设计模式使用场景实现示例及优缺点（结构型模式——外观模式）

在一个繁忙而复杂的城市中，有一座名为“技术森林”的巨大图书馆。这座图书馆里藏着各种各样的知识宝典，从古老的卷轴到现的电子书籍，无所不包。但是，图书馆之所以得名“技术森林”，是因为它的结构异常复杂，有如一片迷宫般的森林，让人一不小心就会迷失方向在这座城市里，有一个年轻的程序员小李，他对软件设计充满了热情。一天，他接到了一个艰巨的任务，需要从“技术森林”中找到关于“外观模式”（Facade
Pattern）的资料，以帮助他简化即将开发的复杂系统的接口。

小李进入图书馆，立刻被无数的书架、抽屉和电子屏幕所困扰。他尝试了多种搜索方法，但每次都因为系统过于复杂而放弃。正当他感到绝望时，他遇到了一位智慧的老图书管理员，名叫赵先生。

赵先生了解到小李的困境后，微笑着从他的桌子下拿出了一本古老的书籍，书名为《设计模式之美》。赵先生解释说：“这本书就像是我们图书馆的‘外观’，它提供了一个简单的接口，将复杂的知识系统背后的信息以最简洁的方式展现给寻求知识的人。”

小李翻开书籍，只见其中有一章节详细介绍了外观模式。外观模式通过创建一个统一的高层接口，使得子系统更加易于使用和维护。这正是小李需要的解决方案，他可以通过这种模式来简化自己的软件项目，使得复杂的底层操作对最终用户保持透明和简单。

外观模式（Facade Pattern）

外观模式（Facade Pattern）是一种结构型设计模式，它通过提供一个统一的接口，用来访问子系统中的一群接口，从而让复杂子系统更容易使用。外观模式定义了一个高层接口，使得这一子系统更加容易使用。

适用场景

1. 简化复杂系统的接口：

   • 为复杂的子系统提供一个简单的接口，减少外部与子系统的交互复杂度。

2. 层次结构：

   • 在多层系统结构中，可以使用外观模式定义每层的入口，简化层之间的依赖关系。

3. 解耦系统：

   • 通过引入外观模式，使得子系统与客户端之间的耦合度降低。

实现示例（Java）

以下是一个简单的外观模式的实现示例，展示如何通过外观类简化对子系统的使用。

1. 定义子系统类

public class SubsystemA {public void operationA() {System.out.println("SubsystemA: operationA");}
}public class SubsystemB {public void operationB() {System.out.println("SubsystemB: operationB");}
}public class SubsystemC {public void operationC() {System.out.println("SubsystemC: operationC");}
}

2. 定义外观类

public class Facade {private SubsystemA subsystemA;private SubsystemB subsystemB;private SubsystemC subsystemC;public Facade() {this.subsystemA = new SubsystemA();this.subsystemB = new SubsystemB();this.subsystemC = new SubsystemC();}public void operation1() {System.out.println("Facade: operation1");subsystemA.operationA();subsystemB.operationB();}public void operation2() {System.out.println("Facade: operation2");subsystemB.operationB();subsystemC.operationC();}
}

3. 客户端代码

public class Client {public static void main(String[] args) {Facade facade = new Facade();facade.operation1();facade.operation2();}
}

注释说明

1. 子系统类：

   • SubsystemA, SubsystemB, 和 SubsystemC 是子系统的具体实现类，每个类都有自己独特的操作方法。

2. 外观类：

   • Facade 类持有子系统的对象，并提供简化的接口 operation1 和 operation2 来调用子系统的功能。

3. 客户端代码：

   • Client 类通过 Facade 类来调用 operation1 和 operation2，从而简化了对复杂子系统的使用。

优点

1. 简化接口：

   • 外观模式为子系统提供了一个简单的接口，减少了与子系统交互的复杂度。

2. 松散耦合：

   • 外观模式使得子系统与客户端之间的耦合度降低，有助于提高系统的可维护性和扩展性。

3. 更好的分层：

   • 外观模式有助于建立一个清晰的分层结构，定义每层的入口。

缺点

1. 不符合开闭原则：

   • 增加新的子系统功能时，可能需要修改外观类，违背了开闭原则（对扩展开放，对修改关闭）。

2. 可能造成性能问题：

   • 在某些情况下，使用外观模式可能会导致系统性能下降，因为所有请求都需要经过外观类。

类图

Client|v
Facade ----> SubsystemA----> SubsystemB----> SubsystemC

总结

外观模式通过提供一个简化的接口，使得复杂子系统的使用变得更加容易。它适用于需要简化子系统接口、减少客户端与子系统直接交互、解耦系统层次结构的场景。尽管它有可能违反开闭原则，但在大多数情况下，它的优点远远超过其缺点，使得系统设计更加清晰和易于维护。