logo头像

👨‍💻冷锋のIT小屋

Java设计模式(13)-外观模式

在现实生活中有很多这样的例子,比如,炒股,散户股民大多对股票金融知识缺乏,所以他们想要炒股赚钱往往看运气,但是散户想要保证低风险的投资和拿到稳定回报,怎么办呢?大多数人会选择购买基金,相对于股票,散户们不需要专业知识,只需要将自己交给基金会,由专业人士替他们购买股票,赚到钱后再按资金比例分给他们,这样就大大降低了投资风险。

facade stock
Figure 1. 股票与基金示意图

基金作为一个中间对象,它解决了股民专业知识匮乏却也能投资股票赚钱的需求。其实,这就是外观模式。

1. 外观模式简介

外观模式(Facade Pattern),也叫门面模式,是一种经常被使用的结构性设计模式。DP对其定义如下:通过为多个复杂的子系统提供一个一致的接口,而使这些子系统更加容易被访问。

还记得 迪米特法则吗?

迪米特法则(Law of Demeter,LoD),又叫作最少知识原则(Least Knowledge Principle,LKP),描述了如何设计对象之间的依赖关系,它的定义如下:一个对象对自己所依赖的对象知道的越少越好。更进一步的意思,即:只与你的直接朋友交谈,不跟“陌生人”说话(Talk only to your immediate friends and not to strangers)。

外观模式严格体现了迪米特法则,它降低了系统之间的耦合性和复杂度,提高了系统的可维护性。

外观模式有三种角色:
  1. 外观(Facade)角色:整合多个子系统,为其提供统一的接口实以现业务需求;

  2. 子系统(SubSystem)角色: 实现某方面的业务功能,供外观角色调用,但是并不知道外观角色的存在;

  3. 客户端(Client)角色:调用外观角色访问各个子系统实现不同的业务功能。

其类结构如下图所示:

facade class
Figure 2. 外观模式类图

我们在软件开发中,经常会有意无意的使用外观模式。比如,MVC模式业务开发中,Service层会屏蔽Dao层的实现细节,对外只暴露一个方法,该方法内部可能会需要使用多个Dao来完成数据库操作。又比如现在流行的微服务架构,API网关就承担着外观角色,客户端直接访问网关,而不会直接去请求各个具体的服务。

facade gateway
Figure 3. API网关示意图

再举一个现在比较专注的例子:智能家居。当你装上了智能家居系统,那么你就可以一键控制家用电器的开关,是不是很舒服?比如,你早上起床,控制器会一键为你打开电动窗帘、播放闹钟、关闭空调等等,再也不用一个一个去操控了。我们看看怎么使用外观模式解决这个问题。

2. 应用案例:智能家居

假设我家安装了一些智能设备:智能空调、智能音响、自动窗帘、智能电灯等,现在我可不想一个个去控制它们。是时候请出超级管家了,它来负责一键操作这些设备。设计类图如下:

facade demo
Figure 4. 智能家居简易设计类图

智能管家作为指挥中心,它具有问好、叫醒起床、上班前告别、下班回家欢迎等功能,当然,假设我们可以通过语音和App操控它。这些功能,智能管家自己不会实现,而是通过调用下边的各个智能设备共同完成。我们看看代码如何实现。

1、智能设备,多个子系统,提供了自身的功能方法。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
// 窗帘
class SmartCurtain {
public void open() {
System.out.println("打开窗帘");
}

public void close() {
System.out.println("关闭窗帘");
}
}

// 灯光
class SmartLight {
public void open() {
System.out.println("打开灯光");
}

public void close() {
System.out.println("关闭灯光");
}
}

// 空调
class AirConditioner {
public void open() {
System.out.println("打开空调");
}

public void close() {
System.out.println("关闭空调");
}
}

// 智能音响
class SmartSoundBox {
public void play() {
System.out.println("播放音乐");
}

public void stop() {
System.out.println("停止播放音乐");
}
}

2、外观类:智能管家,它需要去调用各个设备提供的方法,来完成自己的功能

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
// Facade类,管家
class SmartHouseKeeper {
private final String name;
private final SmartCurtain smartCurtain = new SmartCurtain();
private final SmartLight smartLight = new SmartLight();
private final AirConditioner airConditioner = new AirConditioner();
private final SmartSoundBox smartSoundBox = new SmartSoundBox();

public SmartHouseKeeper(String name) {
this.name = name;
this.sayHello();
}

public void sayHello() {
System.out.println("你好,小主,我是你的智能语音机器人管家" + this.name + ", 你可以直接跟我语音交流哦!");
}

// 叫醒起床
public void wakingUp() {
System.out.println("小主,起床时间到了,一天之计在于晨,不要贪睡哦...");
smartSoundBox.play();
smartLight.open();
smartCurtain.open();
}

// 出去工作
public void goodbyeForGoingToWork() {
System.out.println("小主,距离梦想又近了一步,加油...");
smartSoundBox.stop();
airConditioner.close();
smartLight.close();
}

// 回家
public void welcomeBackHome() {
System.out.println("小主,工作一天辛苦了,欢迎回家...");
smartLight.open();
airConditioner.open();
smartSoundBox.play();
}

// 睡觉
public void goodNightToSleep() {
System.out.println("小主,夜深了,早点休息哦...");
smartCurtain.close();
smartSoundBox.stop();
smartLight.close();
}
}

智能管家聚合了各个智能设备,以便调用其方法。

3、客户端:使用智能管家的类,直接调用其方法完成功能

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
public class FacadePatternDemo {
public static void main(String[] args) {
// 案例:智能家居
SmartHouseKeeper smartHouseKeeper = new SmartHouseKeeper("samy");
smartHouseKeeper.wakingUp();
smartHouseKeeper.goodbyeForGoingToWork();
smartHouseKeeper.welcomeBackHome();
smartHouseKeeper.goodNightToSleep();
}
}

运行客户端代码,输出:

你好,小主,我是你的智能语音机器人管家samy, 你可以直接跟我语音交流哦!
小主,起床时间到了,一天之计在于晨,不要贪睡哦...
播放音乐
打开灯光
打开窗帘
小主,距离梦想又近了一步,加油...
停止播放音乐
关闭空调
关闭灯光
小主,工作一天辛苦了,欢迎回家...
打开灯光
打开空调
播放音乐
小主,夜深了,早点休息哦...
关闭窗帘
停止播放音乐
关闭灯光

3. 总结

外观模式相对而言比较简单,它体现了设计模式的迪米特法则,减少了系统的耦合性,降低复杂性的同事提升了系统的可维护性。但是,也有一些缺点,比如增加子系统时,外观角色需要改变,客户端代码也可能修改,违背了开闭原则。但是,其优点远高于其缺点,外观模式使用很普遍,在开发工程中都会有意无意的使用到它。

支付宝打赏 微信打赏

赞赏是不耍流氓的鼓励