设计模式之外观模式（Facade）

Facade设计模式，也称为外观模式，是一种结构型设计模式，它主要用于为子系统中的一组接口提供一个统一的高层接口，从而使得子系统更加容易使用。以下是关于Facade设计模式的详细介绍：

一、定义

Facade模式为多个复杂的子系统提供一个对外的接口，使得这些子系统更加容易地被访问。该模式对外有一个统一的接口，外部应用无需关心子系统内部的细节，从而大大降低了应用程序的复杂度，提高了可维护性。

二、动机与目的

• 降低复杂性：通过将子系统的复杂性封装在Facade类中，客户端可以通过简单的接口来调用子系统，而无需深入了解子系统的具体实现。
• 提高易用性：Facade模式提供了一个简单的接口，使得客户端可以更容易地使用子系统。
• 松散耦合：通过引入Facade类，降低了客户端与子系统之间的耦合度，使得子系统内部的变化不会影响到客户端。

三、结构与类图

类图：

Facade模式主要包含以下三个角色：

• Facade（外观角色）：客户端可以调用这个角色的方法。外观类知晓相关的（一个或者多个）子系统的功能和责任。在正常情况下，本角色会将所有从客户端发来的请求委派到相应的子系统去。
• Subsystem（子系统角色）：可以同时有一个或者多个子系统。每一个子系统都不是一个单独的类，而是一个类的集合。每一个子系统都可以被客户端直接调用，或者被外观角色调用。子系统并不知道外观的存在，对于子系统而言，外观仅仅是另外一个客户端而已。
• Client（客户端角色）：用户通过外观类调用子系统的功能。

四、优缺点

优点

1. 降低系统的复杂性：通过为子系统提供一个简单的接口，使得客户端更容易理解和使用系统。
2. 提高系统的灵活性：当子系统内部发生变化时，只需要修改Facade类即可，而不需要修改客户端代码。
3. 符合迪米特法则：通过引入Facade类，减少了客户端与子系统之间的依赖关系。

缺点

1. 增加子系统或扩展子系统行为容易引入风险：因为所有的请求都需要通过Facade类进行转发，如果Facade类设计不当，可能会引入新的风险。
2. 不符合开闭原则：在某些情况下，如果需要对系统进行扩展，可能需要修改Facade类的代码，这违反了开闭原则（即对扩展开放，对修改关闭）。

五、应用场景

• 当系统需要对外提供一个简单的接口时，可以使用Facade模式。
• 当系统需要隐藏子系统的复杂性时，可以使用Facade模式。
• 当需要构建一个多层系统结构时，可以利用Facade对象作为每层的入口，简化层级调用。

六、实现例子

在家庭影院系统中，可以使用Facade模式来简化用户的操作。例如，用户只需要使用一个遥控器（Facade类）就可以控制投影仪、音响、DVD机等设备（子系统），而无需分别操作这些设备。

// 投影仪接口  
interface Projector {  
    void on();  
    void off();  
    void focus();  
    void wideScreenMode();  
}  
  
// 投影仪实现类  
class SimpleProjector implements Projector {  
    @Override  
    public void on() {  
        System.out.println("Projector is on");  
    }  
  
    @Override  
    public void off() {  
        System.out.println("Projector is off");  
    }  
  
    @Override  
    public void focus() {  
        System.out.println("Adjusting projector focus");  
    }  
  
    @Override  
    public void wideScreenMode() {  
        System.out.println("Switching to wide screen mode");  
    }  
}  
  
// DVD播放器接口  
interface DVDPlayer {  
    void on();  
    void off();  
    void play();  
    void stop();  
    void pause();  
    void eject();  
    void setTwoChannelAudio();  
    void setSurroundAudio();  
}  
  
// DVD播放器实现类  
class SimpleDVDPlayer implements DVDPlayer {  
    @Override  
    public void on() {  
        System.out.println("DVD Player is on");  
    }  
  
    @Override  
    public void off() {  
        System.out.println("DVD Player is off");  
    }  
  
    @Override  
    public void play() {  
        System.out.println("DVD Player is playing");  
    }  
  
    @Override  
    public void stop() {  
        System.out.println("DVD Player stopped");  
    }  
  
    @Override  
    public void pause() {  
        System.out.println("DVD Player paused");  
    }  
  
    @Override  
    public void eject() {  
        System.out.println("DVD ejected");  
    }  
  
    @Override  
    public void setTwoChannelAudio() {  
        System.out.println("Stereo mode is on");  
    }  
  
    @Override  
    public void setSurroundAudio() {  
        System.out.println("Surround sound mode is on");  
    }  
}  
  
// 音响接口  
interface Amplifier {  
    void on();  
    void off();  
    void setStereoSound();  
    void setSurroundSound();  
    void setVolume(int volume);  
}  
  
// 音响实现类  
class StereoAmplifier implements Amplifier {  
    @Override  
    public void on() {  
        System.out.println("Amplifier is on");  
    }  
  
    @Override  
    public void off() {  
        System.out.println("Amplifier is off");  
    }  
  
    @Override  
    public void setStereoSound() {  
        System.out.println("Stereo mode is on");  
    }  
  
    @Override  
    public void setSurroundSound() {  
        System.out.println("Surround sound mode is on");  
    }  
  
    @Override  
    public void setVolume(int volume) {  
        System.out.println("Setting volume to " + volume);  
    }  
}  
  
// 家庭影院Facade类  
class HomeTheaterFacade {  
    private Projector projector;  
    private DVDPlayer dvdPlayer;  
    private Amplifier amplifier;  
  
    public HomeTheaterFacade(Projector projector, DVDPlayer dvdPlayer, Amplifier amplifier) {  
        this.projector = projector;  
        this.dvdPlayer = dvdPlayer;  
        this.amplifier = amplifier;  
    }  
  
    // 提供一个简单的方法来观看电影  
    public void watchMovie(String movie) {  
        System.out.println("Get ready to watch a movie...");  
  
        projector.on();  
        projector.wideScreenMode();  
  
        amplifier.on();  
        amplifier.setSurroundSound();  
        amplifier.setVolume(5);  
  
        dvdPlayer.on();  
        dvdPlayer.play(movie);  
  
        System.out.println("Enjoy the movie...");  
    }  
  
    // 提供一个简单的方法来结束观看  
    public void endMovie() {  
        System.out.println("Shutting movie theater down...");  
  
        projector.off();  
        amplifier.off();  
        dvdPlayer.stop();  
        dvdPlayer.eject();  
        dvdPlayer.off();
    }
}
        
class Client{
    public static void main(String[] args) { 
        Projector projector = new SimpleProjector();
        DVDPlayer dvdPlayer = new SimpleDVDPlayer();
        Amplifier amplifier = new StereoAmplifier();
        HomeTheaterFacade homeTheaterFacade = new HomeTheaterFacade(projector,dvdPlayer,amplifier);
        homeTheaterFacade.watchMovie("肖申克的救赎");
        homeTheaterFacade.endMovie();
    }
}

这个例子中可以看到facade模式，特别适用于使用多个组件，组装固定流程，降低客户端的调用复杂度。

七、总结

Facade设计模式是一种非常实用的设计模式，它通过为子系统提供一个统一的接口来降低系统的复杂性、提高系统的易用性和灵活性。然而，在使用该模式时也需要注意其可能带来的缺点和风险。

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