java/android设计模式-结构模式之外观模式

外观模式（Facade Pattern）也叫门面模式，总觉得叫门面模式有点土，哈哈。虽然可能听着不如单例模式，观察者模式来得熟悉，但是在实际开发中使用频率还是很高的。特别是三方的SDK大概都会使用它。我们在平时的开发中可能已经使用了外观模式，只是还没有从理论上来认识它。

外观模式介绍

UML结构图

外观模式没有一个一般化的类图，就用一个一般的结构图表示。

外观模式结构图

角色介绍

• Client : 客户端程序
• Facade : 对外的统一入口,即外观对象
• System One : 子系统1（类的集合）
• System Two : 子系统2（类的集合）
• System Three: 子系统 3（类的集合）
• System Four :子系统 4（类的集合）

特点

外观模式提供一个统一的接口，用来访问子系统中的一群接口，外观定义了一个高层接口，让子系统更容易使用。
使用场景：

• 为一个复杂子系统提供一个简单接口。Facade 可以提供一个简单统一的接口，对外隐藏子系统的具体实现、隔离变化。
• 当需要构建一个层次结构的子系统时，使用 Facade 模式定义子系统中每层的入口点。如果子系统之间是相互依赖，你可以让他们仅通过 Facade 接口进行通信，从而简化了它们之间的依赖关系。
  在上面外观模式的结构图中如果没有中间的外观类的话，那么客户端使用各个系统的功能会比较复杂，需要和各个子系统进行交互，使得系统的稳定性受到影响，用户的使用成本也会相对高。

简单实现例子

比如人要看电视，现在都肯定不用十几二十看大头黑白电视那样，想换台了还要跑到电视面前去转那个手动的电视换台按钮，声音大了又要跑到电视面前去转动声音调节按钮。现在都是用遥控器对吧。人就是这个客户端，电视是就什么电视台系统，音乐系统的集合，而遥控板就是那个外观类。

ChannelSystem简化成一个类：

public class ChannelSystem {
    public void nextChannel() {
        System.out.println("下一个频道");
    }

    public void prevChannel() {
        System.out.println("上一频道");
    }
}

VoiceSystem简化成一个类：

public class VoiceSystem {
    public void turnUp() {
        System.out.println("音量增大");
    }

    public void turnDown() {
        System.out.println("音量减小");
    }
}

电源系统简化成一个类：

public class PowerSystem {
    public void powerOn() {
        System.out.println("开机");
    }

    public void powerOff() {
        System.out.println("关机");
    }
}

遥控板相当于外观类：

public class TvController {
    private PowerSystem mPowerSystem = new PowerSystem();
    private VoiceSystem mVoiceSystem = new VoiceSystem();
    private ChannelSystem mChannelSystem = new ChannelSystem();

    public void powerOn() {
        mPowerSystem.powerOn();
    }

    public void powerOff() {
        mPowerSystem.powerOff();
    }

    public void turnUp() {
        mVoiceSystem.turnUp();
    }

    public void turnDown() {
        mVoiceSystem.turnDown();
    }

    public void nextChannel() {
        mChannelSystem.nextChannel();
    }

    public void prevChannel() {
        mChannelSystem.prevChannel();
    }
}

android中外观模式的实现

在Android中Context类族是比较重要的，它提供了应用环境信息的接口。我们可以通过它访问到应用资源和类，以及进行一些系统级别的操作，像什么加载activity,发送广播和接收Intent，Context类给我们提供了一站式服务，这里就是应用了外观模式。
在应用启动时，首先会fork一个子进程，并且调用ActivityThread.main方法启动该进程。ActivityThread又会构建Application对象，然后和Activity、ContextImpl关联起来，然后再调用Activity的onCreate、onStart、onResume函数使Activity运行起来。我们看看下面的相关代码:

private final void handleLaunchActivity(ActivityClientRecord r, Intent customIntent) {
        // 代码省略

        // 1、创建并且加载Activity，调用其onCreate函数
        Activity a = performLaunchActivity(r, customIntent);

        if (a != null) {
            r.createdConfig = new Configuration(mConfiguration);
            Bundle oldState = r.state;
            // 2、调用Activity的onResume方法，使Activity变得可见
            handleResumeActivity(r.token, false, r.isForward);

        }
    }


     private final Activity performLaunchActivity(ActivityClientRecord r, Intent customIntent) {
        // System.out.println("##### [" + System.currentTimeMillis() + "] ActivityThread.performLaunchActivity(" + r + ")");
        // 代码省略

        Activity activity = null;
        try {
            java.lang.ClassLoader cl = r.packageInfo.getClassLoader();
            // 1、创建Activity
            activity = mInstrumentation.newActivity(
                    cl, component.getClassName(), r.intent);
            r.intent.setExtrasClassLoader(cl);
            if (r.state != null) {
                r.state.setClassLoader(cl);
            }
        } catch (Exception e) {
            if (!mInstrumentation.onException(activity, e)) {
                throw new RuntimeException(
                    "Unable to instantiate activity " + component
                    + ": " + e.toString(), e);
            }
        }

        try {
            // 2、创建Application
            Application app = r.packageInfo.makeApplication(false, mInstrumentation);

            if (activity != null) {
                // ***** 构建ContextImpl  ****** 
                ContextImpl appContext = new ContextImpl();
                appContext.init(r.packageInfo, r.token, this);
                appContext.setOuterContext(activity);
                // 获取Activity的title
                CharSequence title = r.activityInfo.loadLabel(appContext.getPackageManager());
                Configuration config = new Configuration(mConfiguration);

                 // 3、Activity与context, Application关联起来
                activity.attach(appContext, this, getInstrumentation(), r.token,
                        r.ident, app, r.intent, r.activityInfo, title, r.parent,
                        r.embeddedID, r.lastNonConfigurationInstance,
                        r.lastNonConfigurationChildInstances, config);
                // 代码省略

                // 4、回调Activity的onCreate方法
                mInstrumentation.callActivityOnCreate(activity, r.state);

                // 代码省略
            }
            r.paused = true;

            mActivities.put(r.token, r);

        } catch (SuperNotCalledException e) {
            throw e;

        } catch (Exception e) {

        }

        return activity;
    }


    final void handleResumeActivity(IBinder token, boolean clearHide, boolean isForward) {

        unscheduleGcIdler();

        // 1、最终调用Activity的onResume方法
        ActivityClientRecord r = performResumeActivity(token, clearHide);
        // 代码省略
        // 2、这里是重点，在这里使DecorView变得可见
        if (r.window == null && !a.mFinished && willBeVisible) {
                // 获取Window，即PhoneWindow类型
                r.window = r.activity.getWindow();
                // 3、获取Window的顶级视图，并且使它可见
                View decor = r.window.getDecorView();
                decor.setVisibility(View.INVISIBLE);
                // 4、获取WindowManager
                ViewManager wm = a.getWindowManager();
                // 5、构建LayoutParams参数
                WindowManager.LayoutParams l = r.window.getAttributes();
                a.mDecor = decor;
                l.type = WindowManager.LayoutParams.TYPE_BASE_APPLICATION;
                l.softInputMode |= forwardBit;
                if (a.mVisibleFromClient) {
                    a.mWindowAdded = true;
                    // 6、将DecorView添加到WindowManager中，最终的操作是通过WindowManagerService的addView来操作
                    wm.addView(decor, l);
                }
            } else if (!willBeVisible) {
                if (localLOGV) Slog.v(
                    TAG, "Launch " + r + " mStartedActivity set");
                r.hideForNow = true;
            }
            // 代码省略
    }

 public final ActivityClientRecord performResumeActivity(IBinder token,
            boolean clearHide) {
        ActivityClientRecord r = mActivities.get(token);

        if (r != null && !r.activity.mFinished) {
                try {
                // 代码省略
                // 执行onResume
                r.activity.performResume();
                // 代码省略
            } catch (Exception e) {

            }
        }
        return r;
    }

Activity启动之后，Android给我们提供了操作系统服务的统一入口，也就是Activity本身。这些工作并不是Activity自己实现的，而是将操作委托给Activity父类ContextThemeWrapper的mBase对象，这个对象的实现类就是ContextImpl ( 也就是performLaunchActivity方法中构建的ContextImpl )。

class ContextImpl extends Context {
    private final static String TAG = "ApplicationContext";
    private final static boolean DEBUG = false;
    private final static boolean DEBUG_ICONS = false;

    private static final Object sSync = new Object();
    private static AlarmManager sAlarmManager;
    private static PowerManager sPowerManager;
    private static ConnectivityManager sConnectivityManager;
    private AudioManager mAudioManager;
    LoadedApk mPackageInfo;
    private Resources mResources;
    private PackageManager mPackageManager;
    private NotificationManager mNotificationManager = null;
    private ActivityManager mActivityManager = null;

    // 代码省略

        @Override
    public void sendBroadcast(Intent intent) {
        String resolvedType = intent.resolveTypeIfNeeded(getContentResolver());
        try {
            ActivityManagerNative.getDefault().broadcastIntent(
                mMainThread.getApplicationThread(), intent, resolvedType, null,
                Activity.RESULT_OK, null, null, null, false, false);
        } catch (RemoteException e) {
        }
    }


        @Override
    public void startActivity(Intent intent) {
        if ((intent.getFlags()&Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK) == 0) {
            throw new AndroidRuntimeException(
                    "Calling startActivity() from outside of an Activity "
                    + " context requires the FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK flag."
                    + " Is this really what you want?");
        }
        mMainThread.getInstrumentation().execStartActivity(
            getOuterContext(), mMainThread.getApplicationThread(), null, null, intent, -1);
    }


        @Override
    public ComponentName startService(Intent service) {
        try {
            ComponentName cn = ActivityManagerNative.getDefault().startService(
                mMainThread.getApplicationThread(), service,
                service.resolveTypeIfNeeded(getContentResolver()));
            if (cn != null && cn.getPackageName().equals("!")) {
                throw new SecurityException(
                        "Not allowed to start service " + service
                        + " without permission " + cn.getClassName());
            }
            return cn;
        } catch (RemoteException e) {
            return null;
        }
    }

        @Override
    public String getPackageName() {
        if (mPackageInfo != null) {
            return mPackageInfo.getPackageName();
        }
        throw new RuntimeException("Not supported in system context");
    }
}

可以看到，ContextImpl内部有很多xxxManager类的对象，也就是我们上文所说的各种子系统的角色。ContextImpl内部封装了一些系统级别的操作，有的子系统功能虽然没有实现，但是也提供了访问该子系统的接口，比如获取ActivityManager的getActivityManager方法。
比如我们要启动一个Activity的时候，我们调用的是startActivity方法，这个功能的内部实现实际上是Instrumentation完成的。ContextImpl封装了这个功能，使得用户根本不需要知晓Instrumentation相关的信息，直接使用startActivity即可完成相应的工作。其他的子系统功能也是类似的实现，比如启动Service和发送广播内部使用的是ActivityManagerNative等。ContextImpl的结构图如下 :

优缺点

优点：

对客户程序隐藏子系统细节，因而减少了客户对于子系统的耦合，能够拥抱变化；
外观类对子系统的接口封装，使得系统更易于使用；
更好的划分访问层次，通过合理使用Facade，可以帮助我们更好地划分访问的层次。有些方法是对系统外的，有些方法是系统内部使用的。把需要暴露给外部的功能集中到外观类中，这样既方便客户端使用，也很好地隐藏了内部的细节。

缺点：

外观类接口膨胀，由于子系统的接口都由外观类统一对外暴露，使得外观类的 API 接口较多，在一定程度上增加了用户使用成本；
外观类没有遵循开闭原则(对扩展开放，对修改关闭)，当业务出现变更时，可能需要直接修改外观类。