10.外观模式（Facade Pattern）

Posted 2020-06-09

动机(Motivate):
    在软件开发系统中，客户程序经常会与复杂系统的内部子系统之间产生耦合，而导致客户程序随着子系统的变化而变化。那么如何简化客户程序与子系统之间的交互接口？如何将复杂系统的内部子系统与客户程序之间的依赖解耦？
意图(Intent):
    为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，Facade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。
                                                                         --------《设计模式》GOF
结构图(Struct):

 

 

适用性：

    1．为一个复杂子系统提供一个简单接口。

    2．提高子系统的独立性。

    3．在层次化结构中，可以使用Facade模式定义系统中每一层的入口。
生活中的例子：

代码实现：
    我们平时的开发中其实已经不知不觉的在用Façade模式，现在来考虑这样一个抵押系统，当有一个客户来时，有如下几件事情需要确认：到银行子系统查询他是否有足够多的存款，到信用子系统查询他是否有良好的信用，到贷款子系统查询他有无贷款劣迹。只有这三个子系统都通过时才可进行抵押。我们先不考虑Façade模式，那么客户程序就要直接访问这些子系统，分别进行判断。类结构图下： 

在这个程序中，我们首先要有一个顾客类，它是一个纯数据类，并无任何操作，示意代码：

 

//顾客类

 2 public class Customer
 3 {
 4     private string _name;
 5 
 6     public Customer(string name)
 7     {
 8         this._name = name;
 9     }
10 
11     public string Name
12     {
13         get { return _name; }
14     }
15 }

下面这三个类均是子系统类，示意代码：

 1 //银行子系统
 2 public class Bank
 3 {
 4     public bool HasSufficientSavings(Customer c, int amount)
 5     {
 6         Console.WriteLine("Check bank for " + c.Name);
 7         return true;
 8     }
 9 }
10 
11 //信用子系统
12 public class Credit
13 {
14     public bool HasGoodCredit(Customer c)
15     {
16         Console.WriteLine("Check credit for " + c.Name);
17         return true;
18     }
19 }
20 
21 //贷款子系统
22 public class Loan
23 {
24     public bool HasNoBadLoans(Customer c)
25     {
26         Console.WriteLine("Check loans for " + c.Name);
27         return true;
28     }
29 }

看客户程序的调用：

 1 //客户程序
 2 public class MainApp
 3 {
 4     private const int _amount = 12000;
 5 
 6     public static void Main()
 7     {
 8         Bank bank = new Bank();
 9         Loan loan = new Loan();
10         Credit credit = new Credit();
11 
12         Customer customer = new Customer("Ann McKinsey");
13 
14         bool eligible = true;
15 
16         if (!bank.HasSufficientSavings(customer, _amount))
17         {
18             eligible = false;
19         }
20         else if (!loan.HasNoBadLoans(customer))
21         {
22             eligible = false;
23         }
24         else if (!credit.HasGoodCredit(customer))
25         {
26             eligible = false;
27         }
28 
29         Console.WriteLine("\n" + customer.Name + " has been " + (eligible ? "Approved" : "Rejected"));
30         Console.ReadLine();
31     }
32 }

可以看到，在不用Façade模式的情况下，客户程序与三个子系统都发生了耦合，这种耦合使得客户程序依赖于子系统，当子系统化时，客户程序也将面临很多变化的挑战。一个合情合理的设计就是为这些子系统创建一个统一的接口，这个接口简化了客户程序的判断操作。看一下引入Façade模式后的类结构图：
           变

外观类Mortage的实现如下：

 1 /外观类
 2 public class Mortgage
 3 {
 4     private Bank bank = new Bank();
 5     private Loan loan = new Loan();
 6     private Credit credit = new Credit();
 7 
 8     public bool IsEligible(Customer cust, int amount)
 9     {
10         Console.WriteLine("{0} applies for {1:C} loan\n",
11           cust.Name, amount);
12 
13         bool eligible = true;
14 
15         if (!bank.HasSufficientSavings(cust, amount))
16         {
17             eligible = false;
18         }
19         else if (!loan.HasNoBadLoans(cust))
20         {
21             eligible = false;
22         }
23         else if (!credit.HasGoodCredit(cust))
24         {
25             eligible = false;
26         }
27 
28         return eligible;
29     }
30 }

顾客类和子系统类的实现仍然如下：

 1 //银行子系统
 2 public class Bank
 3 {
 4     public bool HasSufficientSavings(Customer c, int amount)
 5     {
 6         Console.WriteLine("Check bank for " + c.Name);
 7         return true;
 8     }
 9 }
10 
11 //信用证子系统
12 public class Credit
13 {
14     public bool HasGoodCredit(Customer c)
15     {
16         Console.WriteLine("Check credit for " + c.Name);
17         return true;
18     }
19 }
20 
21 //贷款子系统
22 public class Loan
23 {
24     public bool HasNoBadLoans(Customer c)
25     {
26         Console.WriteLine("Check loans for " + c.Name);
27         return true;
28     }
29 }
30 
31 //顾客类
32 public class Customer
33 {
34     private string name;
35 
36     public Customer(string name)
37     {
38         this.name = name;
39     }
40 
41     public string Name
42     {
43         get { return name; }
44     }
45 }

而此时客户程序的实现：

 1 //客户程序类
 2 public class MainApp
 3 {
 4     public static void Main()
 5     {
 6         //外观
 7         Mortgage mortgage = new Mortgage();
 8 
 9         Customer customer = new Customer("Ann McKinsey");
10         bool eligable = mortgage.IsEligible(customer, 125000);
11 
12         Console.WriteLine("\n" + customer.Name +
13             " has been " + (eligable ? "Approved" : "Rejected")); 
14         Console.ReadLine();
15     }
16 }

可以看到引入Façade模式后，客户程序只与Mortgage发生依赖，也就是Mortgage屏蔽了子系统之间的复杂的操作，达到了解耦内部子系统与客户程序之间的依赖。

.NET架构中的Façade模式

Façade模式在实际开发中最多的运用当属开发N层架构的应用程序了，一个典型的N层结构如下：

               

 

    在这个架构中，总共分为四个逻辑层，分别为：用户层UI，业务外观层Business Façade，业务规则层Business Rule，数据访问层Data Access。其中Business Façade层的职责如下：

l         从“用户”层接收用户输入

l         如果请求需要对数据进行只读访问，则可能使用“数据访问”层

l         将请求传递到“业务规则”层

l         将响应从“业务规则”层返回到“用户”层

l         在对“业务规则”层的调用之间维护临时状态

对这一架构最好的体现就是Duwamish示 例了。在该应用程序中，有部分操作只是简单的从数据库根据条件提取数据，不需要经过任何处理，而直接将数据显示到网页上，比如查询某类别的图书列表。而另 外一些操作，比如计算定单中图书的总价并根据顾客的级别计算回扣等等，这部分往往有许多不同的功能的类，操作起来也比较复杂。如果采用传统的三层结构，这 些商业逻辑一般是会放在中间层，那么对内部的这些大量种类繁多，使用方法也各异的不同的类的调用任务，就完全落到了表示层。这样势必会增加表示层的代码 量，将表示层的任务复杂化，和表示层只负责接受用户的输入并返回结果的任务不太相称，并增加了层与层之间的耦合程度。于是就引入了一个Façade层，让这个Facade来负责管理系统内部类的调用，并为表示层提供了一个单一而简单的接口。看一下Duwamish结构图：                                                                        

从图中可以看到，UI层将请求发送给业务外观层，业务外观层对请求进行初步的处理，判断是否需要调用业务规则层，还是直接调用数据访问层获取数据。最后由数据访问层访问数据库并按照来时的步骤返回结果到UI层，来看具体的代码实现。

在获取商品目录的时候，Web UI调用业务外观层：

1 productSystem = new ProductSystem();
2 categorySet   = productSystem.GetCategories(categoryID);

业务外观层直接调用了数据访问层：

 1 public CategoryData GetCategories(int categoryId)
 2 {
 3     //
 4     // Check preconditions
 5     //
 6     ApplicationAssert.CheckCondition(categoryId >= 0,"Invalid Category Id",ApplicationAssert.LineNumber);
 7     //
 8     // Retrieve the data
 9     //
10     using (Categories accessCategories = new Categories())
11     {
12         return accessCategories.GetCategories(categoryId);
13     }
14     
15 }

在添加订单时，UI调用业务外观层：

1 public void AddOrder()
2 {
3     ApplicationAssert.CheckCondition(cartOrderData != null, "Order requires data", ApplicationAssert.LineNumber);
4 
5     //Write trace log.
6     ApplicationLog.WriteTrace("Duwamish7.Web.Cart.AddOrder:\r\nCustomerId: " +
7                                 cartOrderData.Tables[OrderData.CUSTOMER_TABLE].Rows[0][OrderData.PKID_FIELD].ToString());
8     cartOrderData = (new OrderSystem()).AddOrder(cartOrderData);
9 }

业务外观层调用业务规则层：

 1 public OrderData AddOrder(OrderData order)
 2 {
 3     //
 4     // Check preconditions
 5     //
 6     ApplicationAssert.CheckCondition(order != null, "Order is required", ApplicationAssert.LineNumber);
 7     
 8     (new BusinessRules.Order()).InsertOrder(order);
 9     return order;
10 }

 

 

 

业务规则层进行复杂的逻辑处理后，再调用数据访问层：

 1 public OrderData AddOrder(OrderData order)
 2 {
 3     //
 4     // Check preconditions
 5     //
 6     ApplicationAssert.CheckCondition(order != null, "Order is required", ApplicationAssert.LineNumber);
 7     
 8     (new BusinessRules.Order()).InsertOrder(order);
 9     return order;
10 }
11 
12 
13 业务规则层进行复杂的逻辑处理后，再调用数据访问层：
14 public bool InsertOrder(OrderData order)
15 {    
16     //
17     // Assume it‘s good
18     //
19     bool isValid = true;
20     //            
21     // Validate order summary
22     //
23     DataRow summaryRow = order.Tables[OrderData.ORDER_SUMMARY_TABLE].Rows[0];
24     
25     summaryRow.ClearErrors();
26 
27     if (CalculateShipping(order) != (Decimal)(summaryRow[OrderData.SHIPPING_HANDLING_FIELD]))
28     {
29         summaryRow.SetColumnError(OrderData.SHIPPING_HANDLING_FIELD, OrderData.INVALID_FIELD);
30         isValid = false;
31     }
32 
33     if (CalculateTax(order) != (Decimal)(summaryRow[OrderData.TAX_FIELD]))
34     {
35         summaryRow.SetColumnError(OrderData.TAX_FIELD, OrderData.INVALID_FIELD);
36         isValid = false;
37     }
38     //    
39     // Validate shipping info
40     //
41     isValid &= IsValidField(order, OrderData.SHIPPING_ADDRESS_TABLE, OrderData.SHIP_TO_NAME_FIELD, 40);
42     //
43     // Validate payment info 
44     //
45     DataRow paymentRow = order.Tables[OrderData.PAYMENT_TABLE].Rows[0];
46     
47     paymentRow.ClearErrors();
48     
49     isValid &= IsValidField(paymentRow, OrderData.CREDIT_CARD_TYPE_FIELD, 40);
50     isValid &= IsValidField(paymentRow, OrderData.CREDIT_CARD_NUMBER_FIELD,  32);
51     isValid &= IsValidField(paymentRow, OrderData.EXPIRATION_DATE_FIELD, 30);
52     isValid &= IsValidField(paymentRow, OrderData.NAME_ON_CARD_FIELD, 40);
53     isValid &= IsValidField(paymentRow, OrderData.BILLING_ADDRESS_FIELD, 255);
54     //
55     // Validate the order items and recalculate the subtotal
56     //
57     DataRowCollection itemRows = order.Tables[OrderData.ORDER_ITEMS_TABLE].Rows;
58     
59     Decimal subTotal = 0;
60     
61     foreach (DataRow itemRow in itemRows)
62     {
63         itemRow.ClearErrors();
64         
65         subTotal += (Decimal)(itemRow[OrderData.EXTENDED_FIELD]);
66         
67         if ((Decimal)(itemRow[OrderData.PRICE_FIELD]) <= 0)
68         {
69             itemRow.SetColumnError(OrderData.PRICE_FIELD, OrderData.INVALID_FIELD);
70             isValid = false;
71         }
72 
73         if ((short)(itemRow[OrderData.QUANTITY_FIELD]) <= 0)
74         {
75             itemRow.SetColumnError(OrderData.QUANTITY_FIELD, OrderData.INVALID_FIELD);
76             isValid = false;
77         }
78     }
79     //
80     // Verify the subtotal
81     //
82     if (subTotal != (Decimal)(summaryRow[OrderData.SUB_TOTAL_FIELD]))
83     {
84         summaryRow.SetColumnError(OrderData.SUB_TOTAL_FIELD, OrderData.INVALID_FIELD);
85         isValid = false;
86     }
87 
88     if ( isValid )
89     {
90         using (DataAccess.Orders ordersDataAccess = new DataAccess.Orders())
91         {
92             return (ordersDataAccess.InsertOrderDetail(order)) > 0;
93         }
94     }
95     else
96         return false;
97 }

Facade模式的个要点：
    从客户程序的角度来看，Facade模式不仅简化了整个组件系统的接口，同时对于组件内部与外部客户程序来说，从某种程度上也达到了一种“解耦”的效果----内部子系统的任何变化不会影响到Facade接口的变化。

    Facade设计模式更注重从架构的层次去看整个系统，而不是单个类的层次。Facdae很多时候更是一种架构
设计模式。
    注意区分Facade模式、Adapter模式、Bridge模式与Decorator模式。Facade模式注重简化接口，Adapter模式注重转换接口，Bridge模式注重分离接口（抽象）与其实现，Decorator模式注重稳定接口的前提下为对象扩展功能。