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Facade.md

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结构型 - 门面(Facade)设计模式


在所有的设计模式中,门面模式属于少数几个见名知意的模式之一。在面向对象设计时,我们总是喜欢将对象内部的复杂细节封装起来,提供尽可能简单的方法来与外界进行交互。门面模式也是如此,对象封装是隐藏了内部数据结构的复杂性,门面模式就是隐藏了内部系统之间复杂的交互和依赖关系。可以说,门面模式是更广义的封装。

一、问题引入

在一个项目初期的时候,我们拥有很少的几个类,他们往往表现的比较良好。后来,随着新需求的不断迭代,项目中的类开始多了起来,每次新引入功能都有可能改动现有的类。为了让项目变得更加便于维护和扩展,我们决定对其重构。

我们竭尽全力让对象职责更加单一,并且解除掉不必要的耦合关系,甚至引入了一些设计模式让各个小模块的扩展性更加灵活。但这样做的同时,也让系统的结构变得更为庞杂,对象与对象之间的依赖关系可能错综复杂。所有的对象组合在一起,共同构成了一个系统。

然后,此时有一个外部系统,需要与现有的系统进行交互(为了区分,我们将现有的系统称呼为子系统)。外部系统和子系统之间的依赖关系很可能就如下图这样:

上面图没有实际的意义,只是为了演示两个复杂系统之间对接的情况,图本身没有表达任何现实意义。

我们在惊叹于不知不觉间系统已然具有如此规模的同时,也为两个系统的交互犯了愁。如此多的依赖关系,将来子系统扩展或者接口发生变动时,外部系统的调整将变得艰难,影响巨大。

事实上,子系统随着时间的推移演变得越来越复杂,类定义越来越多,是正常、合理且必然的。在一个健壮的项目中,各个小模块职责分明,各个类的行为单一,那么类的数量必然不会少。因为原本可能出现在一个类中表达多个行为的代码在解耦后,就被拆分到不同的类中了,类的数量必然增加。但这并不是指子系统设计得不好,相反,这正说明子系统设计得足够好,因为从某种程度上来说,类的数量在一定程度上体现了程序的健壮性。

回到这个问题,既然外部系统在使用子系统时这么复杂,要和这么多子系统的类打交道,例如:在A_Class6中为了创建一个B_Class9类的对象,我不得不先创建B_Class10B_Class3的对象,而创建B_Class3对象又必须先创建B_Class5对象。最终,在A_Class6中使用B_Class9时,会包含这样的代码:B_Class9 class9 = new B_Class9(new B_Class10(), new B_Class3(new B_Class5()));,如果使用者A_Class6根本不关心除B_Class9之外的对象,那么这个依赖关系对它来说难以忍受。

那么,是否能简化使用方在使用子系统时的复杂度,让使用方将精力放在自己关心的事情上?

二、解决方案

既然使用方抱怨交互太复杂,那么我就简化子系统的交互逻辑,把这个简化后的逻辑提取到单独的类中去实现,这就是门面模式所要解决的问题。门面模式建议我们隐藏内部交互的复杂性,为外部提供一个统一的交互入口,这个交互入口应尽可能的简单,以此降低客户端使用时的难度。

对比前后两张图,在使用门面模式后:

  • 系统之间的耦合度更低了:外部系统不用再依赖子系统的具体内部实现,仅仅通过门面来处理交互逻辑及传递请求,这使得整个依赖关系变得更加简单;
  • 外部系统与子系统之间的交互变得更加清晰,更方便维护:如果我的子系统内部有修改,我们只需要调整门面内部的逻辑处理,而不必修改外部系统的代码;
  • 简化外部系统的使用:我们可以使用缺省值的方式,简化外部系统的使用,例如,可以在Facade中各自维护一个B_Class9B_Class10B_Class3B_Class5引用,并且在外部系统请求之前,给他们提供缺省的对象,这能为外部系统省去一大部分麻烦。

OK,到此为止,我们已经了解了门面模式所有核心的内容,是不是非常简单?

三、案例实现

3.1 案例引入

九零后的聚会,吃完饭不是麻将就是唱 K。上次朋友聚合就去了一次 KTV,还记得一进房间,就看到一个中控面板,上面有几个按钮,分别是居家模式、Live模式、专业模式等。在切换模式的时候,房间的灯光和音箱效果会跟着变化。我们就以这个例子来说明门面模式,假定各个模式所对应的效果如下:

  • 居家模式:黄、绿灯光,常亮效果灯光,混响效果音箱;
  • Live模式:黄、绿、红灯光,跑马灯效果灯光,回声效果音箱;
  • 专业模式:绿灯光,频闪效果灯光,原声效果音箱。

在这个案例中,作为用户,我们可以根据喜好选择当前房间的灯光颜色、灯效以及音响效果。我们并未直接控制灯的颜色和效果,也没有控制音箱效果,我们只是在中控面板上选择喜欢的模式,就能切换他们。如果将房间的各种效果比作复杂的子系统,那顾客就相当于上面提到的外部系统,中控面板自然就是子系统上层的门面。

3.2 结构分析

该例子对应的类图结构如下图所示:

上面的类图结构看起来比较复杂,但大部分都不是本文的重点,我们的重点是图中的ModelFacade那部分。ModelFacade表示了案例中的中控面板,也就是一个门面。图中处于深色背景部分的对象都隐藏在该门面后,由他们负责完成了一系列的工作。对于用户(客户端)来说,只需要从中控面板中已提供的几种模式中进行选择,就可以切换到与之对应的房间效果。

3.2 代码附录

代码层次及类说明如上所示,更多内容请参考案例代码。客户端示例代码如下

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 打开所有设备
        ModelFacade.INSTANCE.open();
        // 切换到居家模式
        ModelFacade.INSTANCE.familyMode();
        // 切换到专业模式
        ModelFacade.INSTANCE.professionalMode();
        // 切换到现场模式
        ModelFacade.INSTANCE.liveMode();
        // 关闭所有设备
        ModelFacade.INSTANCE.close();
    }
}

运行结果如下

|==> 打开设备-------------------------------------------------------------|
        跑马灯效果的红色灯光已打开
        跑马灯效果的绿灯灯光已打开
        跑马灯效果的黄色灯光已打开
        音箱已打开
|==> 现场模式-------------------------------------------------------------|
    灯光效果:
        跑马灯效果的红色灯光
        跑马灯效果的绿灯灯光
        跑马灯效果的黄色灯光
    音响效果:
        音箱使用回声音效
|==> 居家模式-------------------------------------------------------------|
    灯光效果:
        常亮效果的绿灯灯光
        常亮效果的黄色灯光
    音响效果:
        音箱使用混响音效
|==> 专业模式-------------------------------------------------------------|
    灯光效果:
        频闪效果的绿灯灯光
    音响效果:
        音箱使用原声音效
|==> 现场模式-------------------------------------------------------------|
    灯光效果:
        跑马灯效果的红色灯光
        跑马灯效果的绿灯灯光
        跑马灯效果的黄色灯光
    音响效果:
        音箱使用回声音效
|==> 关闭设备-------------------------------------------------------------|
        跑马灯效果的红色灯光已关闭
        跑马灯效果的绿灯灯光已关闭
        跑马灯效果的黄色灯光已关闭
        音箱已关闭

四、门面模式

4.1 意图

为子系统中的一组接口提供一个一致的界面,门面模式定义了一个高层接口,这个接口使得这一子系统更加容易使用。

门面模式要实现的目的是为了让子系统变得更加容易使用,实现方式是定义一个高层的接口(使用者通过这个高层接口和子系统进行交互),最终的效果就是给子系统的一组接口提供了一个一致的界面。

4.2 使用技巧

(1)在恰当的地方使用门面模式

在门面模式的定义中,已经指明了使用它的效果——给子系统增加一个门面,对于客户端来说,将变得更加容易使用,这一点尤其重要。如果给子系统加上门面后,仍然不能降低负责度,则不应该使用门面模式(或者打开的方式不对)。

(2)屏蔽那些用户不关心的细节

如在上面的例子中,作为用户的我,不需要知道灯光是如何产生的,灯效是如何切换的,我需要的是打开所有的设备,然后选择一个我喜欢的场景而已。屏蔽掉那些对客户端来说用处不大的细节之后,客户端的使用才能变得简单。

(3)灵活使用门面模式

使用门面模式时应该注意注重其意,而不在于形。拨开现象看本质,门面模式说到底还是为了客户端使用子系统更简单,只要抓住这一点便不会弄巧成拙。至于如何实现,并不会限制于某一种特定的方式。比如为了让门面类具有子系统类的特性,我们可以让门面类继承或持有某些具体的类。再比如,当多个客户端使用子系统,且这些客户端在某些细节上的期望不一致时,我们可以定义抽象的门面,为多个客户端提供差异化的具体门面,以此来满足不同客户端的需求。

(4)不要限制客户越过门面

我们发现,为了让子系统更加方便使用,我们屏蔽了很多细节(使用了缺省值)。但我们无法预知用户每一次的需求,也不可能为所有的用户都提供一个通用并且简单的接口。比如,在上面的例子中,某个用户希望在居家模式下使用的灯光是黄红而不是黄绿,此时子系统应该如何做呢?

子系统什么也不应该做。既然这种需求属于个例,那么就特殊对待,子系统不限制客户端对底层类的直接使用,那么客户就可以根据底层类实现自己需要的功能。

所以,门面模式从某种意义上来说是属于对子系统使用的一种优化。门面模式希望的是在大多数的情况下,都能为客户端提供良好的服务,但如果有需求超出了门面的能力范围,客户端就应该越过门面,在更底层去寻找答案。

附录

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