十、结构型（外观模式）

外观模式（Facade Pattern）

概念

外观模式（Facade Pattern）是一种结构型设计模式，旨在为复杂子系统提供一个简化的统一接口。通过外观模式，客户端可以与子系统交互，而无需了解子系统的内部复杂性。这种模式为客户端屏蔽了复杂系统的细节，使得客户端使用系统时变得更简单。

应用场景

简化客户端与复杂系统的交互：在一个复杂的系统中，如果客户端需要与多个子系统进行交互，外观模式通过提供一个简化的接口，隐藏了系统的复杂性。例如，图形系统、数据库操作、第三方接口等往往有多个复杂的接口，外观模式可以为这些接口提供统一入口。
减少类之间的耦合：客户端只需与外观类交互，而不需要直接调用多个子系统接口，从而降低了客户端与子系统之间的耦合度，增强了系统的可维护性。
层次化结构：外观模式可以用于设计层次化系统，每一层提供一个外观类，减少上下层的相互依赖。例如，Web应用程序中，业务层可能会通过外观类来调用底层的持久化层和其他服务。

注意点

外观类不应包含太多业务逻辑：外观类的职责应是简化接口，而不是实现复杂的业务逻辑。实际业务逻辑应由子系统负责处理。
外观模式并不强制子系统内部结构的简化：它只是对客户端提供了一个简化的接口，子系统内部仍然可能非常复杂。
可扩展性问题：如果子系统发生变化，外观类可能需要随着调整。

核心要素

Facade（外观类）：为客户端提供简化的接口，封装复杂的子系统接口调用。
Subsystem（子系统类）：复杂子系统的一部分，通常是多个类组成的系统，外观类通过这些子系统类完成各种功能。
客户端（Client）：使用外观类来与子系统交互，客户端无需知道子系统的细节。

Java代码完整示例

java 复制代码

// 子系统A
class SubsystemA {
    public void operationA() {
        System.out.println("子系统A的操作");
    }
}

// 子系统B
class SubsystemB {
    public void operationB() {
        System.out.println("子系统B的操作");
    }
}

// 子系统C
class SubsystemC {
    public void operationC() {
        System.out.println("子系统C的操作");
    }
}

// 外观类
class Facade {
    private SubsystemA subsystemA;
    private SubsystemB subsystemB;
    private SubsystemC subsystemC;

    public Facade() {
        subsystemA = new SubsystemA();
        subsystemB = new SubsystemB();
        subsystemC = new SubsystemC();
    }

    // 提供简化的接口
    public void performOperation() {
        subsystemA.operationA();
        subsystemB.operationB();
        subsystemC.operationC();
    }
}

// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Facade facade = new Facade();
        facade.performOperation();
    }
}

输出结果：

复制代码

子系统A的操作
子系统B的操作
子系统C的操作

各种变形用法完整示例

分层外观模式

在复杂系统中，多个子系统可能会存在多层次的依赖关系，可以为每一层提供一个外观类。例如，在一个大型企业级系统中，可以有数据层、业务逻辑层和表示层的外观类。

代码示例：

java 复制代码

// 数据层外观类
class DataLayerFacade {
    private SubsystemA subsystemA;
    private SubsystemB subsystemB;

    public DataLayerFacade() {
        subsystemA = new SubsystemA();
        subsystemB = new SubsystemB();
    }

    public void dataLayerOperation() {
        subsystemA.operationA();
        subsystemB.operationB();
    }
}

// 业务层外观类
class BusinessLayerFacade {
    private DataLayerFacade dataLayerFacade;
    private SubsystemC subsystemC;

    public BusinessLayerFacade() {
        dataLayerFacade = new DataLayerFacade();
        subsystemC = new SubsystemC();
    }

    public void businessLayerOperation() {
        dataLayerFacade.dataLayerOperation();
        subsystemC.operationC();
    }
}

// 客户端
public class ClientLayered {
    public static void main(String[] args) {
        BusinessLayerFacade businessLayerFacade = new BusinessLayerFacade();
        businessLayerFacade.businessLayerOperation();
    }
}

双重外观模式

双重外观模式是将多个外观模式结合使用，客户端可以选择使用不同的外观类来访问不同的子系统。例如，一个系统可能包含多个独立模块，每个模块有自己的外观类，客户端可以选择使用特定模块的外观类。

代码示例：

java 复制代码

// 外观A
class FacadeA {
    private SubsystemA subsystemA;
    private SubsystemB subsystemB;

    public FacadeA() {
        subsystemA = new SubsystemA();
        subsystemB = new SubsystemB();
    }

    public void operationA() {
        subsystemA.operationA();
        subsystemB.operationB();
    }
}

// 外观B
class FacadeB {
    private SubsystemC subsystemC;

    public FacadeB() {
        subsystemC = new SubsystemC();
    }

    public void operationB() {
        subsystemC.operationC();
    }
}

// 客户端
public class ClientMultipleFacades {
    public static void main(String[] args) {
        FacadeA facadeA = new FacadeA();
        facadeA.operationA();
        
        FacadeB facadeB = new FacadeB();
        facadeB.operationB();
    }
}

与单例模式结合的外观模式

外观模式常与单例模式结合使用，以确保系统中的外观类只有一个实例，减少系统开销，确保统一的接口访问。

代码示例：

java 复制代码

// 外观类使用单例模式
class SingletonFacade {
    private static SingletonFacade instance;
    private SubsystemA subsystemA;
    private SubsystemB subsystemB;

    private SingletonFacade() {
        subsystemA = new SubsystemA();
        subsystemB = new SubsystemB();
    }

    public static SingletonFacade getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonFacade();
        }
        return instance;
    }

    public void performOperations() {
        subsystemA.operationA();
        subsystemB.operationB();
    }
}

// 客户端
public class ClientSingletonFacade {
    public static void main(String[] args) {
        SingletonFacade facade = SingletonFacade.getInstance();
        facade.performOperations();
    }
}

总结

外观模式的主要作用是简化客户端对复杂系统的访问。通过引入外观类，系统的可维护性、可扩展性和模块化得到了提升。装饰者模式和外观模式的不同之处在于，装饰者模式注重在运行时增加功能，而外观模式侧重于为子系统提供一个简化的接口。