外观模式

引言

在软件系统中，当子系统功能复杂、调用链冗长时（如电商系统的支付、库存、物流模块），直接交互会导致代码臃肿和强耦合。外观模式通过提供统一的入口接口，隐藏子系统细节，实现“一键操作”，成为复杂系统调用的优雅解决方案。

诞生背景

GoF在《设计模式》中提出外观模式，解决三大痛点：

1. 接口爆炸：子系统接口过多（如订单系统需调用10+个API）
2. 调用链复杂：客户端需按严格顺序调用子系统（如支付→减库存→发通知）
3. 高耦合：客户端直接依赖多个子系统，修改牵一发而动全身

演进过程

• GoF基础（1994）：确立核心角色（外观类、子系统类）
• 分布式系统演进：微服务中API网关成为外观模式的延伸（统一路由、鉴权、限流）
• 现代应用：前端领域的Facade Hook（React组件封装复杂状态逻辑）

核心概念

1. 外观（Facade）
   • 提供统一入口，封装子系统调用逻辑
2. 子系统（Subsystem）
   • 实际执行功能的独立模块（如支付、库存服务）
3. 客户端（Client）
   • 仅依赖外观接口，不直接接触子系统

通用实现

Java 实现

// 子系统1：支付服务
class PaymentService {
    public void processPayment() {
        System.out.println("Processing payment...");
    }
}

// 子系统2：库存服务
class InventoryService {
    public void updateStock() {
        System.out.println("Updating inventory...");
    }
}

// 外观类
class OrderFacade {
    private PaymentService paymentService;
    private InventoryService inventoryService;

    public OrderFacade() {
        this.paymentService = new PaymentService();
        this.inventoryService = new InventoryService();
    }

    // 统一入口
    public void placeOrder() {
        paymentService.processPayment();
        inventoryService.updateStock();
        System.out.println("Order placed successfully!");
    }
}

// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        OrderFacade facade = new OrderFacade();
        facade.placeOrder(); // 一键下单
    }
}

PHP 实现

// 子系统1：物流服务
class ShippingService {
    public function shipOrder(): void {
        echo "Shipping order...\n";
    }
}

// 子系统2：通知服务
class NotificationService {
    public function sendConfirmation(): void {
        echo "Sending confirmation email...\n";
    }
}

// 外观类
class OrderFacade {
    private ShippingService $shippingService;
    private NotificationService $notificationService;

    public function __construct() {
        $this->shippingService = new ShippingService();
        $this->notificationService = new NotificationService();
    }

    // 统一入口
    public function completeOrder(): void {
        $this->shippingService->shipOrder();
        $this->notificationService->sendConfirmation();
        echo "Order completed!\n";
    }
}

// 客户端
$facade = new OrderFacade();
$facade->completeOrder(); // 一键完成订单

应用场景

1. 简化复杂系统：微服务架构的API网关
2. 模块解耦：遗留系统重构时封装旧模块
3. 分层设计：为层级提供统一入口（如UI层调用业务逻辑）
4. 第三方SDK整合：统一封装多个SDK的初始化流程

案例：智能家居控制系统

Java 实现

// 子系统：灯光控制
class LightSystem {
    public void turnOn() { System.out.println("Lights ON"); }
}

// 子系统：空调控制
class AirConditioner {
    public void setTemperature(int temp) {
        System.out.println("AC set to " + temp + "°C");
    }
}

// 外观类：智能家居中枢
class SmartHomeFacade {
    private LightSystem lights;
    private AirConditioner ac;

    public SmartHomeFacade() {
        lights = new LightSystem();
        ac = new AirConditioner();
    }

    public void eveningMode() {
        lights.turnOn();
        ac.setTemperature(22);
        System.out.println("Evening mode activated");
    }
}

// 客户端
SmartHomeFacade home = new SmartHomeFacade();
home.eveningMode(); // 一键启动夜间模式

PHP 实现

// 子系统：音响系统
class AudioSystem {
    public function playMusic(string $song): void {
        echo "Playing: $song\n";
    }
}

// 子系统：窗帘控制
class CurtainController {
    public function closeCurtains(): void {
        echo "Curtains closed\n";
    }
}

// 外观类：影院模式
class CinemaModeFacade {
    private AudioSystem $audio;
    private CurtainController $curtains;

    public function __construct() {
        $this->audio = new AudioSystem();
        $this->curtains = new CurtainController();
    }

    public function activate(): void {
        $this->curtains->closeCurtains();
        $this->audio->playMusic("Cinema Intro");
        echo "Cinema mode ready!\n";
    }
}

// 客户端
$cinema = new CinemaModeFacade();
$cinema->activate(); // 一键启动影院模式

优点

• 简化调用：客户端只需与单一接口交互
• 解耦系统：客户端与子系统完全隔离
• 可维护性：子系统修改不影响客户端
• 分层清晰：强制遵循单一职责原则

缺点

• 过度封装风险：可能隐藏关键功能导致灵活性下降
• 上帝对象：外观类可能膨胀成超大类
• 新增依赖：需额外维护外观层代码

扩展

• 多层外观：为复杂子系统分层封装（如OrderFacade调用PaymentFacade）

• 动态外观：通过依赖注入支持运行时切换子系统实现

• 外观池：管理多个相关外观的生命周期（如连接池管理）

模式协作

• 与单例模式：外观类常设计为单例（如全局系统入口）
• 与中介者模式：外观关注简化调用，中介者关注对象协作
• 与抽象工厂：外观可封装工厂的创建逻辑（如DatabaseFacade.createConnection()）

延伸思考

• 微服务架构：API网关是外观模式的分布式实践（如Kong, Zuul）
• 前端应用：Facade Hook封装复杂状态逻辑（如useAuthFacade()）
• 性能权衡：过度封装可能导致冗余调用（如多次查询合并优化）

总结

外观模式是复杂系统的简化器，通过统一入口屏蔽内部细节，实现“开箱即用”的简洁调用。其核心价值在于：化繁为简的接口艺术与解耦维度的系统屏障。在微服务网关、遗留系统封装等场景中，外观模式能显著提升系统可用性和可维护性，成为架构设计中不可或缺的守门人。