外观模式（Façade Pattern）

概述

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？这就是要说的Façade模式。

意图

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。[GOF《设计模式》]

示意图

门面模式没有一个一般化的类图描述，下面是一个示意性的对象图：

图1 Façade模式示意性对象图

生活中的例子

外观模式为子系统中的接口定义了一个统一的更高层次的界面，以便于使用。当消费者按照目录采购时，则体现了一个外观模式。消费者拨打一个号码与客服代表联系，客服代表则扮演了这个"外观"，他包含了与订货部、收银部和送货部的接口。

图2使用电话订货例子的外观模式对象图

Facade模式解说

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：

图3

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
publicclassCustomer
{
privatestring_name;

publicCustomer(stringname)
{
this._name=name;
}

publicstringName
{
get{return_name;}
}
}

下面这三个类均是子系统类，示意代码：

//银行子系统
publicclassBank
{
publicboolHasSufficientSavings(Customerc,intamount)
{
Console.WriteLine("Checkbankfor"+c.Name);
returntrue;
}
}

//信用子系统
publicclassCredit
{
publicboolHasGoodCredit(Customerc)
{
Console.WriteLine("Checkcreditfor"+c.Name);
returntrue;
}
}

//贷款子系统
publicclassLoan
{
publicboolHasNoBadLoans(Customerc)
{
Console.WriteLine("Checkloansfor"+c.Name);
returntrue;
}
}

来看客户程序的调用：

//客户程序
publicclassMainApp
{
privateconstint_amount=12000;

publicstaticvoidMain()
{
Bankbank=newBank();
Loanloan=newLoan();
Creditcredit=newCredit();

Customercustomer=newCustomer("AnnMcKinsey");

booleligible=true;

if(!bank.HasSufficientSavings(customer,_amount))
{
eligible=false;
}
elseif(!loan.HasNoBadLoans(customer))
{
eligible=false;
}
elseif(!credit.HasGoodCredit(customer))
{
eligible=false;
}

Console.WriteLine("\n"+customer.Name+"hasbeen"+(eligible?"Approved":"Rejected"));
Console.ReadLine();
}
}

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，当子系统变化时，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：

图4

门面类Mortage的实现如下：

//外观类
publicclassMortgage
{
privateBankbank=newBank();
privateLoanloan=newLoan();
privateCreditcredit=newCredit();

publicboolIsEligible(Customercust,intamount)
{
Console.WriteLine("{0}appliesfor{1:C}loan\n",
cust.Name,amount);

booleligible=true;

if(!bank.HasSufficientSavings(cust,amount))
{
eligible=false;
}
elseif(!loan.HasNoBadLoans(cust))
{
eligible=false;
}
elseif(!credit.HasGoodCredit(cust))
{
eligible=false;
}

returneligible;
}
}

顾客类和子系统类的实现仍然如下：

//银行子系统
publicclassBank
{
publicboolHasSufficientSavings(Customerc,intamount)
{
Console.WriteLine("Checkbankfor"+c.Name);
returntrue;
}
}

//信用证子系统
publicclassCredit
{
publicboolHasGoodCredit(Customerc)
{
Console.WriteLine("Checkcreditfor"+c.Name);
returntrue;
}
}

//贷款子系统
publicclassLoan
{
publicboolHasNoBadLoans(Customerc)
{
Console.WriteLine("Checkloansfor"+c.Name);
returntrue;
}
}

//顾客类
publicclassCustomer
{
privatestringname;

publicCustomer(stringname)
{
this.name=name;
}

publicstringName
{
get{returnname;}
}
}

而此时客户程序的实现：

//客户程序类
publicclassMainApp
{
publicstaticvoidMain()
{
//外观
Mortgagemortgage=newMortgage();

Customercustomer=newCustomer("AnnMcKinsey");
booleligable=mortgage.IsEligible(customer,125000);

Console.WriteLine("\n"+customer.Name+
"hasbeen"+(eligable?"Approved":"Rejected"));
Console.ReadLine();
}
}

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：

图5

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：

图6

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：

productSystem=newProductSystem();
categorySet=productSystem.GetCategories(categoryID);

业务外观层直接调用了数据访问层：

publicCategoryDataGetCategories(intcategoryId)
{
//
//Checkpreconditions
//
ApplicationAssert.CheckCondition(categoryId>=0,"InvalidCategoryId",ApplicationAssert.LineNumber);
//
//Retrievethedata
//
using(CategoriesaccessCategories=newCategories())
{
returnaccessCategories.GetCategories(categoryId);
}

}

在添加订单时，UI调用业务外观层：

publicvoidAddOrder()
{
ApplicationAssert.CheckCondition(cartOrderData!=null,"Orderrequiresdata",ApplicationAssert.LineNumber);

//Writetracelog.
ApplicationLog.WriteTrace("Duwamish7.Web.Cart.AddOrder:\r\nCustomerId:"+
cartOrderData.Tables[OrderData.CUSTOMER_TABLE].Rows[0][OrderData.PKID_FIELD].ToString());
cartOrderData=(newOrderSystem()).AddOrder(cartOrderData);
}

业务外观层调用业务规则层：

publicOrderDataAddOrder(OrderDataorder)
{
//
//Checkpreconditions
//
ApplicationAssert.CheckCondition(order!=null,"Orderisrequired",ApplicationAssert.LineNumber);

(newBusinessRules.Order()).InsertOrder(order);
returnorder;
}

业务规则层进行复杂的逻辑处理后，再调用数据访问层：

publicboolInsertOrder(OrderDataorder)
{
//
//Assumeit'sgood
//
boolisValid=true;
//
//Validateordersummary
//
DataRowsummaryRow=order.Tables[OrderData.ORDER_SUMMARY_TABLE].Rows[0];

summaryRow.ClearErrors();

if(CalculateShipping(order)!=(Decimal)(summaryRow[OrderData.SHIPPING_HANDLING_FIELD]))
{
summaryRow.SetColumnError(OrderData.SHIPPING_HANDLING_FIELD,OrderData.INVALID_FIELD);
isValid=false;
}

if(CalculateTax(order)!=(Decimal)(summaryRow[OrderData.TAX_FIELD]))
{
summaryRow.SetColumnError(OrderData.TAX_FIELD,OrderData.INVALID_FIELD);
isValid=false;
}
//
//Validateshippinginfo
//
isValid&=IsValidField(order,OrderData.SHIPPING_ADDRESS_TABLE,OrderData.SHIP_TO_NAME_FIELD,40);
//
//Validatepaymentinfo
//
DataRowpaymentRow=order.Tables[OrderData.PAYMENT_TABLE].Rows[0];

paymentRow.ClearErrors();

isValid&=IsValidField(paymentRow,OrderData.CREDIT_CARD_TYPE_FIELD,40);
isValid&=IsValidField(paymentRow,OrderData.CREDIT_CARD_NUMBER_FIELD,32);
isValid&=IsValidField(paymentRow,OrderData.EXPIRATION_DATE_FIELD,30);
isValid&=IsValidField(paymentRow,OrderData.NAME_ON_CARD_FIELD,40);
isValid&=IsValidField(paymentRow,OrderData.BILLING_ADDRESS_FIELD,255);
//
//Validatetheorderitemsandrecalculatethesubtotal
//
DataRowCollectionitemRows=order.Tables[OrderData.ORDER_ITEMS_TABLE].Rows;

DecimalsubTotal=0;

foreach(DataRowitemRowinitemRows)
{
itemRow.ClearErrors();

subTotal+=(Decimal)(itemRow[OrderData.EXTENDED_FIELD]);

if((Decimal)(itemRow[OrderData.PRICE_FIELD])<=0)
{
itemRow.SetColumnError(OrderData.PRICE_FIELD,OrderData.INVALID_FIELD);
isValid=false;
}

if((short)(itemRow[OrderData.QUANTITY_FIELD])<=0)
{
itemRow.SetColumnError(OrderData.QUANTITY_FIELD,OrderData.INVALID_FIELD);
isValid=false;
}
}
//
//Verifythesubtotal
//
if(subTotal!=(Decimal)(summaryRow[OrderData.SUB_TOTAL_FIELD]))
{
summaryRow.SetColumnError(OrderData.SUB_TOTAL_FIELD,OrderData.INVALID_FIELD);
isValid=false;
}

if(isValid)
{
using(DataAccess.OrdersordersDataAccess=newDataAccess.Orders())
{
return(ordersDataAccess.InsertOrderDetail(order))>0;
}
}
else
returnfalse;
}

[MSDN]

效果及实现要点

1．Façade模式对客户屏蔽了子系统组件，因而减少了客户处理的对象的数目并使得子系统使用起来更加方便。

2．Façade模式实现了子系统与客户之间的松耦合关系，而子系统内部的功能组件往往是紧耦合的。松耦合关系使得子系统的组件变化不会影响到它的客户。

3．如果应用需要，它并不限制它们使用子系统类。因此你可以在系统易用性与通用性之间选择。

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。

总结

Façade模式注重的是简化接口，它更多的时候是从架构的层次去看整个系统，而并非单个类的层次。

参考资料

Erich Gamma等，《设计模式：可复用面向对象软件的基础》，机械工业出版社

Robert C.Martin，《敏捷软件开发：原则、模式与实践》，清华大学出版社

阎宏，《Java与模式》，电子工业出版社

Alan Shalloway James R. Trott，《Design Patterns Explained》，中国电力出版社

MSDN WebCast《C#面向对象设计模式纵横谈(11)：Facade外观模式(结构型模式)》