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Java 中的 Facade 模式：简化复杂系统接口

结构型抽象API 设计代码简化解耦封装四人帮接口对象组合大约 4 分钟

Facade 设计模式的意图

Facade 设计模式为子系统中的一组接口提供了一个统一的接口。这种 Java 设计模式简化了复杂的系统交互。

Facade 模式的详细解释以及现实世界示例

现实世界示例

想象一个家用影院系统，它包含多个组件：DVD 播放器、投影仪、环绕声系统和灯光。每个组件都有一个复杂的接口，包含许多功能和设置。为了简化家用影院系统的使用，提供了一个遥控器（即 Facade）。遥控器提供了一个统一的界面，包含“播放电影”、“停止”、“暂停”和“音量增大/减小”等简单的按钮，这些按钮在内部与各个组件通信，管理它们的交互。这样可以使系统更易于使用，而无需了解每个组件的详细操作。

简单来说

Facade 模式为复杂子系统提供了一个简化的接口。

维基百科说

Facade 是一个对象，它为一个更大的代码体（例如类库）提供了一个简化的接口。

Java 中 Facade 模式的编程示例

以下是在金矿场景中使用 Facade 设计模式的示例，演示了 Java facade 如何简化复杂操作。

金矿是如何运作的？“嗯，矿工下去挖金子！”你说。你之所以这样认为是因为你使用了金矿在外部提供的简单接口，而内部要进行很多工作才能做到这一点。这个对复杂子系统的简单接口就是一个 facade。

这里我们有矮人矿工层次结构。首先，有一个基类 DwarvenMineWorker


@Slf4j
public abstract class DwarvenMineWorker {

    public void goToSleep() {
        LOGGER.info("{} goes to sleep.", name());
    }

    public void wakeUp() {
        LOGGER.info("{} wakes up.", name());
    }

    public void goHome() {
        LOGGER.info("{} goes home.", name());
    }

    public void goToMine() {
        LOGGER.info("{} goes to the mine.", name());
    }

    private void action(Action action) {
        switch (action) {
            case GO_TO_SLEEP -> goToSleep();
            case WAKE_UP -> wakeUp();
            case GO_HOME -> goHome();
            case GO_TO_MINE -> goToMine();
            case WORK -> work();
            default -> LOGGER.info("Undefined action");
        }
    }

    public void action(Action... actions) {
        Arrays.stream(actions).forEach(this::action);
    }

    public abstract void work();

    public abstract String name();

    enum Action {
        GO_TO_SLEEP, WAKE_UP, GO_HOME, GO_TO_MINE, WORK
    }
}

然后我们有具体的矮人类 DwarvenTunnelDigger、DwarvenGoldDigger 和 DwarvenCartOperator


@Slf4j
public class DwarvenTunnelDigger extends DwarvenMineWorker {

    @Override
    public void work() {
        LOGGER.info("{} creates another promising tunnel.", name());
    }

    @Override
    public String name() {
        return "Dwarven tunnel digger";
    }
}

@Slf4j
public class DwarvenGoldDigger extends DwarvenMineWorker {

    @Override
    public void work() {
        LOGGER.info("{} digs for gold.", name());
    }

    @Override
    public String name() {
        return "Dwarf gold digger";
    }
}

@Slf4j
public class DwarvenCartOperator extends DwarvenMineWorker {

    @Override
    public void work() {
        LOGGER.info("{} moves gold chunks out of the mine.", name());
    }

    @Override
    public String name() {
        return "Dwarf cart operator";
    }
}

为了操作所有这些金矿工人，我们有 DwarvenGoldmineFacade

public class DwarvenGoldmineFacade {

    private final List<DwarvenMineWorker> workers;

    public DwarvenGoldmineFacade() {
        workers = List.of(
                new DwarvenGoldDigger(),
                new DwarvenCartOperator(),
                new DwarvenTunnelDigger());
    }

    public void startNewDay() {
        makeActions(workers, DwarvenMineWorker.Action.WAKE_UP, DwarvenMineWorker.Action.GO_TO_MINE);
    }

    public void digOutGold() {
        makeActions(workers, DwarvenMineWorker.Action.WORK);
    }

    public void endDay() {
        makeActions(workers, DwarvenMineWorker.Action.GO_HOME, DwarvenMineWorker.Action.GO_TO_SLEEP);
    }

    private static void makeActions(Collection<DwarvenMineWorker> workers,
                                    DwarvenMineWorker.Action... actions) {
        workers.forEach(worker -> worker.action(actions));
    }
}

现在让我们使用 facade

public static void main(String[] args) {
    var facade = new DwarvenGoldmineFacade();
    facade.startNewDay();
    facade.digOutGold();
    facade.endDay();
}

程序输出

06:07:20.676 [main] INFO com.iluwatar.facade.DwarvenMineWorker -- Dwarf gold digger wakes up.
06:07:20.678 [main] INFO com.iluwatar.facade.DwarvenMineWorker -- Dwarf gold digger goes to the mine.
06:07:20.678 [main] INFO com.iluwatar.facade.DwarvenMineWorker -- Dwarf cart operator wakes up.
06:07:20.678 [main] INFO com.iluwatar.facade.DwarvenMineWorker -- Dwarf cart operator goes to the mine.
06:07:20.678 [main] INFO com.iluwatar.facade.DwarvenMineWorker -- Dwarven tunnel digger wakes up.
06:07:20.678 [main] INFO com.iluwatar.facade.DwarvenMineWorker -- Dwarven tunnel digger goes to the mine.
06:07:20.678 [main] INFO com.iluwatar.facade.DwarvenGoldDigger -- Dwarf gold digger digs for gold.
06:07:20.678 [main] INFO com.iluwatar.facade.DwarvenCartOperator -- Dwarf cart operator moves gold chunks out of the mine.
06:07:20.678 [main] INFO com.iluwatar.facade.DwarvenTunnelDigger -- Dwarven tunnel digger creates another promising tunnel.
06:07:20.678 [main] INFO com.iluwatar.facade.DwarvenMineWorker -- Dwarf gold digger goes home.
06:07:20.678 [main] INFO com.iluwatar.facade.DwarvenMineWorker -- Dwarf gold digger goes to sleep.
06:07:20.678 [main] INFO com.iluwatar.facade.DwarvenMineWorker -- Dwarf cart operator goes home.
06:07:20.678 [main] INFO com.iluwatar.facade.DwarvenMineWorker -- Dwarf cart operator goes to sleep.
06:07:20.678 [main] INFO com.iluwatar.facade.DwarvenMineWorker -- Dwarven tunnel digger goes home.
06:07:20.678 [main] INFO com.iluwatar.facade.DwarvenMineWorker -- Dwarven tunnel digger goes to sleep.

何时在 Java 中使用 Facade 模式

在以下情况下使用 Java 中的 Facade 模式

  • 你想为复杂子系统提供一个简单的接口。
  • 子系统变得越来越复杂，并且依赖于多个类，但大多数客户只需要一部分功能。
  • 需要对子系统进行分层。使用 facade 定义每个子系统级别的入口点。
  • 你想减少依赖并提高 Java 开发中的代码可读性。

Facade 模式 Java 教程

Java 中 Facade 模式的现实世界应用

  • Java 库（如 java.net.URL 和 javax.faces.context.FacesContext）使用 Facade 来简化复杂的底层类。
  • 在许多 Java 框架中，facade 用于通过为更复杂的底层代码结构提供更简单的接口来简化 API 的使用。

Facade 模式的优点和权衡

优点

在 Java 中实现 Facade 设计模式

  • 将客户与子系统组件隔离开来，使使用更方便，并减少依赖关系。
  • 促进子系统与其客户之间的松耦合。
  • 通常简化了复杂系统的 API。

权衡

  • 如果 Facade 的实现不正确，它可能会变成一个与应用程序中所有类耦合的“上帝对象”。
  • Adapter：Facade 提供了一个统一的接口，而 Adapter 使两个现有接口能够协同工作。
  • Mediator：Facade 定义了对子系统的更简单接口，而 Mediator 集中控制对象之间的复杂通信和控制。

参考资料和致谢

MIT 许可
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