外观 ( Facade ) 模式

外观模式（Facade Pattern）是一种结构型设计模式，它提供了一个简化复杂系统的接口，用于与系统交互。外观模式通过创建一个高级别的接口，将一组相关的子系统接口封装在一起，以提供更简单、更统一的接口给客户端使用。

外观模式的核心思想是将复杂系统的内部结构隐藏起来，只暴露出一个简化的接口，使客户端可以更容易地与系统交互，而不必了解系统的复杂性。这有助于降低客户端与系统之间的耦合度，并提供了一种更高级别、更易用的界面。

外观模式是迪米特法则的典型应用。

结构

以下是外观模式的一些重要组成部分：

1. 外观（Facade）： 外观是外观模式的核心，它是一个包含高级别接口的类或接口。外观通常封装了一个或多个子系统的复杂操作，并为客户端提供了一个简单的入口点。

2. 子系统（Subsystem）： 子系统是复杂系统的各个部分，它们包含了系统的实际实现。外观模式的目标是隐藏子系统的复杂性，因此客户端不需要与子系统的具体类直接交互。

3. 客户端（Client）： 客户端是使用外观模式的部分，它通过外观接口与系统交互，而不需要了解系统内部的复杂细节。

示例

以下是一个实现外观模式的示例。在这个示例中，将创建一个音响系统的外观，以封装与音响系统相关的复杂操作。

首先定义子系统的一些类，包括音响、投影仪和DVD播放器：

// 子系统类1：音响
class StereoSystem {
    public void turnOn() {
        System.out.println("音响已打开");
    }

    public void turnOff() {
        System.out.println("音响已关闭");
    }

    public void setVolume(int volume) {
        System.out.println("音响音量已设置为 " + volume);
    }
}

// 子系统类2：投影仪
class Projector {
    public void turnOn() {
        System.out.println("投影仪已打开");
    }

    public void turnOff() {
        System.out.println("投影仪已关闭");
    }

    public void setInput(String input) {
        System.out.println("投影仪输入源已设置为 " + input);
    }
}

// 子系统类3：DVD播放器
class DVDPlayer {
    public void turnOn() {
        System.out.println("DVD播放器已打开");
    }

    public void turnOff() {
        System.out.println("DVD播放器已关闭");
    }

    public void play(String movie) {
        System.out.println("正在播放电影: " + movie);
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44

接下来，创建外观类 HomeTheaterFacade，它封装了上述子系统的操作，并提供了一个简化的接口供客户端使用：

// 外观类
class HomeTheater {
    private StereoSystem stereoSystem;
    private Projector projector;
    private DVDPlayer dvdPlayer;

    public HomeTheater() {
        stereoSystem = new StereoSystem();
        projector = new Projector();
        dvdPlayer = new DVDPlayer();
    }

    public void watchMovie(String movie, int volume) {
        System.out.println("准备播放电影...");
        projector.turnOn();
        projector.setInput("DVD");
        stereoSystem.turnOn();
        stereoSystem.setVolume(volume);
        dvdPlayer.turnOn();
        dvdPlayer.play(movie);
    }

    public void endMovie() {
        System.out.println("电影结束，正在关闭设备...");
        projector.turnOff();
        stereoSystem.turnOff();
        dvdPlayer.turnOff();
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29

最后，我们可以在客户端中使用外观模式，而不必直接与子系统的复杂操作交互：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        HomeTheater homeTheater = new HomeTheater();

        // 观看电影
        homeTheater.watchMovie("Avatar", 20);

        // 电影结束
        homeTheater.endMovie();
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

在这个示例中，HomeTheaterFacade 封装了音响、投影仪和DVD播放器的复杂操作，客户端只需要通过外观类的接口来操作整个家庭影院系统。这使得客户端的代码更简单、更易读，同时隐藏了系统的复杂性。

优点

外观模式的优点包括：

1. 简化客户端代码： 外观模式提供了一个简化的接口，客户端不需要了解系统内部的复杂结构和交互方式，从而减少了客户端代码的复杂性。
2. 降低耦合度： 外观模式将客户端与子系统之间的耦合度降低到最低限度。客户端只需要与外观类交互，而不需要直接与多个子系统的类交互，这使得系统更易维护和扩展。
3. 提供统一的接口： 外观模式为整个子系统提供了一个统一的高级别接口，客户端可以使用这个接口来访问系统的功能，而不必关心每个子系统的详细操作。
4. 隐藏实现细节： 外观模式隐藏了子系统的复杂性和实现细节，使客户端不需要了解这些细节，从而提高了系统的安全性和可维护性。
5. 促进松耦合： 外观模式有助于实现松耦合，因为它将系统的不同部分分离开来。这使得系统的不同模块更容易独立开发、测试和维护。

缺点

1. 不适用于所有情况： 外观模式并不适用于所有系统。在某些情况下，如果系统的复杂性较低或不需要提供统一的接口，使用外观模式可能会显得过于繁琐。
2. 可能导致滥用： 如果不谨慎使用外观模式，可能会导致外观类变得过于庞大，承担了过多的职责，从而违反了单一职责原则。同时也不符合开闭原则，修改会非常麻烦。
3. 增加了一个额外的抽象层次： 外观模式引入了一个额外的抽象层次，这可能会导致一些性能损失，尤其在需要频繁调用外观方法的情况下。

外观模式常见的应用场景包括：

• 当系统具有复杂的子系统结构，而客户端只关心与系统的高级别接口交互时，可以使用外观模式。
• 在大型应用程序中，外观模式可以帮助管理复杂性，并提供更清晰的接口给不同的模块或团队。
• 在设计新版本或重构现有系统时，外观模式可以用于逐步替代旧的接口，以保持向后兼容性。
• 在构建库或框架时，外观模式可以为客户端提供一个简化的接口，以便更容易使用库或框架的功能。

源码解析

在JDBC中，java.sql.DriverManager 类可以看作是一个外观类，封装了底层数据库驱动程序的加载和数据库连接管理，使开发者能够更轻松地与各种数据库交互。

以下是一个简单的示例，演示了如何使用java.sql.DriverManager 来建立数据库连接和执行SQL查询：

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.SQLException;
import java.sql.Statement;

public class JDBCFacadeExample {
    public static void main(String[] args) {
        // JDBC数据库连接信息
        String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test";
        String user = "root";
        String password = "123456";

        try {
            // 加载数据库驱动程序（这部分由DriverManager处理）
            Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");

            // 建立数据库连接（也由DriverManager处理）
            Connection connection = DriverManager.getConnection(url, user, password);

            // 创建SQL语句
            String sql = "SELECT * FROM employees";

            // 创建并执行SQL查询
            Statement statement = connection.createStatement();
            ResultSet resultSet = statement.executeQuery(sql);

            // 处理查询结果
            while (resultSet.next()) {
                int id = resultSet.getInt("id");
                String name = resultSet.getString("name");
                double salary = resultSet.getDouble("salary");

                System.out.println("Employee ID: " + id);
                System.out.println("Name: " + name);
                System.out.println("Salary: " + salary);
            }

            // 关闭资源（连接、语句和结果集）
            resultSet.close();
            statement.close();
            connection.close();

        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50

在上述示例中，JDBC的子系统包括以下组成部分：

1. 数据库驱动程序加载： 这是JDBC的底层组件之一。不同的数据库供应商（如MySQL、Oracle、PostgreSQL等）提供了各自的JDBC驱动程序，用于与其数据库进行通信。加载适当的数据库驱动程序是与特定数据库建立连接的第一步。
2. 数据库连接管理： 数据库连接是与数据库进行交互的关键组件。JDBC通过java.sql.Connection 接口来表示数据库连接。连接管理包括连接的创建、关闭、连接池管理等任务。这是JDBC底层的复杂性之一。
3. SQL查询执行： 一旦建立了数据库连接，就可以创建SQL查询并执行它们。这涉及到创建java.sql.Statement 对象或java.sql.PreparedStatement 对象，以及执行查询、更新或批处理操作。SQL查询的执行是与数据库交互的核心任务。
4. 结果集处理： 查询执行后，JDBC返回一个java.sql.ResultSet 对象，其中包含查询结果集。开发者需要遍历结果集并提取数据以供应用程序使用。结果集处理是另一个重要的子系统。

而java.sql.DriverManager 类充当了外观，封装了底层的数据库驱动程序加载和数据库连接管理。开发者只需提供数据库连接信息，然后通过它来获取连接并执行SQL查询，而无需了解驱动程序加载、连接池等底层细节。

通过这种方式，JDBC使得与各种数据库交互变得更加简单和统一，开发者只需关注业务逻辑和SQL查询，而无需处理复杂的数据库连接管理。这正是外观模式的一个典型应用，简化了复杂系统的接口，提供了一个更高级别、更易用的界面。