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外观模式（Facade Pattern）：复杂系统的“统一入口”

article 2025/4/2 19:06:53

外观模式（Facade Pattern）：复杂系统的“统一入口”

意图

外观模式为复杂的子系统提供一个统一的简化接口，隐藏系统的内部复杂性，使得客户端只需与高层接口交互即可完成功能。其核心目标是降低系统使用难度和减少客户端与子系统的耦合。

GoF定义：提供一个统一的接口，用来访问子系统中的一群接口。外观定义了一个更高层次的接口，使得子系统更容易使用。

问题

假设你必须在代码中使用某个复杂的库或框架中的众多对象。正常情况下，你需要负责所有对象的初始化工作、管理其依赖关系并按正确的顺序执行方法等。

最终，程序中类的业务逻辑将与第三方类的实现细节紧密耦合，使得理解和维护代码的工作很难进行。

解决方案

外观模式通过以下方式解决问题：

封装复杂逻辑：外观类为包含许多活动部件的复杂子系统提供一个简单的接口。与直接调用子系统相比，外观提供的功能可能比较有限，但它却包含了客户端真正关心的功能。
统一入口：如果你的程序需要与包含几十种功能的复杂库整合，但只需使用其中非常少的功能，那么使用外观模式会非常方便。
举例：例如，上传猫咪搞笑短视频到社交媒体网站的应用可能会用到专业的视频转换库，但它只需使用一个包含 encode(filename, format)方法（以文件名与文件格式为参数进行编码的方法）的类即可。在创建这个类并将其连接到视频转换库后，你就拥有了自己的第一个外观。

现实场景类比

电话购物

当你通过电话给商店下达订单时，接线员就是该商店的所有服务和部门的外观。接线员为你提供了一个同购物系统、支付网关和各种送货服务进行互动的简单语音接口。

智能家具系统

子系统：灯光、空调、窗帘、音响等设备。
外观（Facade）：智能家居控制面板。
过程：用户点击“回家模式”按钮，面板自动依次执行开灯、调温、打开窗帘、播放音乐等操作，无需手动控制每个设备。

模式结构与 UML

角色说明：

Facade：对外提供统一接口，内部调用子系统功能。
SubsystemA/B/C：实现具体功能的模块，可独立运行。
Client：通过外观类调用功能，不直接接触子系统。

代码示例

场景：家庭影院系统（播放电影需依次打开投影仪、音响、灯光调节）。

// 子系统：投影仪
class Projector {
    public void on() { System.out.println("投影仪打开"); }
    public void setInput(String source) { System.out.println("输入源设置为：" + source); }
}

// 子系统：音响
class SoundSystem {
    public void on() { System.out.println("音响打开"); }
    public void setVolume(int level) { System.out.println("音量设置为：" + level); }
}

// 子系统：灯光
class Lights {
    public void dim(int level) { System.out.println("灯光调暗至" + level + "%"); }
}

// 外观类
class HomeTheaterFacade {
    private Projector projector;
    private SoundSystem sound;
    private Lights lights;

    public HomeTheaterFacade(Projector p, SoundSystem s, Lights l) {
        this.projector = p;
        this.sound = s;
        this.lights = l;
    }

    // 统一入口：一键播放电影
    public void watchMovie(String movie) {
        lights.dim(10);
        projector.on();
        projector.setInput(movie);
        sound.on();
        sound.setVolume(20);
        System.out.println("开始播放电影：" + movie);
    }
}

// 客户端调用
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        HomeTheaterFacade facade = new HomeTheaterFacade(
            new Projector(), new SoundSystem(), new Lights()
        );
        facade.watchMovie("星际穿越");
    }
}

// 输出：
// 灯光调暗至10%
// 投影仪打开
// 输入源设置为：星际穿越
// 音响打开
// 音量设置为：20
// 开始播放电影：星际穿越