结构型设计模式—外观模式

在软件开发的过程中，你是否遇到过这样的情况：你需要调用一个复杂系统中的多个模块，而每个模块都有自己的接口和使用方法，这让你不得不面对复杂的调用逻辑和大量的冗余代码？这时候，你可能会想，如果有一种方法能简化这些操作，把复杂的系统隐藏在一个简单的接口后面，该多好啊！

这正是**外观模式（Facade Pattern）**的用武之地。外观模式通过提供一个简化的接口，将一个复杂子系统的内部细节隐藏起来，从而让客户端可以更轻松地与系统交互。就像一个友好的“接待员”，它负责处理所有的复杂事务，让你只需要专注于你的目标。

外观模式是一种结构型设计模式，它的核心思想是为子系统中的一组接口提供一个统一的、高层的接口。这个接口被称为“外观”，它封装了子系统的复杂性，并向外界提供一个更简单、更易用的访问方式。

想象一下，你住进了一家豪华酒店，酒店内有健身房、餐厅、泳池等多种设施。如果你想使用这些设施，你不需要分别与每个设施的管理人员打交道，只需要联系前台，前台会帮你处理所有的安排。前台在这里就相当于外观模式中的“外观类”，它简化了你与酒店内部复杂系统的交互。

外观模式是一个非常有用的设计模式，特别适合用在复杂系统中，当你希望通过一个简化的接口来与系统交互时，它能够大大简化代码的复杂度，提高系统的可维护性和灵活性。

外观模式概述

根据单一职责原则，在软件中将一个系统划分为若干个子系统（subSystem）有利于降低整个系统的复杂性。一个常见的设计模式是使客户端与子系统之间的通信和相互依赖的关系达到最小，而达到该目前的途径之一就是引入一个外观（Facade）角色，它为子系统的访问提供了一个简单而单一的入口。

外观模式也是迪米特法则的体现，通过引入一个新的外观角色可以降低原有系统的复杂度，同时降低客户类与子系统类的耦合度。

如果没有外观角色，每个客户端可能需要和多个子系统之间进行复杂的交互，系统的耦合度将很大，如图所示。而增加一个外观角色之后，客户端只需要直接与外观角色交互，客户端与子系统之间原有的复杂关系由外观角色来实现，从而降低了系统的耦合度，如图所示。

需要注意的是在外观模式中所指的子系统是一个广义的概念，它可以是一个类、一个功能模块、系统的一个组成部分或着一个完整的系统。

外观模式要求一个子系统的外部与其内部的通信通过一个统一的外观角色进行。外观角色将客户端与子系统的内部复杂性分隔开，使得客户端只需要与外观角色打交道，而不需要与子系统内部的很多对象打交道。

外观模式定义如下：外观模式（Facade Pattern）：外部与一个子系统的通信通过一个统一的外观角色进行，为子系统中的一组接口提供一个一致的入口。外观模式定义了一个高层接口，这个接口使得子系统更加容易使用。外观模式又称为门面模式，它是一种对象结构型模式。

由图可以看出，在外观模式结构图中包含以下两个角色：

Facade（外观角色）：在客户端可以调用这个角色的方法，在外观角色中可以知道相关的（一个或者多个）子系统的功能和责任。在正常情况下，它将所有从客户端发来的请求委派到相应的子系统中去，传递给相应的子系统对象处理。
SubSystem（子系统角色）：在软件系统中可以有一个或者多个子系统角色。每个子系统可以不是一个单独的类，而是一个类的集合，它实现子系统的功能。每个子系统都可以被客户端直接调用，或者被外观角色调用，它处理由外观类传过来的请求。子系统并不知道外观的存在，对于子系统而言，外观角色仅仅是另外一个客户端而已。

外观模式的主要目的在于降低系统的复杂程度。在面向对象软件系统中，类与类之间的关系越多，并不能表示系统设计得越好，反而表示系统中类之间的耦合度太大，这样的系统在维护和修改时都缺乏灵活性，因为一个类的改动会导致多个类发生变化。而外观模式的引入很大程度上降低了类之间的通信和关系。引入外观模式之后，增加新的子系统或者移除子系统都非常方便，客户端类无须进行修改（或者极少的修改），只需要在外观类中增加或移除对子系统的引用即可。从这一点来说，外观模式在一定程度上并不符合开闭原则，增加新的子系统需要对原有系统进行一定的修改，虽然这个修改工作量不大。

外观模式示例

假设我们有一个复杂的家庭影院系统，它包括电视、音响、播放器等多个子系统类。每个子系统类都有自己的方法和属性。我们可以使用外观模式为家庭影院提供一个统一的接口：

在外观角色HomeTheaterFacade中维持了对子系统对象的引用，客户端可以通过外观角色来间接调用子系统对象的业务方法，而无须与子系统对象直接交互。

抽象外观类的引入

在标准的外观模式结构图中，如果需要增加、删除或更换与外观类交互的子系统类，必须修改外观类或客户端的源代码，这将违背开闭原则。因此，可以通过引入抽象外观类来对系统进行改进，在一定程度上解决该问题。在引入抽象外观类之后，客户端可以针对抽象外观类进行编程，对于新的业务需求，不需要修改原有外观类，而对应增加一个新的具体外观类。

如何在不修改客户端代码的前提下使用新的外观类呢？解决方法是：引入一个抽象外观类，客户端针对抽象外观类编程，而在运行时再确定具体外观类。

在外观模式的实现中，通常会直接使用一个具体的外观类来封装子系统的复杂性。然而，在更复杂的场景中，我们可能需要对多个外观类进行扩展，以适应不同的需求和变化。为此，可以引入一个抽象外观类（Abstract Facade Class）。

抽象外观类是一个高层的抽象，**它定义了客户端可以调用的统一接口，具体的外观类可以继承这个抽象类并实现其定义的方法。**这种设计不仅可以确保接口的一致性，还能够增强外观模式的灵活性和扩展性。

通过引入抽象外观类，可以很方便地添加新的具体外观类来适应不同的需求。实现接口统一：抽象外观类提供了一个统一的接口定义，使得不同的具体外观类具有一致的接口风格，方便客户端使用。支持多态性：客户端代码可以基于抽象外观类来编写，从而支持多态调用，不必关心具体的外观类实现。

我们还是使用上面的案例，假设我们有一个复杂的家庭影院系统，它包括电视、音响、播放器等多个子系统类。每个子系统类都有自己的方法和属性。

外观模式总结

外观模式是一种使用频率非常高的设计模式，它通过引入一个外观角色来简化客户端与子系统之间的交互，为复杂的子系统调用提供一个统一的入口，使子系统与客户端的耦合度降低，且客户端调用非常方便。外观模式并不给系统增加任何新功能，它仅仅是简化调用接口。

在几乎所有的软件中都能够找到外观模式的应用，例如，绝大多数B/S系统都有一个首页或者导航页面，大部分C/S系统都提供了菜单或者工具栏。在这里，首页和导航页面就是B/S系统的外观角色，而菜单和工具栏就是C/S系统的外观角色，通过它们，用户可以快速访问子系统，降低了系统的复杂程度。此外，所有涉及与多个业务对象交互的场景都可以考虑使用外观模式进行重构，例如Java EE中的Session外观模式。

在我们熟知的Spring中，也广泛应用了外观模式的理念，例如：

JdbcTemplate 和 RestTemplate

JdbcTemplate：简化了与JDBC API的交互。JDBC本身是一个较为复杂的API，使用它来执行SQL查询、处理结果集、管理连接等操作往往需要大量的样板代码。JdbcTemplate作为一个外观类，封装了JDBC的底层操作，使开发者可以使用简单的模板方法完成数据库操作，而无需关注底层的复杂性。
RestTemplate：封装了复杂的HTTP客户端操作，为开发者提供了一组简单的方法来执行RESTful请求。通过RestTemplate，开发者无需处理底层的HTTP连接、序列化、反序列化等复杂过程，简化了与远程服务的交互。

Spring MVC中的DispatcherServlet

在Spring MVC架构中，DispatcherServlet被称为“前端控制器”（Front Controller），它负责路由和请求调度。DispatcherServlet本身是一个外观类，它将来自客户端的请求分发给不同的控制器、视图解析器、异常处理器等组件。
通过DispatcherServlet，客户端无需直接与各个处理请求的组件交互，只需与它通信即可。这减少了系统的复杂性和耦合度。