一文搞懂设计模式—门面模式
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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。
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。
门面模式中包含以下角色：
- 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。
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，不仅违反了单一职责原则，同时也破坏了系统的封装性。
使用场景
门面模式适用于以下情况：
- 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解耦，降低系统之间的依赖时，可以使用门面模式。
以下是一个简单的示例，展示了门面模式在电子商务系统中的应用。
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。
// 订单管理子系统
class OrderService {
public void createOrder() {
// 创建订单的具体实现
}
}
// 库存管理子系统
class InventoryService {
public void checkStock() {
// 检查库存的具体实现
}
}
// 支付管理子系统
class PaymentService {
public void makePayment() {
// 支付的具体实现
}
}
// 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();
}
}
在上述示例中，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。
门面模式实现
下面是门面模式的基本结构：
// 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");
}
}
// 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();
}
}
在上述代码中，我们有三个子系统（SubSystemA、SubSystemB、SubSystemC），它们分别实现了具体的功能。然后，我们创建了一个门面类（Facade）来封装这些子系统，并提供了一个简单的接口供客户端调用。
优缺点
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，其中包括三个子系统：文件读取(FileReader)、文件写入(FileWriter)和文件压缩(FileCompressor)。
现在有两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，我们使用了两个不同的门面：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。
总结
通过使用门面模式，我们可以简化复杂系统的调用过程，提高代码的可维护性和可读性。门面模式将子系统进行封装，并提供一个简单的接口给客户端，隐藏了子系统的复杂性，同时解耦了客户端与子系统之间的依赖关系。
希望这篇文章能给你带来收获和思考，如果你也有可借鉴的经验和深入的思考，欢迎评论区留言讨论。