python设计模式之外观模式

python设计模式之外观模式

系统会随着演化变得非常复杂，最终形成大量的（并且有时是令人迷惑的）类和交互，这种情况并不少见。许多情况下，我们并不想把这种复杂性暴露给客户端。外观设计模式有助于隐藏系统的内部复杂性，并通过一个简化的接口向客户端暴露必要的部分。本质上， 外观（ Facade）是在已有复杂系统之上实现的一个抽象层。

1. 现实生活中的例子

在现实中，外观模式相当常见。当你致电一个银行或公司，通常是先被连线到客服部门，客服职员在你和业务部门（结算、技术支持、一般援助等）及帮你解决具体问题的职员之间充当一个外观的角色。

也可以将汽车或摩托车的启动钥匙视为一个外观。外观是激活一个系统的便捷方式，系统的内部则非常复杂。当然，对于其他可以通过一个简单按钮就能激活的复杂电子设备，同样可以如此看待，比如计算机。

2. 软件的例子

django-oscar-datacash模块是Django的一个第三方组件，用于集成DataCash支付网关。该组件有一个Gateway类，提供对多种DataCash API的细粒度访问。在那之上，它也包含一个Facade类，提供粗粒度API （提供给那些不需要处理细节的人），并针对审计目的提供保存事务的能力。

Caliendo是一个用于模拟Python API的的接口，它包含一个facade模块。该模块使用外观模式来完成许多不同但有用的事情（比如缓存方法），并基于传给顶层Facade方法的输入对象决定返回什么方法。

3. 应用案例

使用外观模式的最常见理由是为一个复杂系统提供单个简单的入口点。引入外观之后，客户端代码通过简单地调用一个方法/函数就能使用一个系统。同时，内部系统并不会丢失任何功能，外观只是封装了内部系统。

不把系统的内部功能暴露给客户端代码有一个额外的好处：我们可以改变系统内部，但客户端代码不用关心这个改变，也不会受这个改变的影响。客户端代码不需要进行任何改变。

如果你的系统包含多层，外观模式也能派上用场。你可以为每一层引入一个外观入口点，并让所有层级通过它们的外观相互通信。这提高了层级之间的松耦合性，尽可能保持层级独立。

假设我们想使用多服务进程方式实现一个操作系统，类似于MINIX 3 那样。多服务进程的操作系统有一个极小的内核，称为微内核（ microkernel），它在特权模式下运行。系统的所有其他服务都遵从

一种服务架构（驱动程序服务器、进程服务器、文件服务器等）。每个服务进程属于一个不同的内存地址空间，以用户模式在微内核之上运行。这种方式的优势是操作系统更能容错、更加可靠、更加安全。例如，由于所有驱动程序都以用户模式在一个驱动服务进程之上运行，所以某个驱动程序中的一个bug并不能让整个系统崩溃，也无法影响到其他服务进程。其劣势则是性能开销和系统编程的复杂性，因为服务进程和微内核之间，还有独立的服务进程之间，使用消息传递方式进行通信。消息传递比宏内核（如Linux）所使用的共享内存模型更加复杂。

我们从Server接口①开始实现，使用一个Enum类型变量来描述一个服务进程的不同状态，使用abc模块来禁止对Server接口直接进行初始化，并强制子类实现关键的boot()和kill()方法。这里假设每个服务进程的启动、关闭及重启都相应地需要不同的动作。如果你以前没用过abc模块，请记住以下几个重要事项。

• [ ] 我们需要使用metaclass关键字来继承ABCMeta。
• [ ] 使用@abstractmethod修饰器来声明Server的所有子类都应（强制性地）实现哪些
  
  方法。

可随意改变接口和方法签名来满足你的需求，但要确保在改变之后，客户端代码不需要知道OperatingSystem外观类之外的任何对象 完整代码如下：

from enum import Enum
from abc import ABCMeta, abstractmethod
State = Enum('State', 'new running sleeping restart zombie')
class User:
	pass
class Process:
	pass
class File:
	pass
class Server(metaclass=ABCMeta):
	@abstractmethod
	def __init__(self):
		pass
	def __str__(self):
		return self.name
	@abstractmethod
	def boot(self):
		pass
	@abstractmethod
	def kill(self, restart=True):
		pass
class FileServer(Server):
	def __init__(self):
		'''初始化文件服务进程要求的操作'''
		self.name = 'FileServer'
		self.state = State.new
	def boot(self):
   		print('booting the {}'.format(self))
    	'''启动文件服务进程要求的操作'''
		self.state = State.running
	def kill(self, restart=True):
		print('Killing {}'.format(self))
		'''终止文件服务进程要求的操作'''
		self.state = State.restart if restart else State.zombie
	def create_file(self, user, name, permissions):
		'''检查访问权限的有效性、用户权限等'''
		print("trying to create the file '{}' for user '{}' with permissions
{}".format(name, user, permissions))
class ProcessServer(Server):
	def __init__(self):
		'''初始化进程服务进程要求的操作'''
		self.name = 'ProcessServer'
		self.state = State.new
	def boot(self):
        print('booting the {}'.format(self))
        '''启动进程服务进程要求的操作'''
   		self.state = State.running
   	def kill(self, restart=True):
        print('Killing {}'.format(self))
        '''终止进程服务进程要求的操作'''
        self.state = State.restart if restart else State.zombie
	def create_process(self, user, name):
        '''检查用户权限和生成PID等'''
        print("trying to create the process '{}' for user '{}'".format(name, user))
class WindowServer:
	pass
class NetworkServer:
	pass
class OperatingSystem:
    '''外观'''
    def __init__(self):
        self.fs = FileServer()
        self.ps = ProcessServer()
    def start(self):
    	[i.boot() for i in (self.fs, self.ps)]
    def create_file(self, user, name, permissions):
   		return self.fs.create_file(user, name, permissions)
    def create_process(self, user, name):
    	return self.ps.create_process(user, name)
def main():
    os = OperatingSystem()
    os.start()
    os.create_file('foo', 'hello', '-rw-r-r')
    os.create_process('bar', 'ls /tmp')
if __name__ == '__main__':
	main()

输出如下：

booting the FileServer
booting the ProcessServer
trying to create the file 'hello' for user 'foo' with permissions - rw-r-r
trying to create the process 'ls /tmp' for user 'bar'

外观类OperatingSystem起到了很好的作用。客户端代码可以创建文件和进程，而无需知

道操作系统的内部细节，比如，多个服务进程的存在。准确点说是客户端可以调用方法来创建文

件和进程，但是目前它们是模拟的。

5. 小结

本章中，我们学习了如何使用外观模式。在客户端代码想要使用一个复杂系统但又不关心系统复杂性之时，这种模式是为复杂系统提供一个简单接口的理想方式。一台计算机是一个外观，因为当我们使用它时需要做的事情仅是按一个按钮来启动它；其余的所有硬件复杂性都用户无感知地交由BIOS、引导加载程序以及其他系统软件来处理。现实生活中外观的例子更多，比如，我们所致电的银行或公司客服部门，还有启动机动车所使用的钥匙。