设计模式——服务定位器模式

定义与概念

服务定位器模式（Service Locator Pattern）是一种设计模式，用于帮助应用程序查找和获取所需的服务对象。它提供了一种间接的方式来访问服务，将服务的具体创建和查找过程封装在一个单独的定位器对象中，使得客户端代码不需要直接了解服务对象的创建细节和位置，从而降低了代码之间的耦合度。

结构组成

服务（Service）：
这是实际提供某种功能的对象或组件。例如，在一个图形处理应用中，可能有一个图像渲染服务，它负责将图形数据渲染成可视化的图像。服务可以是一个简单的 C++ 类，也可以是一个复杂的软件模块。
服务定位器（Service Locator）：
服务定位器是整个模式的核心部分。它维护了一个服务对象的注册表或者知道如何查找服务对象的方法。服务定位器通常提供一个方法（如getService()），客户端通过这个方法来请求服务。例如，服务定位器内部可能使用一个std::map来存储服务名称和服务对象的指针，当客户端请求某个服务时，它会从这个map中查找对应的服务对象并返回。
缓存（Cache）：
这是一个可选的组件，用于存储已经查找过的服务对象，以提高性能。当客户端再次请求相同的服务时，服务定位器可以直接从缓存中获取服务对象，而不需要重新查找。例如，在一个经常需要获取数据库连接服务的应用中，服务定位器可以将已经创建的数据库连接对象存储在缓存中，下次请求数据库连接服务时，直接返回缓存中的对象。
客户端（Client）：
客户端是使用服务的代码部分。客户端通过服务定位器来获取服务对象，然后调用服务对象的方法来完成自己的功能。例如，在一个游戏开发中，游戏中的角色控制模块（客户端）需要获取碰撞检测服务，它通过服务定位器来获取碰撞检测服务对象，然后使用这个对象来检测角色与场景中其他物体的碰撞情况。

工作原理

首先，服务（如各种业务服务、工具服务等）需要在服务定位器中进行注册或者服务定位器需要知道如何查找这些服务。这可以通过在服务定位器的初始化阶段添加服务，或者通过某种配置文件来告知服务定位器服务的位置和创建方式。
当客户端需要使用某个服务时，它调用服务定位器的getService()方法（或者类似的获取服务的方法），并传递服务的标识（如服务名称、服务类型等）。服务定位器接收到请求后，首先检查缓存（如果有）中是否已经存在请求的服务对象。如果缓存中有，直接返回缓存中的服务对象。如果缓存中没有，服务定位器会根据预先定义的方式查找服务对象，可能是从内部的注册表中获取，也可能是通过动态创建（如使用new操作符或者工厂模式来创建服务对象）。找到服务对象后，服务定位器可以将其添加到缓存中（如果有缓存），然后返回给客户端。客户端拿到服务对象后，就可以使用服务对象提供的功能。

代码示例

以下是一个简单的 C++ 服务定位器模式示例，假设有一个简单的日志服务和一个数据库服务。

服务接口（Service Interface）

cpp 复制代码

class Service {
public:
    virtual ~Service() {}
    virtual void execute() = 0;
};

具体服务 - 日志服务（LoggingService）

cpp 复制代码

class LoggingService : public Service {
public:
    void execute() override {
        std::cout << "执行日志服务。" << std::endl;
    }
};

具体服务 - 数据库服务（DatabaseService）

cpp 复制代码

class DatabaseService : public Service {
public:
    void execute() override {
        std::cout << "执行数据库服务。" << std::endl;
    }
};

服务定位器（ServiceLocator）

cpp 复制代码

class ServiceLocator {
private:
    std::map<std::string, Service*> services;
    std::map<std::string, Service*> cache;

public:
    void addService(const std::string& name, Service* service) {
        services[name] = service;
    }

    Service* getService(const std::string& name) {
        if (cache.find(name)!= cache.end()) {
            return cache[name];
        }

        if (services.find(name)!= services.end()) {
            Service* service = services[name];
            cache[name] = service;
            return service;
        }

        return nullptr;
    }
};

客户端使用示例

cpp 复制代码

int main() {
    ServiceLocator locator;
    LoggingService loggingService;
    DatabaseService databaseService;

    locator.addService("LoggingService", &loggingService);
    locator.addService("DatabaseService", &databaseService);

    Service* logService = locator.getService("LoggingService");
    if (logService!= nullptr) {
        logService->execute();
    }

    Service* dbService = locator.getService("DatabaseService");
    if (dbService!= nullptr) {
        dbService->execute();
    }

    return 0;
}

优点

解耦服务使用者和服务提供者：
客户端不需要知道服务是如何创建和管理的，只需要通过服务定位器来获取服务。这使得客户端代码和服务的具体实现可以独立开发和维护，降低了代码之间的耦合度。例如，在一个大型的企业级应用中，不同的业务模块（客户端）可以通过服务定位器来获取各种基础服务（如消息服务、缓存服务等），而不需要关心这些服务的具体实现细节。
便于服务的替换和扩展：
可以很容易地在服务定位器中替换服务的实现或者添加新的服务。例如，如果要将日志服务从一个简单的控制台日志服务替换为一个更高级的文件日志服务，只需要在服务定位器中更新服务的注册信息即可，而不需要修改客户端代码。同时，添加新的服务也只需要在服务定位器中注册新服务，客户端可以方便地获取和使用新服务。
提高可维护性和可管理性：
所有服务的查找和获取逻辑都集中在服务定位器中，使得服务的管理更加方便。例如，可以在服务定位器中添加日志记录功能，记录每个服务的获取情况，或者对服务的获取进行权限控制等操作，提高了系统的可维护性和安全性。

缺点

增加系统复杂度：
引入服务定位器增加了系统的层次结构和复杂度。对于简单的应用来说，可能会显得过于复杂。例如，在一个小型的命令行工具中，使用服务定位器模式来获取少量服务可能会使代码变得臃肿。
依赖于服务定位器的正确实现：
客户端代码对服务定位器有较强的依赖，如果服务定位器出现问题（如服务注册错误、查找逻辑错误等），可能会导致客户端无法获取正确的服务或者系统出现故障。同时，服务定位器的性能也会影响整个系统的性能，例如，如果服务定位器的查找算法效率低下或者缓存管理不当，可能会导致获取服务的时间过长。