【设计模式】外观模式（门面模式）

外观模式（Facade Pattern）详解

一、外观模式简介

外观模式（Facade Pattern） 是一种 结构型设计模式，它为一个复杂的子系统提供一个统一的高层接口，使得子系统更容易使用。

外观模式又称为门面模式，它是一种对象结构型模式。

简单来说，外观模式就像是一个“总控中心”或“门面”，它屏蔽了子系统的复杂性，对外提供一个简单的调用方式。这样客户端不需要了解内部细节，只需要通过这个“门面”来操作整个系统。

外观模式也是“迪米特法则”的体现。

引入外观角色之后，用户只需要直接与外观角色交互，用户与子系统之间的复杂关系由外观角色来实现，从而降低了系统的耦合度。

模式结构

外观模式包含如下角色：
Facade: 外观角色
SubSystem:子系统角色

二、解决的问题类型

• 问题背景：当系统中存在多个相互依赖、结构复杂的类和接口时，客户端直接使用这些类会变得非常麻烦，容易出错。
• 解决方案：外观模式通过引入一个中间层（即外观类），将这些复杂的交互封装起来，让客户端只需与外观类打交道即可完成一系列操作。

三、使用场景

1. 简化复杂系统的访问：当你有一个由多个对象组成的子系统，但希望给用户一个简单的接口来使用这个系统。
2. 解耦客户端与子系统：客户端不关心子系统内部如何工作，只关心结果。
3. 分层设计：在多层架构中，外观常用于表现层与业务逻辑层之间，作为接口抽象层。

四、实际生活案例

想象你在家里使用一个智能音箱说：“我回家了”。这时：

• 灯自动打开
• 空调启动
• 音乐播放器开始播放你喜欢的音乐
• 电视自动打开

你并不需要手动去操作每一个设备，而是通过一句话触发了一个“回家模式”。这个“回家模式”就是外观类，它封装了所有设备的操作，对外提供一个统一的入口。

五、代码案例

典型的外观角色代码：

public class Facade
{
    private SubSystemA obj1 = new SubSystemA();
    private SubSystemB obj2 = new SubSystemB();
    private SubSystemC obj3 = new SubSystemC();
    public void method()
    {
        obj1.method();
        obj2.method();
        obj3.method();
    }
} 

场景描述：

我们模拟一个家庭影院系统，包括以下几个子系统：

• 投影仪（Projector）
• 音响（Amplifier）
• 蓝光播放器（BluRayPlayer）
• 灯光控制（Lights）

我们要通过一个 HomeTheaterFacade 来统一管理这些组件，让客户可以通过一个接口轻松地开启/关闭观影模式。

子系统类定义：

// 投影仪类
class Projector {
    public void on() {
        System.out.println("Projector is ON");
    }

    public void setWideScreenMode() {
        System.out.println("Projector in widescreen mode (16x9)");
    }

    public void off() {
        System.out.println("Projector is OFF");
    }
}

// 音响类
class Amplifier {
    public void on() {
        System.out.println("Amplifier is ON");
    }

    public void setVolume(int level) {
        System.out.println("Setting volume to " + level);
    }

    public void off() {
        System.out.println("Amplifier is OFF");
    }
}

// 蓝光播放器类
class BluRayPlayer {
    public void on() {
        System.out.println("BluRay Player is ON");
    }

    public void play(String movie) {
        System.out.println("Playing movie: " + movie);
    }

    public void stop() {
        System.out.println("BluRay Player stopped");
    }

    public void off() {
        System.out.println("BluRay Player is OFF");
    }
}

// 灯光控制类
class Lights {
    public void dim(int level) {
        System.out.println("Lights dimmed to " + level + "% brightness");
    }

    public void on() {
        System.out.println("Lights are ON");
    }

    public void off() {
        System.out.println("Lights are OFF");
    }
}

案例二：

外观类实现(Java)：

// 家庭影院外观类
class HomeTheaterFacade {
    private Projector projector;
    private Amplifier amplifier;
    private BluRayPlayer bluRayPlayer;
    private Lights lights;

    public HomeTheaterFacade(Projector projector, Amplifier amplifier,
                             BluRayPlayer bluRayPlayer, Lights lights) {
        this.projector = projector;
        this.amplifier = amplifier;
        this.bluRayPlayer = bluRayPlayer;
        this.lights = lights;
    }

    // 开启观影模式
    public void watchMovie(String movie) {
        System.out.println("Preparing to watch a movie...");
        lights.dim(10);          // 调暗灯光
        projector.on();          // 打开投影仪
        projector.setWideScreenMode(); // 设置宽屏模式
        amplifier.on();          // 打开音响
        amplifier.setVolume(85); // 设置音量
        bluRayPlayer.on();       // 启动蓝光播放器
        bluRayPlayer.play(movie); // 播放电影
    }

    // 关闭观影模式
    public void endMovie() {
        System.out.println("Shutting movie time down...");
        bluRayPlayer.stop();
        bluRayPlayer.off();
        amplifier.off();
        projector.off();
        lights.on(); // 灯光恢复
    }
}

客户端测试类：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建各个子系统对象
        Projector projector = new Projector();
        Amplifier amplifier = new Amplifier();
        BluRayPlayer player = new BluRayPlayer();
        Lights lights = new Lights();

        // 创建外观对象
        HomeTheaterFacade homeTheater = new HomeTheaterFacade(projector, amplifier, player, lights);

        // 使用外观开启观影模式
        homeTheater.watchMovie("Inception");

        System.out.println("\n------------------------------\n");

        // 使用外观结束观影模式
        homeTheater.endMovie();
    }
}

输出结果示例：

Preparing to watch a movie...
Lights dimmed to 10% brightness
Projector is ON
Projector in widescreen mode (16x9)
Amplifier is ON
Setting volume to 85
BluRay Player is ON
Playing movie: Inception

------------------------------

Shutting movie time down...
BluRay Player stopped
BluRay Player is OFF
Amplifier is OFF
Projector is OFF
Lights are ON

六、优点总结

七、缺点

不能很好地限制客户使用子系统类，如果对客户访问子系统类做太多的限制则减少了可变性和灵活性。

在不引入抽象外观类的情况下，增加新的子系统可能需要修改外观类或客户端的源代码，违背了“开闭原则”。

八、与其他模式对比（补充）

九、小结

• 外观模式适用于：需要将一组复杂子系统整合成一个简单接口供外部使用的场景。
• 核心思想是：隐藏实现细节，提供统一、简洁的接口。
• 作为开发人员，掌握外观模式有助于我们更好地进行模块划分、系统集成和接口设计。

如果你正在开发一个大型系统，比如支付系统、订单系统、视频会议系统等，合理使用外观模式可以大大提升系统的可读性和可维护性。

如需进一步了解其他设计模式，欢迎继续提问！

十、扩展内容

• 一个系统有多个外观类：在外观模式中，通常只需要一个外观类，并且此外观类只有一个实例，换言之它是一个单例类。在很多情况下为了节约系统资源，一般将外观类设计为单例类。当然这并不意味着在整个系统里只能有一个外观类，在一个系统中可以设计多个外观类，每个外观类都负责和一些特定的子系统交互，向用户提供相应的业务功能。
• 不要试图通过外观类为子系统增加新行为：不要通过继承一个外观类在子系统中加入新的行为，这种做法是错误的。外观模式的用意是为子系统提供一个集中化和简化的沟通渠道，而不是向子系统加入新的行为，新的行为的增加应该通过修改原有子系统类或增加新的子系统类来实现，不能通过外观类来实现。
• 外观模式与迪米特法则：外观模式创造出一个外观对象，将客户端所涉及的属于一个子系统的协作伙伴的数量减到最少，使得客户端与子系统内部的对象的相互作用被外观对象所取代。外观类充当了客户类与子系统类之间的“第三者”，降低了客户类与子系统类之间的耦合度，外观模式就是实现代码重构以便达到“迪米特法则”要求的一个强有力的武器。
• 抽象外观类的引入：外观模式最大的缺点在于违背了“开闭原则”，当增加新的子系统或者移除子系统时需要修改外观类，可以通过引入抽象外观类在一定程度上解决该问题，客户端针对抽象外观类进行编程。对于新的业务需求，不修改原有外观类，而对应增加一个新的具体外观类，由新的具体外观类来关联新的子系统对象，同时通过修改配置文件来达到不修改源代码并更换外观类的目的。
  抽象外观类的引入：
  
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