设计模式之Facade设计模式

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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