• 结构型模式(Structural patterns)->外观模式(Facade Pattern)


    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):

    clip_image001
    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:
    clip_image003
    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:
    clip_image004
    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:

    1 //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(" " + 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:
    clip_image005
    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 ",
    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(" " + 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:

    clip_image006

    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:
    clip_image007

    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: CustomerId: " +
    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

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