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13 设计模式之外观模式（家庭影院案例）

article 2024/12/3 2:35:02

一、什么是外观模式？

1.定义

在日常生活中，许多人喜欢通过遥控器来控制家中的电视、音响、DVD 播放器等设备。虽然这些设备各自独立工作，但遥控器提供了一个简洁的界面，让用户可以轻松地操作多个设备。而这一设计理念正是 外观模式（Facade Pattern） 的核心思想——通过为复杂的子系统提供一个统一的接口，简化客户端与这些子系统的交互。

外观模式是一种结构型设计模式，旨在为复杂系统中的多个子系统提供一个统一的高层接口，使得客户端可以通过这个接口轻松与各个子系统进行交互，而无需直接处理复杂的实现细节。换句话说，外观模式隐藏了子系统的复杂性，为客户端提供了一个简单的接口。

2.外观模式的关键点：

提供一个高层接口，让客户端通过它与多个子系统交互。
隐藏系统内部的复杂性，简化外部调用。
使得子系统的客户端与子系统之间解耦，降低了系统之间的依赖性。

二、外观模式的应用场景

复杂系统的简化接口：当一个系统包含多个复杂的子系统时，使用外观模式可以将这些复杂的操作封装成一个统一的接口，简化客户端的使用。
系统解耦：如果你不希望系统的客户端直接与各个子系统进行耦合，外观模式提供了一个解耦的方案。通过外观类，客户端不需要了解子系统的内部实现，减少了对系统内部的了解和依赖。

三、外观模式的示例

接下来，我们通过一个家庭影院系统的例子，来演示外观模式的应用。我们设想有一个家庭影院系统，包含多个设备：电视、音响和 DVD 播放器。每个设备有不同的控制方法，用户需要通过多个操作来启动或关闭它们。为了简化操作，我们可以通过外观模式将这些操作封装成一个统一的接口。

1.设备类

// 电视类
public class TV {
    public void on() {
        System.out.println("电视打开了");
    }
    public void off() {
        System.out.println("电视关上了");
    }
}

// 音响类
public class SoundSystem {
    public void on() {
        System.out.println("音响开了");
    }
    public void off() {
        System.out.println("音响关了");
    }
}

// DVD 播放器类
public class DVDPlayer {
    public void on() {
        System.out.println("DVD 播放器开了");
    }
    public void off() {
        System.out.println("DVD 播放器关了");
    }
    public void play() {
        System.out.println("播放电影...");
    }
    public void stop() {
        System.out.println("停止播放...");
    }
}

2.外观类：

// 家庭影院外观类
public class HomeTheaterFacade {
    private TV tv;
    private SoundSystem soundSystem;
    private DVDPlayer dvdPlayer;

    public HomeTheaterFacade(TV tv, SoundSystem soundSystem, DVDPlayer dvdPlayer) {
        this.tv = tv;
        this.soundSystem = soundSystem;
        this.dvdPlayer = dvdPlayer;
    }

    // 观看电影
    public void watchMovie() {
        tv.on();
        soundSystem.on();
        dvdPlayer.on();
        dvdPlayer.play();
        System.out.println("电影已经播放");
    }

    // 停止电影
    public void stopMovie() {
        tv.off();
        soundSystem.off();
        dvdPlayer.off();
        dvdPlayer.stop();
        System.out.println("电影已经关闭");
    }
}

3.客户端代码：

// 测试外观模式
public class TestFacade {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建设备实例
        TV tv = new TV();
        SoundSystem soundSystem = new SoundSystem();
        DVDPlayer dvdPlayer = new DVDPlayer();

        // 创建家庭影院外观实例
        HomeTheaterFacade facade = new HomeTheaterFacade(tv, soundSystem, dvdPlayer);

        // 使用外观类操作设备
        facade.watchMovie();
        facade.stopMovie();
    }
}

4.输出结果

电视打开了
音响开了
DVD 播放器开了
播放电影...
电影已经播放
电视关上了
音响关了
DVD 播放器关了
停止播放...
电影已经关闭

四、外观模式的组成

1.组成部分：

外观类（Facade Class）

外观类是外观模式的核心，负责定义一个统一的高层接口，提供给客户端调用。它封装了子系统的复杂操作，使得客户端能够通过这个接口与多个子系统进行交互。外观类通常通过组合和调用子系统类来实现对外的简化接口。
子系统类（Subsystem Classes）

子系统类是一些具体的类，它们实现了系统的业务逻辑。子系统类的职责比较具体，负责实际的功能实现。外观类通过委托的方式，向这些子系统发出请求。子系统类之间通常是彼此独立的，外观类负责协调它们的调用。
客户端（Client）

客户端通过外观类提供的接口来访问系统。客户端不需要了解子系统类的复杂性，只需要通过外观类进行操作，从而实现对整个系统的控制。

2.组成关系：

外观类：提供一个简单的接口，简化客户端与子系统的交互。
子系统类：实现具体的业务逻辑，但它们不暴露给客户端，客户端通过外观类与它们交互。
客户端：只与外观类交互，通过外观类简化对系统的操作。

3.外观模式的工作流程：

客户端通过外观类提供的简化接口发出请求。
外观类负责协调并调用一个或多个子系统类来完成请求。
子系统类执行具体的操作，并将结果返回给外观类。
外观类将子系统操作的结果返回给客户端。

五、外观模式的优缺点：

1.优点：

简化客户端代码：客户端只需要通过外观类提供的简单接口来控制复杂的子系统，而不需要直接操作各个子系统，极大简化了客户端的调用。
解耦：外观模式通过提供一个统一的接口，减少了客户端与子系统之间的依赖，使得客户端与子系统的耦合度降低。
易于扩展：如果将来要添加新的设备（如投影仪、蓝光播放器等），只需要对外观类进行扩展，而不需要修改客户端的代码，符合开放封闭原则。

2.缺点：

外观类可能变得臃肿：如果有大量的子系统，外观类可能会变得非常庞大，承担过多的职责，变成“胖外观类”，这时可以考虑使用多个外观类来分担责任。
隐藏了子系统功能：外观模式的简化接口虽然易于使用，但也隐藏了子系统的一些功能。如果客户端需要更多的控制或者定制化操作，可能就无法通过外观类来实现，必须直接与子系统交互。