十一、外观模式

文章目录

[1 基本介绍](#1 基本介绍)
[2 案例](#2 案例)
- [2.1 Person 类](#2.1 Person 类)
- [2.2 Computer 类](#2.2 Computer 类)
- [2.3 Player 类](#2.3 Player 类)
- [2.4 TV 类](#2.4 TV 类)
- [2.5 StudyManager 类](#2.5 StudyManager 类)
- [2.6 Client 类](#2.6 Client 类)
- [2.7 Client 类运行结果](#2.7 Client 类运行结果)
- [2.8 总结](#2.8 总结)
[3 各角色之间的关系](#3 各角色之间的关系)
- [3.1 角色](#3.1 角色)
- - [3.1.1 SubSystem ( 子系统 )](#3.1.1 SubSystem ( 子系统 ))
  - [3.1.2 Facade ( 窗口 )](#3.1.2 Facade ( 窗口 ))
  - [3.1.3 Client ( 客户端 )](#3.1.3 Client ( 客户端 ))
- [3.2 类图](#3.2 类图)
[4 注意事项](#4 注意事项)
[5 在源码中的使用](#5 在源码中的使用)
[6 优缺点](#6 优缺点)
[7 适用场景](#7 适用场景)
[8 总结](#8 总结)

1 基本介绍

外观模式 （Facade Pattern），又称 门面模式 ，是一种 结构型 设计模式，主要用于 为复杂的子系统提供一个简单、统一的接口，使得外部程序能够更加方便地与这些子系统交互，无需关心使用子系统的具体细节。

2 案例

本案例分为两个操作：

学习：先播放指定类型的音乐，然后打开电脑的某个软件进行学习，学习完毕后关闭电脑的这个软件，并暂停播放音乐。
娱乐：观看电影。

2.1 Person 类

java 复制代码

public class Person { // 人
    public static void study(String name) {
        System.out.println("- [" + name + "]开始学习");
    }

    public static void watchFilm(String name) {
        System.out.println("- [" + name + "]开始看电影");
    }
}

2.2 Computer 类

java 复制代码

public class Computer { // 电脑
    public static void openComputer() {
        System.out.println("- 打开电脑");
    }

    public static void openSoftware(String softwareName) {
        System.out.println("- 打开[" + softwareName +"]软件");
    }

    public static void closeSoftware(String softwareName) {
        System.out.println("- 关闭[" + softwareName +"]软件");
    }

    public static void closeComputer() {
        System.out.println("- 关闭电脑");
    }
}

2.3 Player 类

java 复制代码

public class Player { // 播放器
    public static void playMusic(String musicType) {
        System.out.println("- 播放[" + musicType + "]音乐");
    }

    public static void pauseMusic(String musicType) {
        System.out.println("- 暂停播放[" + musicType + "]音乐");
    }
}

2.4 TV 类

java 复制代码

public class TV { // 电视机
    public static void openTV() {
        System.out.println("- 打开电视");
    }

    public static void play(String fileName) {
        System.out.println("- 播放[" + fileName + "]电影");
    }

    public static void closeTV() {
        System.out.println("- 关闭电视");
    }
}

2.5 StudyManager 类

java 复制代码

public class StudyManager { // 学习管理者
    public static void study(String name, String musicType, String softwareName) {
        System.out.println("以下是学习部分：");
        Player.playMusic(musicType);
        Computer.openComputer();
        Computer.openSoftware(softwareName);
        Person.study(name);
        Computer.closeSoftware(softwareName);
        Computer.closeComputer();
        Player.pauseMusic(musicType);
    }

    public static void relax(String name, String filmName) {
        System.out.println("以下是娱乐部分：");
        TV.openTV();
        TV.play(filmName);
        Person.watchFilm(name);
        TV.closeTV();
    }
}

2.6 Client 类

java 复制代码

public class Client { // 客户端，测试 StudyManager 的 study() 和 relax()
    public static void main(String[] args) {
        StudyManager.study("sam", "爵士", "IDEA");
        StudyManager.relax("sam", "《加勒比海盗》");
    }
}

2.7 Client 类运行结果

复制代码

以下是学习部分：
- 播放[爵士]音乐
- 打开电脑
- 打开[IDEA]软件
- [sam]开始学习
- 关闭[IDEA]软件
- 关闭电脑
- 暂停播放[爵士]音乐
以下是娱乐部分：
- 打开电视
- 播放[《加勒比海盗》]电影
- [sam]开始看电影
- 关闭电视

2.8 总结

本案例将学习和娱乐所需的复杂操作封装到两个方法中，从而使客户端 Client 在执行这两个操作时只需要调用方法，无需知道具体的实现细节。如果没有封装，则需要将这些冗长的代码写在 Client 中重写一遍。

StudyManager 类就像一个窗口一样，窗口内部封装了调用 Person, Computer, Player, TV 类的逻辑，向外部只暴露两个接口来进行不同的操作。

3 各角色之间的关系

3.1 角色

3.1.1 SubSystem ( 子系统 )

该角色负责 完成自己的工作 ，无需知道 Facade 角色，也就是 SubSystem 角色不能调用 Facade 角色的方法。在本案例中，Person, Computer, Player, TV 类扮演本角色。

3.1.2 Facade ( 窗口 )

该角色负责 封装子系统的业务逻辑，向外部暴露简单的调用接口 。在本案例中，StudyManager 类扮演本角色。

3.1.3 Client ( 客户端 )

该角色负责 调用 Facade 角色完成具体的业务 。在本案例中，Client 类扮演本角色。

3.2 类图

注意：

虽然图中的 SubSystem 之间没有相互调用的关系，但实际上它们是可以相互调用的。
Client 只能直接调用 Facade 中的方法，不能与 SubSystem 有直接关联。

4 注意事项

合理划分访问层次 ：通过 合理地 使用外观模式，可以更好地划分系统的访问层次。外观类 作为 高层接口 ，为 客户端 提供了一个 清晰的访问入口 ；而 子系统 则作为 底层实现 ，负责 具体的业务逻辑处理。
避免过度使用 ：虽然外观模式有很多优点，但也不能过度或 不合理 地使用。如果每个子系统都使用外观模式进行封装，可能会导致 系统结构过于复杂，反而增加了系统的维护难度。

5 在源码中的使用

java.lang.Class 类中的 forName() 方法中使用到了外观模式，它为 加载和初始化类 提供了一个简单的接口，隐藏了类加载和初始化的复杂过程，客户端只需调用该方法并传入类的全限定名，即可获取到该类的Class 对象，而无需关心该类是如何被加载和初始化的。

java 复制代码

// java.lang.Class 类中有如下的 forName()：
public static Class<?> forName(String className)
            throws ClassNotFoundException {
    Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
    return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller), caller);
}

// Reflection.getCallerClass() 如下所示：
public static native Class<?> getCallerClass(); // 是一个 native 方法，由其他语言实现

// Class 类的 forName0() 如下所示：
private static native Class<?> forName0(String name, boolean initialize,
                                        ClassLoader loader,
                                        Class<?> caller)
    throws ClassNotFoundException; // 是一个 native 方法，由其他语言实现

// ClassLoader.getClassLoader() 如下所示：
static ClassLoader getClassLoader(Class<?> caller) {
    if (caller == null) {
        return null;
    }
    return caller.getClassLoader0();
}

// Class 类的 getClassLoader0() 如下所示：
ClassLoader getClassLoader0() { return this.classLoader; }

// Class 类中定义的 classLoader 如下所示
private final ClassLoader classLoader;

6 优缺点

优点：

降低系统复杂性 ：外观模式为 子系统 中的一组接口提供了一个 统一的接口 ，使得 客户端 与 子系统 之间的交互变得简单。客户端 只需要与 外观类 交互，而不需要了解 子系统 内部的复杂结构和实现细节，从而降低了系统的 复杂性。
提高系统的复用性 ：通过提供一个简单的接口，外观模式 使得子系统更加易于复用，客户端可以更轻松地达成目的。
解耦客户端与子系统 ：外观模式实现了 客户端 与 子系统 之间的解耦。客户端 不再 直接依赖 于 子系统 的具体实现，而是通过 外观类 与 子系统 交互。
提高了系统的灵活性和可维护性 ：当 子系统 内部发生变化时，只要 外观类 的接口保持不变，客户端 代码就不需要修改。
支持系统的分层设计 ：在分层架构中，外观模式可以 为每一层提供一个清晰的接口 ，使得层与层之间的交互更加明确和简单。这有助于系统的整体架构设计和维护。
简化遗留系统的接口 ：对于复杂的遗留系统，外观模式可以提供一个简化的接口，使得新系统能够更容易地与遗留系统交互。这有助于在保持遗留系统 稳定性 的同时，提高新系统的 开发效率 和 复用性。

缺点：

增加系统的维护成本 ：当 子系统 中的接口发生变化时，可能需要修改 外观类 的实现。如果 外观类 封装了多个 子系统 的接口，那么这种修改可能会比较复杂和耗时。
可能隐藏子系统的重要功能 ：由于 外观类 封装了 子系统 的多个接口，可能会隐藏一些 子系统 的重要功能。如果 客户端 需要直接访问这些功能，可能需要绕过 外观类 ，这可能会 破坏封装性。
可能不符合开闭原则 ：在某些情况下，如果 子系统 中的接口频繁发生变化，而 外观类 的设计又没有充分考虑到这种变化，那么 外观类 可能需要频繁地进行修改，这可能会 违反开闭原则 （对扩展开放，对修改关闭）。
可能导致性能问题 ：如果 外观类 封装了多个 子系统 的接口，并且这些接口在性能上存在差异，那么 外观类 的实现可能需要仔细考虑性能优化问题，否则，可能会导致 性能瓶颈 或 不必要的性能损失。

7 适用场景

复杂系统的简化访问 ：在设计初期阶段，如果系统预计会变得复杂，可以考虑使用外观模式来简化对系统的访问。例如，在 经典的三层架构 中，可以在 数据访问层 和 业务逻辑层 、业务逻辑层 和 表示层 之间建立外观类，以提供简单的接口，降低耦合度。
遗留系统的维护与扩展 ：对于难以维护和扩展的遗留系统，如果它包含重要的功能且新系统的开发必须依赖它，可以使用外观模式来简化其接口。通过 为遗留系统提供一个外观类，新系统可以与外观类交互，而无需直接了解遗留系统的复杂内部结构。
客户端与子系统解耦 ：当 客户端 需要与多个 子系统 交互时，如果 直接依赖 这些 子系统 的具体实现，会导致 客户端 与 子系统 之间的 耦合度过高 。使用外观模式可以解耦 客户端 与 子系统 之间的关系，客户端 只需与 外观类 交互，而无需了解 子系统 的内部实现。

8 总结

外观模式 是一种 结构型 设计模式，它为子系统的复杂调用 提供统一接口 ，使客户端能够更加方便地达成目的，而无需关心使用子系统的具体细节，从而降低了系统的 耦合性 ，提高了系统的 可维护性 。但是，在使用 外观模式 时，要保证 合理封装 子系统的复杂调用，如果封装不合理，会降低系统的可维护性，违背 开闭原则。