设计模式之外观模式
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，一个常见的设计目标是使客户类与子系统之间的通信和相互依赖关系达到最小，而达到该目标的途径之一就是引人一个外观(Facade)角色，它为子系统的访问提供了一个简单而单一的人口。外观模式也是迪米特法则的体现，通过引人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；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。
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，这个接口使得这一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。外观模式没有一个一般化的类图描述，通常使用示意图来表示外观模式，如图所示：
其中的类图也可以作为外观模式的结构描述形式之一。
从图中可以看出，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，每一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；每一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。
此外，外观模式从很大程度上提高了客户端使用的便捷性，使得客户端无须关心子系统的工作细节，通过外观角色即可调用相关功能。
在外观角色中可能存在如下典型代码：
class Facade {
public:
void method() {
obj1.method();
obj2.method();
obj3.method();
}
private:
SubSystemA obj1;
SubSystemB obj2;
SubSystemC obj3;
};
在外观角色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。
设计说明
在实际应用中具体使用外观模式时，可以参考以下 3 条关于外观角色设计的补充说明：
- 在很多情况下为了节约系统资源，系统中只需要一个外观类的实例，换言之，外观类可以是一个单例类。因此可以通过单例模式来设计外观类，从而确保系统中只有唯一一个访问子系统的人口，并降低对系统资源的消耗。引入单例模式的外观模式结构如图所示:
在图中，Facade 类被设计为单例类，在其中定义了一个静态的 Facade 类型的成员变量 instance，其构造函数为私有(private)，且通过一个静态的公有工厂方法 getInstance() 返回自己的唯一实例。当然，能够设计为单例类的外观类一定是具体外观类，而不是抽象外观类。
- 在一个系统中可以设计多个外观类，每个外观类都负责和一些特定的子系统交互，向客户端提供相应的业务功能。
- 试图通过外观类为子系统增加新行为的做法是错误的。外观模式的用意是为子系统提供一个集中化和简化的沟通渠道，而不是向子系统加入新行为。新行为的增加应该通过修改原有子系统类或增加新的子系统类来实现，不能通过外观类来实现。
总结
优点
- 对客户端屏蔽了子系统组件，减少了客户端所需处理的对象数目并使得子系统使用起来更加容易。通过引入外观模式，客户端代码将变得很简单，与之关联的对象也很少。
- 实现了子系统与客户端之间的松耦合关系，这使得子系统的变化不会影响到调用它的客户端，只需要调整外观类即可。
- 一个子系统的修改对其他子系统没有任何影响，而且子系统内部变化也不会影响到外观对象。
- 只是提供了一个访问子系统的统一入口，并不影响客户端直接使用子系统类。
缺点
- 不能很好地限制客户端直接使用子系统类，如果对客户端访问子系统类做太多的限制则减少了可变性和灵活性。
- 如果设计不当，增加新的子系统可能需要修改外观类的源代码，这违背了开闭原则。
适用场景
- 当要为访问一系列复杂的子系统提供一个简单人口时可以使用外观模式。
- 客户端程序与多个子系统之间存在很大的依赖性。引入外观类可以将子系统与客户端解耦，从而提高子系统的独立性和可移植性。
- 在层次化结构中，可以使用外观模式定义系统中每一层的入口，层与层之间不直接产生联系，而通过外观类建立联系，降低层之间的耦合度。
所有代码见 Kohirus-Github
