设计模式学习(12) 23-10 外观模式

文章目录

• 0.个人感悟
• 1. 概念
• 2. 适配场景
• • 2.1 适合的场景
  • 2.2 常见场景举例
• 3. 实现方法
• • 3.1 实现思路
  • 3.2 UML类图
  • 3.3 代码示例
• 4. 优缺点
• • 4.1 优点
  • 4.2 缺点
• 5. 源码分析（MyBatis Configuration为例）

0.个人感悟

• 外观模式旨在承上启下，对客户端提供一个统一接口，只定义需要关注的操作，对下统筹各个子系统的操作
• 外观模式很能体现出解耦的一个手段:分层
• 外观模式有利于理解迪米特法则(最小知道原则)
• 外观(门面)可以类比web编程中controller，都是对外提供统一的接口，对内整合自己的业务

1. 概念

英文定义(《设计模式：可复用面向对象软件的基础》)

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.

中文翻译

为子系统中的一组接口提供一个统一的接口。外观模式定义了一个高层接口，使得子系统更容易使用。

理解

• 外观模式是一种结构型设计模式，它为复杂的子系统提供一个简单易用的接口
• 通过引入一个外观类（Facade），将客户端与子系统的复杂交互封装起来
• 外观模式不改变子系统功能，只是提供了一个更易于访问的入口点
• 实现了客户端与子系统之间的解耦，使子系统更容易维护和扩展
• 外观模式符合迪米特法则（最少知识原则），客户端只需要与外观类交互

2. 适配场景

2.1 适合的场景

1. 需要简化复杂子系统接口时，为子系统提供一个统一的入口
2. 客户端与多个子系统之间存在大量依赖关系，希望降低耦合度
3. 需要将子系统分层，为每一层提供统一的接口
4. 系统需要逐步重构，可以先引入外观模式，然后逐步迁移到新系统

2.2 常见场景举例

• 电脑启动过程：用户只需按下电源键，无需了解BIOS、CPU、内存等组件的复杂交互
• 数据库连接：JDBC驱动管理器封装了不同数据库的连接细节
• Web服务接口：REST API网关整合多个微服务的调用
• 日志框架：SLF4J作为Logback、Log4j等日志实现的外观
• 支付系统：支付网关整合支付宝、微信支付、银联等不同支付渠道

3. 实现方法

3.1 实现思路

1. 识别复杂子系统：分析系统中的各个组件和它们之间的依赖关系
2. 定义外观接口：确定需要为客户端提供的简化操作
3. 实现外观类：创建外观类，封装子系统的复杂调用逻辑
4. 客户端通过外观类访问：客户端只与外观类交互，不直接调用子系统
5. 可选：抽象外观：如果需要支持多个子系统变体，可以引入抽象外观类

3.2 UML类图

角色说明：

• Facade（外观）：为子系统提供一个统一的接口，知道哪些子系统负责处理请求
• Subsystem Classes（子系统类）：实现子系统的功能，处理外观对象指派的任务
• Client（客户端）：通过外观接口与子系统交互，不需要了解子系统的内部细节

3.3 代码示例

背景:电脑的启动重启过程，涉及到很多子系统的操作，但是机箱其实只提供了开机关机重启按钮，这就是很典型的外观模式。简化掉bios等流程，代码如下:
各个子系统，简化为CPU 内存 硬盘:

// CPU子系统publicclassCPU{/** * @description 冻结 * @author bigHao * @date 2026/1/12 **/publicvoidfreeze(){System.out.println("CPU冻结当前任务");}/** * @param position 位置 * @description 跳转 * @author bigHao * @date 2026/1/12 **/publicvoidjump(longposition){System.out.println("CPU跳转到内存位置: "+position);}/** * @description 执行 * @author bigHao * @date 2026/1/12 **/publicvoidexecute(){System.out.println("CPU开始执行指令");}}// 内存子系统publicclassMemory{/** * @param position 位置 * @param data 字节数据 * @description // TODO * @author bigHao * @date 2026/1/12 **/publicvoidload(longposition,byte[]data){System.out.println("内存加载数据到位置: "+position);}/** * @description 释放 * @author bigHao * @date 2026/1/12 **/publicvoidshutdown(){System.out.println("内存释放");}}// 硬盘子系统publicclassHardDrive{/** * @param lba 扇区 * @param size 大小 * @return byte[] * @description 读取数据 * @author bigHao * @date 2026/1/12 **/publicbyte[]read(longlba,intsize){System.out.println("硬盘读取扇区 "+lba+"，大小: "+size+" bytes");returnnewbyte[size];}/** * @description 释放 * @author bigHao * @date 2026/1/12 **/publicvoidshutdown(){System.out.println("硬盘读释放");}}

外观类，类似于机箱，这里也可以先定义接口，再提供实现

publicclassComputerFacade{// 启动内存地址常量privatestaticfinallongBOOT_ADDRESS=0x7C00;privatestaticfinallongBOOT_SECTOR=0;privatestaticfinalintSECTOR_SIZE=512;privateCPUcpu;privateMemorymemory;privateHardDrivehardDrive;publicComputerFacade(){cpu=newCPU();memory=newMemory();hardDrive=newHardDrive();}/** * @description 启动 * @author bigHao * @date 2026/1/12 **/publicvoidstart(){System.out.println("=== 开始启动计算机 ===\n");// 硬盘加载数据byte[]bootSector=hardDrive.read(BOOT_SECTOR,SECTOR_SIZE);// 加载到内存memory.load(BOOT_ADDRESS,bootSector);// cpu运行cpu.freeze();cpu.jump(BOOT_ADDRESS);cpu.execute();}/** * @description 关机 * @author bigHao * @date 2026/1/12 **/publicvoidshutdown(){System.out.println("=== 开始关闭计算机 ===\n");// cpu停止cpu.freeze();// 内存停止memory.shutdown();// 硬盘停止hardDrive.shutdown();}/** * @description 重启 * @author bigHao * @date 2026/1/12 **/publicvoidrestart(){System.out.println("=== 开始重启计算机 ===\n");start();shutdown();}}

测试:

publicclassClient{staticvoidmain(){// 只用与门面交互ComputerFacadefacade=newComputerFacade();facade.start();facade.shutdown();facade.restart();}}

输出

=== 开始启动计算机 === 硬盘读取扇区 0，大小: 512 bytes 内存加载数据到位置: 31744 CPU冻结当前任务 CPU跳转到内存位置: 31744 CPU开始执行指令 === 开始关闭计算机 === CPU冻结当前任务 内存释放 硬盘读释放 === 开始重启计算机 === === 开始启动计算机 === 硬盘读取扇区 0，大小: 512 bytes 内存加载数据到位置: 31744 CPU冻结当前任务 CPU跳转到内存位置: 31744 CPU开始执行指令 === 开始关闭计算机 === CPU冻结当前任务 内存释放 硬盘读释放

4. 优缺点

4.1 优点

符合高内聚低耦合原则：

• 降低耦合度：将客户端与复杂的子系统解耦，客户端只依赖外观类
• 提高内聚性：外观类将相关的子系统操作封装在一起
  提高复用性：
• 外观类可以被多个客户端复用，避免重复编写复杂的子系统调用代码
  增强可维护性：
• 子系统内部变化不会影响客户端，只需要修改外观类
• 便于分层和模块化管理
  提高可读性：
• 简化了客户端代码，使其更加清晰易懂
• 提供了清晰的系统边界和接口
  符合开闭原则：
• 可以扩展外观类来添加新功能，而不需要修改现有代码

4.2 缺点

可能违反单一职责原则：

• 如果外观类过于庞大，可能承担了太多职责
  性能开销：
• 额外的调用层可能带来轻微的性能损失
  灵活性受限：
• 对于需要访问子系统特定功能的客户端，可能需要绕过外观类

5. 源码分析（MyBatis Configuration为例）

MyBatis中的Configuration类是外观模式的典型应用，它封装了MyBatis框架的复杂配置和初始化过程。
MyBatis Configuration类结构

// Configuration类充当了MyBatis的外观类publicclassConfiguration{// 存储各种配置信息protectedEnvironmentenvironment;protectedTypeAliasRegistrytypeAliasRegistry;protectedTypeHandlerRegistrytypeHandlerRegistry;protectedMapperRegistrymapperRegistry;protectedMap<String,MappedStatement>mappedStatements;protectedMap<String,Cache>caches;// 各种配置方法 - 对外提供简单接口publicvoidaddMappers(StringpackageName){mapperRegistry.addMappers(packageName);}public<T>voidaddMapper(Class<T>type){mapperRegistry.addMapper(type);}publicvoidaddMappedStatement(MappedStatementms){mappedStatements.put(ms.getId(),ms);}publicMappedStatementgetMappedStatement(Stringid){returnmappedStatements.get(id);}// 类型处理器相关方法publicvoidregisterTypeHandler(TypeHandler<?>typeHandler){typeHandlerRegistry.register(typeHandler);}publicTypeHandler<?>getTypeHandler(Class<?>javaType){returntypeHandlerRegistry.getTypeHandler(javaType);}}

外观模式分析:
外观角色：Configuration类

• 封装了MyBatis的所有配置信息
• 提供了统一的方法来访问各个组件
  子系统角色：
• XMLConfigBuilder：解析XML配置文件
• MapperRegistry：管理Mapper接口
• TypeHandlerRegistry：管理类型处理器
• MappedStatement：管理SQL映射语句
  客户端：SqlSessionFactoryBuilder、DefaultSqlSessionFactory等

设计优势：

1. 简化使用：用户只需要配置Configuration，不需要了解内部复杂的解析和初始化过程
2. 解耦：SqlSessionFactory只依赖Configuration外观类，不直接依赖各个子系统
3. 可维护性：配置逻辑的变化被封装在Configuration和相关子系统中
4. 灵活性：可以通过扩展Configuration来支持不同的配置方式
   这种多层外观设计使得MyBatis具有很好的层次结构和模块化，每个层次都封装了特定的复杂性，为上层提供简单的接口。

---

参考：

• 韩顺平 Java设计模式
• 张维鹏 Java设计模式之结构型：外观模式
• kosamino 设计模式之外观模式（Facade）详解及代码示例