Java二十三种设计模式-外观模式（9/23）

外观模式：简化复杂系统的统一接口

引言

外观模式（Facade Pattern）是一种结构型设计模式，它为子系统中的一组接口提供一个统一的高层接口。外观模式定义了一个可以与复杂子系统交互的简化接口，使得子系统更加易于使用。

基础知识，java设计模式总体来说设计模式分为三大类：

（1）创建型模式，共5种：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。

（2）结构型模式，共7种：适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。

（3）行为型模式，共11种：策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

第一部分：外观模式概述

1.1 定义与用途

外观模式的基本定义

外观模式（Facade Pattern）是一种常用的结构型设计模式，其核心目的是为一个复杂的子系统提供一个简化的统一接口。通过外观模式，客户端可以访问一个复杂的类系统，而无需了解该系统内部的复杂性。

解释为何需要外观模式

简化接口：在大型软件系统中，尤其是当系统由多个类和组件构成时，客户端代码可能需要与这些复杂的类交互。外观模式通过提供一个简化的接口，简化了客户端与这些类的交互。
降低耦合度：外观模式降低了客户端与复杂子系统的耦合度，客户端不依赖于子系统的具体实现，只依赖于外观对象。
易于维护和扩展：当子系统需要修改或扩展时，只要接口保持不变，客户端代码就不需要修改，从而提高了系统的可维护性和可扩展性。

1.2 外观模式的组成

外观（Facade）

定义：外观是一个接口，它提供了一组特定的方法，用于访问子系统中的复杂功能。
角色：作为客户端与子系统交互的中介，外观对象将客户端的请求委托给子系统中的相应对象。

子系统（Subsystem）

定义：子系统是一系列类和接口的集合，它们实现了特定的功能。
角色：子系统包含了业务逻辑的具体实现，外观对象通过子系统来完成请求的处理。

客户端（Client）

角色：客户端使用外观对象来访问子系统的功能，客户端不直接与子系统交互。

外观模式通过引入外观对象，将客户端与复杂的子系统解耦，使得客户端可以更加容易地使用子系统的功能。在下一部分中，我们将通过Java代码示例来展示外观模式的具体实现。

第二部分：外观模式的实现

2.1 Java实现示例

以下是使用Java语言实现外观模式的代码示例。假设我们有一个复杂的家庭影院系统，包括多个组件如投影仪、音响和屏幕。

// 子系统接口
interface TheaterControl {
    void on();
    void off();
    void setVolume(int volume);
}

// 具体子系统：投影仪
class Projector implements TheaterControl {
    public void on() { System.out.println("Projector on."); }
    public void off() { System.out.println("Projector off."); }
    // 投影仪没有音量设置
}

// 具体子系统：音响
class StereoSystem implements TheaterControl {
    public void on() { System.out.println("Stereo on."); }
    public void off() { System.out.println("Stereo off."); }
    public void setVolume(int volume) {
        System.out.println("Stereo volume set to " + volume);
    }
}

// 具体子系统：屏幕
class Screen implements TheaterControl {
    public void on() { System.out.println("Screen on."); }
    public void off() { System.out.println("Screen off."); }
    // 屏幕没有音量设置
}

// 外观
class HomeTheaterFacade {
    private TheaterControl projector;
    private TheaterControl stereoSystem;
    private TheaterControl screen;

    public HomeTheaterFacade() {
        this.projector = new Projector();
        this.stereoSystem = new StereoSystem();
        this.screen = new Screen();
    }

    public void watchMovie(String movie) {
        System.out.println("Get ready to watch a " + movie + "!");
        turnOn();
        setVolume(5);
        projector.on();
        screen.on();
    }

    private void turnOn() {
        projector.on();
        stereoSystem.on();
        screen.on();
    }

    private void setVolume(int volume) {
        stereoSystem.setVolume(volume);
    }
}

// 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        HomeTheaterFacade homeTheater = new HomeTheaterFacade();
        homeTheater.watchMovie("Java Design Patterns");
    }
}

2.2 外观模式中的角色和职责

外观（Facade）

职责：为复杂的子系统提供一个简化的接口。外观对象通常包含多个子系统对象的引用，并将客户端的请求委托给相应的子系统对象。
实现：外观类通常包含子系统的引用，并提供一系列方法，这些方法将复杂的操作封装成简单的步骤。

子系统（Subsystem）

职责：实现特定的功能，子系统可以独立于外观和其他子系统运行。
实现：每个子系统都是一个类，实现特定的功能，如上述示例中的Projector、StereoSystem和Screen。

客户端（Client）

职责：使用外观对象来访问子系统的功能，客户端不直接与子系统交互。
实现：客户端通过外观对象的方法来执行操作，如上述示例中的Client类。

相互作用

客户端调用：客户端调用外观对象的方法。
外观委托：外观对象将请求委托给一个或多个子系统。
子系统执行：子系统执行具体的操作并返回结果（如果有的话）。

外观模式通过引入外观对象，简化了客户端与复杂子系统的交互，降低了系统间的耦合度，提高了系统的可维护性和可扩展性。在下一部分中，我们将探讨外观模式的使用场景。

第三部分：外观模式的使用场景

3.1 简化复杂系统的访问

在软件开发中，经常会遇到一些复杂的系统，这些系统可能包含多个组件和子系统，每个部分都有其特定的功能和接口。对于客户端来说，直接与这些复杂的系统交互可能会非常困难和繁琐。

外观模式的应用：

统一接口：外观模式提供一个统一的高层接口，使得客户端可以通过这个简化的接口与复杂系统交互，而无需了解内部的复杂性。
简化客户端逻辑：通过外观模式，客户端的代码可以更加简洁和易于理解，因为客户端只需要与外观对象交互，而不是直接与复杂的子系统交互。
易于使用：外观模式隐藏了复杂的实现细节，使得即使是不熟悉系统内部结构的用户也能容易地使用系统。

应用实例：

操作系统的命令行界面：提供了一个简化的接口来执行复杂的系统命令。
智能家居控制系统：通过一个简单的界面控制家中的多个智能设备，如灯光、温度、安全系统等。

3.2 降低系统间的耦合度

在大型软件项目中，系统通常由多个模块或服务组成，这些模块之间可能存在紧密的耦合关系。耦合度过高会导致系统难以维护和扩展。

外观模式的优势：

解耦系统组件：外观模式通过引入一个外观层，将客户端与子系统的直接依赖关系转换为对外观的依赖，从而降低了系统间的耦合度。
提高模块化：通过降低模块间的直接依赖，系统可以更加模块化，每个模块可以独立地开发和测试。
易于扩展和维护：当系统需要扩展或修改时，只要外观接口保持不变，就不需要修改依赖于这个接口的客户端代码。

应用实例：

支付系统集成：在电子商务平台中，可能需要集成多种支付方式，如信用卡、PayPal、微信支付等。通过外观模式，可以为这些支付方式提供一个统一的接口，降低它们之间的耦合度。
中间件服务：在企业应用中，中间件服务如数据库连接池、消息队列等，可以通过外观模式提供简化的接口，使得应用程序更容易与这些服务交互。

外观模式通过提供一个简化的接口来简化复杂系统的访问，并降低系统间的耦合度。这使得系统更加易于使用、维护和扩展。在下一部分中，我们将讨论外观模式的优点与缺点。