[设计模式/Java] 设计模式之门面模式(外观模式)【20】

概述 : 门面模式 := 外观模式 := Facade Pattern

产生背景

• 软件开发过程中，我们经常会遇到复杂系统，其中包含多个子系统和接口。在这种情况下，为了简化客户端的调用过程，提高代码的可维护性和可读性，我们可以使用门面模式。

模式定义

• 门面模式（Facade Pattern）也叫做外观模式，是一种结构型设计模式。

它提供一个统一的接口，封装了一个或多个子系统的复杂功能，并向客户端提供一个简单的调用方式。

通过引入门面，客户端无需直接与子系统交互，而只需要通过门面来与子系统进行通信。

模式的组成

• 门面（Facade）：门面角色是门面模式的核心，它封装了系统内部复杂子系统的接口，为客户端提供一个简单的高层接口。门面角色知道哪些子系统负责处理请求，并将请求转发给相应的子系统进行处理。
• 子系统（Subsystem）：子系统角色是实际执行系统功能的组件。每个子系统都有自己的职责和行为，通过门面角色对外提供服务。
• 客户端（Client）：客户端角色通过调用门面角色提供的高层接口来使用系统功能，而无需直接与子系统交互。

在门面模式中，门面角色充当了客户端和子系统之间的中介者，隐藏了子系统的复杂性，简化了客户端的调用过程。

客户端只需要与门面角色进行交互，而不需要了解和处理子系统的具体细节。

• 【特别注意】

• 门面对象只是提供一个访问子系统的一个路径而已，它不应该也不能参与具体的业务逻辑；
• 否则，就会产生一个倒依赖的问题：子系统必须依赖门面才能被访问，这是设计上一个严重错误，不仅会违反了单一职责原则，同时也破坏了系统的封装性。

适用场景

• 当一个系统有很多复杂的子系统时，可以使用门面模式将其封装起来，隐藏内部复杂性，简化客户端的调用。
• 当需要将客户端与复杂的子系统做解耦，降低系统之间的依赖时，可以使用门面模式。

模式特点

优点

• 简化客户端的调用过程，隐藏了子系统的复杂性，提供了一个统一的接口，客户端无需了解子系统的具体实现。
• 减少系统的相互依赖，解耦了客户端与子系统之间的依赖关系。
• 提高了代码的可维护性和可读性。

缺点

• 门面模式可能会导致门面类变得庞大，承担过多的责任。
• 如果需要修改子系统的功能，可能需要修改门面类。

门面模式的优化

在实际应用中，我们可以对门面模式进行一些优化和扩展。以下是几个常见的优化实现方式：

子系统解耦

• 门面类可以通过委托来调用子系统的功能，而不是直接依赖于具体的子系统。

这样可以使得子系统能够独立演化，不受门面类的影响。

// 门面类
class Facade {
    private SubSystemInterface subSystemA;
    private SubSystemInterface subSystemB;

    public Facade() {
        subSystemA = new ConcreteSubSystemA();
        subSystemB = new ConcreteSubSystemB();
    }

    // 提供给客户端的接口
    public void operation() {
        subSystemA.operation();
        subSystemB.operation();
    }
}

// 子系统接口
interface SubSystemInterface {
    void operation();
}

// 具体的子系统A
class ConcreteSubSystemA implements SubSystemInterface {
    public void operation() {
        // 实现具体的功能
    }
}

// 具体的子系统B
class ConcreteSubSystemB implements SubSystemInterface {
    public void operation() {
        // 实现具体的功能
    }
}

多个门面类

• 当门面已经庞大到不能忍受的程度，承担过多的责任时，可以考虑使用多个门面类。
• 每个门面类负责与特定的子系统交互，原则上建议按照功能拆分

比如，一个数据库操作的门面可以拆分为查询门面、删除门面、更新门面等。

// 子系统A的门面类
class SubSystemAFacade {
    private SubSystemA subSystemA;

    public SubSystemAFacade() {
        subSystemA = new SubSystemA();
    }

    // 提供给客户端的接口
    public void operation() {
        subSystemA.operationA();
    }
}

// 子系统B的门面类
class SubSystemBFacade {
    private SubSystemB subSystemB;

    public SubSystemBFacade() {
        subSystemB = new SubSystemB();
    }

    // 提供给客户端的接口
    public void operation() {
        subSystemB.operationB();
    }
}

通过上述优化实现方式，我们能够灵活地应对不同的需求和场景，提高了系统的可扩展性和维护性。

门面嵌套

• 假设我们有一个文件处理系统，其中包括3个子系统：

文件读取(FileReader)、文件写入(FileWriter)和文件压缩(FileCompressor)。

• 现在有2个模块来访问该子系统：

• 通用模块（GeneralModule）可以完整地访问所有业务逻辑，而受限模块（RestrictedModule）只能访问文件读取操作。

• 在这种情况下，我们可以在门面外再嵌套门面来解决接口权限问题，以供不同的模块访问。

// 子系统：文件读取
class FileReader {
    public void read(String filePath) {
        System.out.println("读取文件：" + filePath);
        // 具体的读取逻辑...
    }
}

// 子系统：文件写入
class FileWriter {
    public void write(String filePath, String content) {
        System.out.println("写入文件：" + filePath);
        // 具体的写入逻辑...
    }
}

// 子系统：文件压缩
class FileCompressor {
    public void compress(String filePath, String destinationPath) {
        System.out.println("压缩文件：" + filePath + " -> " + destinationPath);
        // 具体的压缩逻辑...
    }
}

// 通用模块门面
class GeneralFacade {
    private FileReader fileReader;
    private FileWriter fileWriter;
    private FileCompressor fileCompressor;

    public GeneralFacade() {
        this.fileReader = new FileReader();
        this.fileWriter = new FileWriter();
        this.fileCompressor = new FileCompressor();
    }

    public void processFile(String filePath, String content, String destinationPath) {
        fileReader.read(filePath);
        fileWriter.write(filePath, content);
        fileCompressor.compress(filePath, destinationPath);
    }

    public void read(String filePath) {
        fileReader.read(filePath);
    }

}

// 受限模块门面
class RestrictedFacade {
    private GeneralFacade generalFacade = new GeneralFacade();

    public void readRestrictedFile(String filePath) {
        generalFacade.read(filePath);
    }
}

// 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        GeneralFacade generalFacade = new GeneralFacade();
        generalFacade.processFile("file.txt", "Hello World!", "compressed.zip");

        RestrictedFacade restrictedFacade = new RestrictedFacade();
        restrictedFacade.readRestrictedFile("file.txt");
    }
}

• 在上述示例中，我们使用了2个不同的门面：GeneralFacade和RestrictedFacade。

• GeneralFacade提供了完整的访问子系统的方法（processFile）
• 而RestrictedFacade仅提供了受限的文件读取方法（readRestrictedFile）

通过不同的门面对象，通用模块可以访问所有子系统功能，而受限模块只能访问特定的子系统功能。

案例实践

CASE 门面模式的简单实现

SubSystemA / SubSystemB

• 子系统A

// 子系统A
public class SubSystemA {
    public void operationA() {
        System.out.println("子系统A的操作");
    }
}

• 子系统B

public class SubSystemB {
    public void operationB() {
        System.out.println("子系统B的操作");
    }
}

• 子系统C

public class SubSystemC {
    public void operationC() {
        System.out.println("子系统C的操作");
    }
}

Facade/门面类

public class Facade {
    private SubSystemA subSystemA;
    private SubSystemB subSystemB;
    private SubSystemC subSystemC;

    public Facade() {
        subSystemA = new SubSystemA();
        subSystemB = new SubSystemB();
        subSystemC = new SubSystemC();
    }

    // 提供简单的接口给客户端调用，隐藏了子系统的复杂性
    public void operation() {
        subSystemA.operationA();
        subSystemB.operationB();
        subSystemC.operationC();
    }
}

CASE 电商系统

• 场景描述：

假设我们的电子商务系统包含了订单管理、库存管理和支付管理等子系统。

为了简化客户端的调用过程，我们可以使用门面模式来封装这些子系统，并提供一个统一的接口。

OrderService/订单管理子系统

// 订单管理子系统
class OrderService {
    public void createOrder() {
        // 创建订单的具体实现
    }
}

InventoryService/库存管理子系统

// 库存管理子系统
class InventoryService {
    public void checkStock() {
        // 检查库存的具体实现
    }
}

PaymentService/支付管理子系统

// 支付管理子系统
class PaymentService {
    public void makePayment() {
        // 支付的具体实现
    }
}

ECommerceFacade/电子商务门面类

// 电子商务门面类
class ECommerceFacade {
    private OrderService orderService;
    private InventoryService inventoryService;
    private PaymentService paymentService;

    public ECommerceFacade() {
        orderService = new OrderService();
        inventoryService = new InventoryService();
        paymentService = new PaymentService();
    }

    // 提供给客户端的接口
    public void placeOrder() {
        orderService.createOrder();
        inventoryService.checkStock();
        paymentService.makePayment();
    }
}

• 我们创建了一个电子商务门面类（ECommerceFacade），它封装了订单管理、库存管理和支付管理等子系统，并提供了一个简单的接口（placeOrder）供客户端调用。

这样，客户端只需要通过门面类来完成下单操作，而无需直接与子系统交互。

CASE Shape(形状接口) 与 ShapeMaker(形状创建器外观类)

场景描述

• 我们将创建一个 Shape 接口和实现了 Shape 接口的实体类。下一步是定义一个外观类 ShapeMaker。
• ShapeMaker 类使用实体类来代表用户对这些类的调用。
• FacadePatternDemo 类使用 ShapeMaker 类来显示结果。

Shape ：抽象接口

public interface Shape {
   void draw();
}

Rectangle / Square ：具体的接口实现类（子系统）

• Rectangle

public class Rectangle implements Shape {
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Rectangle::draw()");
   }
}

• Square

public class Square implements Shape {
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Square::draw()");
   }
}

• Circle

public class Circle implements Shape {
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Circle::draw()");
   }
}

ShapeMaker（外观类）

public class ShapeMaker {
   private Shape circle;
   private Shape rectangle;
   private Shape square;

   public ShapeMaker() {
      circle = new Circle();
      rectangle = new Rectangle();
      square = new Square();
   }

   public void drawCircle(){
      circle.draw();
   }
   public void drawRectangle(){
      rectangle.draw();
   }
   public void drawSquare(){
      square.draw();
   }
}

FacadePatternDemo

• 使用该外观类画出各种类型的形状。

public class FacadePatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
      ShapeMaker shapeMaker = new ShapeMaker();

      shapeMaker.drawCircle();
      shapeMaker.drawRectangle();
      shapeMaker.drawSquare();
   }
}

out

Circle::draw()
Rectangle::draw()
Square::draw()

Y 推荐文献

• 设计模式之总述 - 博客园/千千寰宇

X 参考文献

• 外观模式 - 菜鸟教程
• 一文搞懂设计模式—门面模式 - CSDN