结构型-外观模式

JavaBoy_XJ2025-12-26 11:32

1. 项目结构

bash 复制代码 
	facade-pattern-demo/
	├── pom.xml
	├── src/
	│   └── main/
	│       └── java/
	│           └── com/
	│               └── example/
	│                   ├── Main.java
	│                   ├── facade/
	│                   │   ├── ComputerFacade.java
	│                   │   └── HomeTheaterFacade.java
	│                   └── subsystems/
	│                       ├── CPU.java
	│                       ├── Memory.java
	│                       ├── HardDrive.java
	│                       ├── DVDPlayer.java
	│                       ├── Projector.java
	│                       ├── SoundSystem.java
	│                       └── Lights.java

Maven 配置文件 (pom.xml)

xml 复制代码 
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 
         http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    
    <groupId>com.example</groupId>
    <artifactId>facade-pattern-demo</artifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    <packaging>jar</packaging>
    
    <name>Facade Pattern Demo</name>
    <description>Facade Design Pattern Demo Project</description>
    
    <properties>
        <maven.compiler.source>1.8</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>1.8</maven.compiler.target>
        <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
    </properties>
    
    <dependencies>
        <!-- 如果需要添加日志或其他依赖，可以在这里添加 -->
    </dependencies>
    
    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
                <version>3.8.1</version>
                <configuration>
                    <source>1.8</source>
                    <target>1.8</target>
                </configuration>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>
</project>

2. 代码实现

  1. 子系统类-计算机子系统组件

    java 复制代码 
    package com.example.subsystems;

/**
 * CPU子系统
 */
public class CPU {
    
    public void start() {
        System.out.println("CPU 正在启动...");
        System.out.println("CPU 启动完成");
    }
    
    public void shutdown() {
        System.out.println("CPU 正在关闭...");
        System.out.println("CPU 已关闭");
    }
    
    public void execute() {
        System.out.println("CPU 正在执行指令...");
    }
}
    java 复制代码 
    package com.example.subsystems;

/**
 * 内存子系统
 */
public class Memory {
    
    public void load() {
        System.out.println("内存 正在加载数据...");
        System.out.println("内存 数据加载完成");
    }
    
    public void unload() {
        System.out.println("内存 正在释放数据...");
        System.out.println("内存 数据释放完成");
    }
}
    java 复制代码 
    package com.example.subsystems;

/**
 * 硬盘子系统
 */
public class HardDrive {
    
    public void read() {
        System.out.println("硬盘 正在读取数据...");
        System.out.println("硬盘 数据读取完成");
    }
    
    public void write() {
        System.out.println("硬盘 正在写入数据...");
        System.out.println("硬盘 数据写入完成");
    }
}

  2. 子系统类-家庭影院子系统组件

    java 复制代码 
    package com.example.subsystems;

/**
 * DVD播放器子系统
 */
public class DVDPlayer {
    
    public void on() {
        System.out.println("DVD播放器 已开启");
    }
    
    public void off() {
        System.out.println("DVD播放器 已关闭");
    }
    
    public void play(String movie) {
        System.out.println("DVD播放器 正在播放电影: " + movie);
    }
    
    public void stop() {
        System.out.println("DVD播放器 已停止播放");
    }
    
    public void eject() {
        System.out.println("DVD播放器 弹出光盘");
    }
}
    java 复制代码 
    package com.example.subsystems;

/**
 * 投影仪子系统
 */
public class Projector {
    
    public void on() {
        System.out.println("投影仪 已开启");
    }
    
    public void off() {
        System.out.println("投影仪 已关闭");
    }
    
    public void setInput(String input) {
        System.out.println("投影仪 输入源设置为: " + input);
    }
    
    public void wideScreenMode() {
        System.out.println("投影仪 设置为宽屏模式");
    }
}
    java 复制代码 
    package com.example.subsystems;

/**
 * 音响系统子系统
 */
public class SoundSystem {
    
    public void on() {
        System.out.println("音响系统 已开启");
    }
    
    public void off() {
        System.out.println("音响系统 已关闭");
    }
    
    public void setVolume(int level) {
        System.out.println("音响系统 音量设置为: " + level);
    }
    
    public void setSurroundSound() {
        System.out.println("音响系统 设置为环绕声模式");
    }
}
    java 复制代码 
    package com.example.subsystems;

/**
 * 灯光子系统
 */
public class Lights {
    
    public void dim(int level) {
        System.out.println("灯光 调暗至 " + level + "%");
    }
    
    public void on() {
        System.out.println("灯光 已开启");
    }
    
    public void off() {
        System.out.println("灯光 已关闭");
    }
}

  3. 外观类-计算机子系统组件

    java 复制代码 
    package com.example.subsystems;

/**
 * CPU子系统
 */
public class CPU {
    
    public void start() {
        System.out.println("CPU 正在启动...");
        System.out.println("CPU 启动完成");
    }
    
    public void shutdown() {
        System.out.println("CPU 正在关闭...");
        System.out.println("CPU 已关闭");
    }
    
    public void execute() {
        System.out.println("CPU 正在执行指令...");
    }
}
    java 复制代码 
    package com.example.subsystems;

/**
 * 内存子系统
 */
public class Memory {
    
    public void load() {
        System.out.println("内存 正在加载数据...");
        System.out.println("内存 数据加载完成");
    }
    
    public void unload() {
        System.out.println("内存 正在释放数据...");
        System.out.println("内存 数据释放完成");
    }
}
    java 复制代码 
    package com.example.subsystems;

/**
 * 硬盘子系统
 */
public class HardDrive {
    
    public void read() {
        System.out.println("硬盘 正在读取数据...");
        System.out.println("硬盘 数据读取完成");
    }
    
    public void write() {
        System.out.println("硬盘 正在写入数据...");
        System.out.println("硬盘 数据写入完成");
    }
}

  4. 外观类-家庭影院子系统组件

    java 复制代码 
    package com.example.subsystems;

/**
 * DVD播放器子系统
 */
public class DVDPlayer {
    
    public void on() {
        System.out.println("DVD播放器 已开启");
    }
    
    public void off() {
        System.out.println("DVD播放器 已关闭");
    }
    
    public void play(String movie) {
        System.out.println("DVD播放器 正在播放电影: " + movie);
    }
    
    public void stop() {
        System.out.println("DVD播放器 已停止播放");
    }
    
    public void eject() {
        System.out.println("DVD播放器 弹出光盘");
    }
}
    java 复制代码 
    package com.example.subsystems;

/**
 * 投影仪子系统
 */
public class Projector {
    
    public void on() {
        System.out.println("投影仪 已开启");
    }
    
    public void off() {
        System.out.println("投影仪 已关闭");
    }
    
    public void setInput(String input) {
        System.out.println("投影仪 输入源设置为: " + input);
    }
    
    public void wideScreenMode() {
        System.out.println("投影仪 设置为宽屏模式");
    }
}
	```

```java
package com.example.subsystems;

/**
 * 音响系统子系统
 */
public class SoundSystem {
    
    public void on() {
        System.out.println("音响系统 已开启");
    }
    
    public void off() {
        System.out.println("音响系统 已关闭");
    }
    
    public void setVolume(int level) {
        System.out.println("音响系统 音量设置为: " + level);
    }
    
    public void setSurroundSound() {
        System.out.println("音响系统 设置为环绕声模式");
    }
}
    java 复制代码 
    package com.example.subsystems;

/**
 * 灯光子系统
 */
public class Lights {
    
    public void dim(int level) {
        System.out.println("灯光 调暗至 " + level + "%");
    }
    
    public void on() {
        System.out.println("灯光 已开启");
    }
    
    public void off() {
        System.out.println("灯光 已关闭");
    }
}

  5. 外观类-计算机外观

    java 复制代码 
    package com.example.facade;

import com.example.subsystems.CPU;
import com.example.subsystems.Memory;
import com.example.subsystems.HardDrive;

/**
 * 计算机外观类 - 简化计算机启动和关闭的复杂过程
 */
public class ComputerFacade {
    
    private CPU cpu;
    private Memory memory;
    private HardDrive hardDrive;
    
    public ComputerFacade() {
        this.cpu = new CPU();
        this.memory = new Memory();
        this.hardDrive = new HardDrive();
    }
    
    /**
     * 启动计算机 - 封装了复杂的启动流程
     */
    public void startComputer() {
        System.out.println("========== 启动计算机 ==========");
        cpu.start();
        memory.load();
        hardDrive.read();
        cpu.execute();
        System.out.println("计算机启动完成！\n");
    }
    
    /**
     * 关闭计算机 - 封装了复杂的关闭流程
     */
    public void shutdownComputer() {
        System.out.println("========== 关闭计算机 ==========");
        cpu.shutdown();
        memory.unload();
        System.out.println("计算机关闭完成！\n");
    }
    
    /**
     * 执行计算任务 - 封装了计算过程
     */
    public void performCalculation() {
        System.out.println("========== 执行计算任务 ==========");
        hardDrive.read();
        cpu.execute();
        hardDrive.write();
        System.out.println("计算任务完成！\n");
    }
}

  6. 外观类-家庭影院外观

    java 复制代码 
    package com.example.facade;

import com.example.subsystems.DVDPlayer;
import com.example.subsystems.Projector;
import com.example.subsystems.SoundSystem;
import com.example.subsystems.Lights;

/**
 * 家庭影院外观类 - 简化家庭影院系统的操作
 */
public class HomeTheaterFacade {
    
    private DVDPlayer dvdPlayer;
    private Projector projector;
    private SoundSystem soundSystem;
    private Lights lights;
    
    public HomeTheaterFacade() {
        this.dvdPlayer = new DVDPlayer();
        this.projector = new Projector();
        this.soundSystem = new SoundSystem();
        this.lights = new Lights();
    }
    
    /**
     * 观看电影 - 封装了所有准备工作
     */
    public void watchMovie(String movie) {
        System.out.println("========== 准备观看电影 ==========");
        lights.dim(10);
        projector.on();
        projector.setInput("DVD");
        projector.wideScreenMode();
        soundSystem.on();
        soundSystem.setSurroundSound();
        soundSystem.setVolume(20);
        dvdPlayer.on();
        dvdPlayer.play(movie);
        System.out.println("开始享受电影时光！\n");
    }
    
    /**
     * 结束观看电影 - 封装了所有清理工作
     */
    public void endMovie() {
        System.out.println("========== 结束观看电影 ==========");
        dvdPlayer.stop();
        dvdPlayer.eject();
        dvdPlayer.off();
        soundSystem.off();
        projector.off();
        lights.on();
        System.out.println("家庭影院系统已关闭！\n");
    }
    
    /**
     * 只听音乐 - 简化操作
     */
    public void listenToMusic() {
        System.out.println("========== 准备听音乐 ==========");
        lights.dim(30);
        soundSystem.on();
        soundSystem.setVolume(15);
        System.out.println("开始享受音乐！\n");
    }
    
    /**
     * 结束听音乐
     */
    public void endMusic() {
        System.out.println("========== 结束听音乐 ==========");
        soundSystem.off();
        lights.on();
        System.out.println("音乐系统已关闭！\n");
    }
}

  7. 主程序

    java 复制代码 
    package com.example;

import com.example.facade.ComputerFacade;
import com.example.facade.HomeTheaterFacade;

/**
 * 主程序 - 演示外观模式的使用
 */
public class Main {
    
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("========== 外观模式演示 ==========\n");
        
        // 演示计算机外观
        System.out.println("1. 计算机系统演示：");
        ComputerFacade computer = new ComputerFacade();
        computer.startComputer();
        computer.performCalculation();
        computer.shutdownComputer();
        
        // 演示家庭影院外观
        System.out.println("2. 家庭影院系统演示：");
        HomeTheaterFacade homeTheater = new HomeTheaterFacade();
        homeTheater.watchMovie("阿凡达");
        homeTheater.endMovie();
        
        System.out.println("3. 只使用音乐功能演示：");
        homeTheater.listenToMusic();
        homeTheater.endMusic();
        
        System.out.println("========== 演示结束 ==========");
        
        // 演示不使用外观模式的复杂性
        System.out.println("\n========== 对比：不使用外观模式 ==========");
        demonstrateWithoutFacade();
    }
    
    /**
     * 演示如果不使用外观模式，客户端需要如何处理复杂的子系统
     */
    private static void demonstrateWithoutFacade() {
        System.out.println("不使用外观模式启动家庭影院：");
        
        // 客户端需要直接操作所有子系统
        com.example.subsystems.Lights lights = new com.example.subsystems.Lights();
        com.example.subsystems.Projector projector = new com.example.subsystems.Projector();
        com.example.subsystems.SoundSystem soundSystem = new com.example.subsystems.SoundSystem();
        com.example.subsystems.DVDPlayer dvdPlayer = new com.example.subsystems.DVDPlayer();
        
        // 需要按正确顺序调用多个方法
        lights.dim(10);
        projector.on();
        projector.setInput("DVD");
        projector.wideScreenMode();
        soundSystem.on();
        soundSystem.setSurroundSound();
        soundSystem.setVolume(20);
        dvdPlayer.on();
        dvdPlayer.play("阿凡达");
        
        System.out.println("\n可以看到，不使用外观模式时：");
        System.out.println("1. 客户端需要了解所有子系统");
        System.out.println("2. 客户端需要知道正确的调用顺序");
        System.out.println("3. 客户端代码变得复杂且难以维护");
        System.out.println("4. 子系统间的耦合度增加");
    }
}

3. 构建和运行

  1. 使用Maven编译:

    bash 复制代码 
    mvn clean compile

  2. 运行主程序:

    bash 复制代码 
    mvn exec:java -Dexec.mainClass="com.example.Main"

  3. 预期输出

    bash 复制代码 
    ========== 外观模式演示 ==========

1. 计算机系统演示：
========== 启动计算机 ==========
CPU 正在启动...
CPU 启动完成
内存 正在加载数据...
内存 数据加载完成
硬盘 正在读取数据...
硬盘 数据读取完成
CPU 正在执行指令...
计算机启动完成！

========== 执行计算任务 ==========
硬盘 正在读取数据...
硬盘 数据读取完成
CPU 正在执行指令...
硬盘 正在写入数据...
硬盘 数据写入完成
计算任务完成！

========== 关闭计算机 ==========
CPU 正在关闭...
CPU 已关闭
内存 正在释放数据...
内存 数据释放完成
计算机关闭完成！

2. 家庭影院系统演示：
========== 准备观看电影 ==========
灯光 调暗至 10%
投影仪 已开启
投影仪 输入源设置为: DVD
投影仪 设置为宽屏模式
音响系统 已开启
音响系统 设置为环绕声模式
音响系统 音量设置为: 20
DVD播放器 已开启
DVD播放器 正在播放电影: 阿凡达
开始享受电影时光！

========== 结束观看电影 ==========
DVD播放器 已停止播放
DVD播放器 弹出光盘
DVD播放器 已关闭
音响系统 已关闭
投影仪 已关闭
灯光 已开启
家庭影院系统已关闭！

3. 只使用音乐功能演示：
========== 准备听音乐 ==========
灯光 调暗至 30%
音响系统 已开启
音响系统 音量设置为: 15
开始享受音乐！

========== 结束听音乐 ==========
音响系统 已关闭
灯光 已开启
音乐系统已关闭！

========== 演示结束 ==========

========== 对比：不使用外观模式 ==========
不使用外观模式启动家庭影院：
灯光 调暗至 10%
投影仪 已开启
投影仪 输入源设置为: DVD
投影仪 设置为宽屏模式
音响系统 已开启
音响系统 设置为环绕声模式
音响系统 音量设置为: 20
DVD播放器 已开启
DVD播放器 正在播放电影: 阿凡达

可以看到，不使用外观模式时：
1. 客户端需要了解所有子系统
2. 客户端需要知道正确的调用顺序
3. 客户端代码变得复杂且难以维护
4. 子系统间的耦合度增加

4. 核心概念

  • 外观模式的核心思想：

    • 简化接口：为复杂的子系统提供一个统一的简化接口

    • 解耦：客户端与子系统之间的解耦

    • 封装：隐藏子系统的复杂性

  • 优点：

    • 减少系统间的依赖

    • 提高子系统使用的便捷性

    • 提高系统的安全性（可以限制对子系统的直接访问）

    • 遵循迪米特法则（最少知识原则）

  • 适用场景：

    • 复杂系统需要提供简单入口

    • 子系统众多且相互依赖

    • 需要层次化系统结构

    • 客户端与抽象的实现类之间存在很大的依赖性

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