10.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):

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

    public class Customer
    {
        private string _name;

        public Customer(string name)
        {
            this._name = name;
        }

        public string Name
        {
            get { return _name; }
        }
    }

下面这三个类均是子系统类，示意代码：

    //银行子系统
    public class bank
    {
        public bool HasSufficientSavings(Customer c, int amount)
        {
            Console.WriteLine("Check bank for " + c.Name);
            return true;
        }
    }

    //信用子系统
    public class Credit
    {
        public bool HasGoodCredit(Customer c)
        {
            Console.WriteLine("Check credit for " + c.Name);
            return true;
        }
    }

    //贷款子系统
    public class Loan
    {
        public bool HasNoBadLoans(Customer c)
        {
            Console.WriteLine("Check loans for " + c.Name);
            return true;
        }
    }
}

看客户程序的调用：

//客户程序

    class Program
    {
        private const int _amount = 12000;
        static void Main(string[] args)
        {
            Bank bank = new Bank();
            Credit credit = new Credit();
            Loan loan = new Loan();

            Customer customer = new Customer("Ann McKinsey");

            bool eligible = true;

            if (!bank.HasSufficientSavings(customer, _amount))
            {
                eligible = false;
            }

            else if (!credit.HasGoodCredit(customer))
            {
                eligible = false;
            }

            else if (!loan.HasNoBadLoans(customer))
            {
                eligible = false;
            }
            
            Console.WriteLine("
" + customer.Name + " has been " + (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：

顾客类和子系统类的实现仍然如下：

 

    //银行子系统
    public class Bank
    {
        public bool HasSufficientSavings(Customer c, int amount)
        {
            Console.WriteLine("Check bank for " + c.Name);
            return true;
        }
    }

    //信用子系统
    public class Credit
    {
        public bool HasGoodCredit(Customer c)
        {
            Console.WriteLine("Check credit for " + c.Name);
            return true;
        }
    }

    //贷款子系统
    public class Loan
    {
        public bool HasNoBadLoans(Customer c)
        {
            Console.WriteLine("Check loans for " + c.Name);
            return true;
        }
    }

    //顾客类
    public class Customer
    {
        private string _name;

        public Customer(string name)
        {
            this._name = name;
        }

        public string Name
        {
            get { return _name; }
        }
    }

外观类Mortage的实现如下：

    /// <summary>
    /// 外观类
    /// </summary>
    public class Mortgage
    {
        private Bank bank = new Bank();
        private Loan loan = new Loan();
        private Credit credit = new Credit();

        public bool IsEligible(Customer cust, int amount)
        {
            Console.WriteLine("{0} applies for {1:C} loan
",
              cust.Name, amount);

            bool eligible = true;

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

            return eligible;
        }
    }

而此时客户程序的实现：

//客户程序类

    class Program
    {
        private const int _amount = 12000;
        static void Main(string[] args)
        {
            //外观
            Mortgage mortgage = new Mortgage();

            Customer customer = new Customer("Ann McKinsey");
            
            bool eligable = mortgage.IsEligible(customer, _amount);

            Console.WriteLine("
" + customer.Name + " has been " + (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Facade模式

Facade模式在实际开发中最多的运用当属开发N层架的应用程序了，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 Facade，业务规则层Business Rule，数据访问层Data Access。其中Business Facade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Facade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：

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

业务外观层直接调用了数据访问层：

        public CategoryData GetCategories(int categoryId)
        {
            //
            // Check preconditions
            //
            ApplicationAssert.CheckCondition(categoryId >= 0, "Invalid Category Id", ApplicationAssert.LineNumber);
            //
            // Retrieve the data
            //
            using (Categories accessCategories = new Categories())
            {
                return accessCategories.GetCategories(categoryId);
            } 
        }

在添加订单时，UI调用业务外观层：

        public void AddOrder()
        {
            ApplicationAssert.CheckCondition(cartOrderData != null, "Order requires data", ApplicationAssert.LineNumber);

            //Write trace log.
            ApplicationLog.WriteTrace("Duwamish7.Web.Cart.AddOrder:
CustomerId: " +
                                        cartOrderData.Tables[OrderData.CUSTOMER_TABLE].Rows[0][OrderData.PKID_FIELD].ToString());
            cartOrderData = (new OrderSystem()).AddOrder(cartOrderData);
        }

业务外观层调用业务规则层：

        public OrderData AddOrder(OrderData order)
        {
            //
            // Check preconditions
            //
            ApplicationAssert.CheckCondition(order != null, "Order is required", ApplicationAssert.LineNumber);

            (new BusinessRules.Order()).InsertOrder(order);
            return order;
        }

 

业务规则层进行复杂的逻辑处理后，再调用数据访问层：

 

        public OrderData AddOrder(OrderData order)
        {
            //
            // Check preconditions
            //
            ApplicationAssert.CheckCondition(order != null, "Order is required", ApplicationAssert.LineNumber);

            (new BusinessRules.Order()).InsertOrder(order);
            return order;
        }

业务规则层进行复杂的逻辑处理后，再调用数据访问层：

        public bool InsertOrder(OrderData order)
        {
            //
            // Assume it's good
            //
            bool isValid = true;
            //            
            // Validate order summary
            //
            DataRow summaryRow = 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;
            }
            //    
            // Validate shipping info
            //
            isValid &= IsValidField(order, OrderData.SHIPPING_ADDRESS_TABLE, OrderData.SHIP_TO_NAME_FIELD, 40);
            //
            // Validate payment info 
            //
            DataRow paymentRow = 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);
            //
            // Validate the order items and recalculate the subtotal
            //
            DataRowCollection itemRows = order.Tables[OrderData.ORDER_ITEMS_TABLE].Rows;

            Decimal subTotal = 0;

            foreach (DataRow itemRow in itemRows)
            {
                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;
                }
            }
            //
            // Verify the subtotal
            //
            if (subTotal != (Decimal)(summaryRow[OrderData.SUB_TOTAL_FIELD]))
            {
                summaryRow.SetColumnError(OrderData.SUB_TOTAL_FIELD, OrderData.INVALID_FIELD);
                isValid = false;
            }

            if (isValid)
            {
                using (DataAccess.Orders ordersDataAccess = new DataAccess.Orders())
                {
                    return (ordersDataAccess.InsertOrderDetail(order)) > 0;
                }
            }
            else
                return false;
        }
    }

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。