự hóa đối tượng đó để có được cùng kết quả như khi sao chép. Tuy nhiên, quá trình tuần tự hóa có thể không tuần tự hóa tất cả các thành viên dữ liệu (như đã được thảo luận trong mục 16.1). Cũng vậy, nếu tạo một ki ểu khả-tuần-tự-hóa tùy biến, bạn có thể sử dụng quá trình tuần tự hóa vừa được mô tả để thực hiện một bản sao sâu bên trong phương thức ICloneable.Clone. Để sao một đối tượng khả-tuần-tự-hóa, bạn hãy sử dụng lớp System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary.BinaryFormatter để tuần tự hóa đối tượng này thành một đối tượng System.IO.MemoryStream, và rồi giải tuần tự hóa đối tượng này từ System.IO.MemoryStream. Lớp Team dưới đây hiện thực phương thức Clone thực hiện một bản sao sâu. Lớp Team chứa một tập hợp các đối tượng Employe mô tả một nhóm người. Khi bạn gọi phương thức Clone của một đối tượng Team, phương thức này sẽ tạo bản sao của mỗi đối tượng [...]... mới và đổ vào ArrayList của nó // bản sao của các đối tượng Employee từ một ArrayList có trước private Team(ArrayList members) { foreach (Employee e in members) { TeamMembers.Add(e.Clone()); } } // Thêm một đối tượng Employee vào Team public void AddMember(Employee member) { TeamMembers.Add(member); } public object Clone() { // Tạo một bản sao sâu của Team bằng cách gọi phương thức // khởi dựng Team và. ..Employee và thêm nó vào đối tượng Team được sao Lớp Team cung cấp một phương thức khởi dựng private để đơn giản hóa mã lệnh trong phương thức Clone (sử dụng phương thức khởi dựng là cách thông thường để đơn giản hóa quá trình sao chép) using System; using System.Collections; public class Team :... public void AddMember(Employee member) { TeamMembers.Add(member); } public object Clone() { // Tạo một bản sao sâu của Team bằng cách gọi phương thức // khởi dựng Team và truyền cho nó ArrayList chứa // các thành viên của Team return new Team(this.TeamMembers); // Lệnh này sẽ tạo một bản sao cạn của Team: // return MemberwiseClone(); } } . Chương 16 : Các giao diện và mẫu thông dụng Chương này trình bày cách hiện thực các mẫu (pattern) sẽ được sử dụng thường. và 16 .8).  Hiện thực các mẫu thiết kế thông dụng Singleton và Observer bằng các tính năng có sẵn của C# và thư viện lớp .NET Framework (mục 16 .9 và 16 .10 ).