設計模式之外觀模式-facade

      外觀模式是一種使用頻率非常高的結構型設計模式，它通過引入一個外觀角色來簡化客戶端與子系統之間的交互，爲複雜的子系統調用提供一個統一的入口，降低子系統與客戶端的耦合度，且客戶端調用非常方便。

 

1. 外觀模式概述

      不知道大家有沒有比較過自己泡茶和去茶館喝茶的區別，如果是自己泡茶需要自行準備茶葉、茶具和開水，如圖1(A)所示，而去茶館喝茶，最簡單的方式就是跟茶館服務員說想要一杯什麼樣的茶，是鐵觀音、碧螺春還是西湖龍井？正因爲茶館有服務員，顧客無須直接和茶葉、茶具、開水等交互，整個泡茶過程由服務員來完成，顧客只需與服務員交互即可，整個過程非常簡單省事，如圖1(B)所示。

圖1 兩種喝茶方式示意圖

       在軟件開發中，有時候爲了完成一項較爲複雜的功能，一個客戶類需要和多個業務類交互，而這些需要交互的業務類經常會作爲一個整體出現，由於涉及到的類比較多，導致使用時代碼較爲複雜，此時，特別需要一個類似服務員一樣的角色，由它來負責和多個業務類進行交互，而客戶類只需與該類交互。外觀模式通過引入一個新的外觀類(Facade)來實現該功能，外觀類充當了軟件系統中的“服務員”，它爲多個業務類的調用提供了一個統一的入口，簡化了類與類之間的交互。在外觀模式中，那些需要交互的業務類被稱爲子系統(Subsystem)。如果沒有外觀類，那麼每個客戶類需要和多個子系統之間進行復雜的交互，系統的耦合度將很大，如圖2(A)所示；而引入外觀類之後，客戶類只需要直接與外觀類交互，客戶類與子系統之間原有的複雜引用關係由外觀類來實現，從而降低了系統的耦合度，如圖2(B)所示。

圖2 外觀模式示意圖

       外觀模式中，一個子系統的外部與其內部的通信通過一個統一的外觀類進行，外觀類將客戶類與子系統的內部複雜性分隔開，使得客戶類只需要與外觀角色打交道，而不需要與子系統內部的很多對象打交道。

      外觀模式定義如下：

外觀模式：爲子系統中的一組接口提供一個統一的入口。外觀模式定義了一個高層接口，這個接口使得這一子系統更加容易使用。

Facade Pattern: Provide a unified interface to a set of interfaces in a subsystem. Facade defines a higher-level interface that makes the subsystem easier to use.

      外觀模式又稱爲門面模式，它是一種對象結構型模式。外觀模式是迪米特法則的一種具體實現，通過引入一個新的外觀角色可以降低原有系統的複雜度，同時降低客戶類與子系統的耦合度。

 

2. 外觀模式結構與實現

2.1 模式結構

      外觀模式沒有一個一般化的類圖描述，通常使用如圖2(B)所示示意圖來表示外觀模式。圖3所示的類圖也可以作爲描述外觀模式的結構圖：

圖3 外觀模式結構圖

       由圖3可知，外觀模式包含如下兩個角色：

      (1) Facade（外觀角色）：在客戶端可以調用它的方法，在外觀角色中可以知道相關的（一個或者多個）子系統的功能和責任；在正常情況下，它將所有從客戶端發來的請求委派到相應的子系統去，傳遞給相應的子系統對象處理。

      (2) SubSystem（子系統角色）：在軟件系統中可以有一個或者多個子系統角色，每一個子系統可以不是一個單獨的類，而是一個類的集合，它實現子系統的功能；每一個子系統都可以被客戶端直接調用，或者被外觀角色調用，它處理由外觀類傳過來的請求；子系統並不知道外觀的存在，對於子系統而言，外觀角色僅僅是另外一個客戶端而已。

 

2.2 模式實現

      外觀模式的主要目的在於降低系統的複雜程度，在面向對象軟件系統中，類與類之間的關係越多，不能表示系統設計得越好，反而表示系統中類之間的耦合度太大，這樣的系統在維護和修改時都缺乏靈活性，因爲一個類的改動會導致多個類發生變化，而外觀模式的引入在很大程度上降低了類與類之間的耦合關係。引入外觀模式之後，增加新的子系統或者移除子系統都非常方便，客戶類無須進行修改（或者極少的修改），只需要在外觀類中增加或移除對子系統的引用即可。從這一點來說，外觀模式在一定程度上並不符合開閉原則，增加新的子系統需要對原有系統進行一定的修改，雖然這個修改工作量不大。

      外觀模式中所指的子系統是一個廣義的概念，它可以是一個類、一個功能模塊、系統的一個組成部分或者一個完整的系統。子系統類通常是一些業務類，實現了一些具體的、獨立的業務功能，其典型代碼如下：

class SubSystemA
{
    public void MethodA()
    {
        //業務實現代碼
    }
}

class SubSystemB
{
    public void MethodB()
    {
        //業務實現代碼
     }
}

class SubSystemC
{
    public void MethodC()
    {
        //業務實現代碼
    }
}

      在引入外觀類之後，與子系統業務類之間的交互統一由外觀類來完成，在外觀類中通常存在如下代碼：

class Facade
{
    private SubSystemA obj1 = new SubSystemA();
    private SubSystemB obj2 = new SubSystemB();
    private SubSystemC obj3 = new SubSystemC();

    public void Method()
    {
        obj1.MethodA();
        obj2.MethodB();
        obj3.MethodC();
    }
}

      由於在外觀類中維持了對子系統對象的引用，客戶端可以通過外觀類來間接調用子系統對象的業務方法，而無須與子系統對象直接交互。引入外觀類後，客戶端代碼變得非常簡單，典型代碼如下：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Facade facade = new Facade();
        facade.Method();
    }
}