Java : Facade パターン (図解/デザインパターン)

Facade パターンとは、GoF によって定義されたデザインパターンの１つです。
複雑な操作が必要となるサブシステムに対して、シンプルなインタフェースを提供します。

本記事では、Facade パターンを Java のコード付きで解説していきます。

デザインパターン(GoF) 関連記事

生成に関するパターン

構造に関するパターン
- Adapter
- Bridge
- Composite
- Decorator
- Facade
- Flyweight
- Proxy

振る舞いに関するパターン
- Chain of Responsibility
- Command
- Interpreter
- Iterator
- Mediator
- Memento
- Observer
- State
- Strategy
- Template Method
- Visitor

リンク

概要

Facade パターンあるいは Façade パターン（ファサード・パターン）とは、GoF（Gang of Four; 4人のギャングたち）によって定義された、コンピュータソフトウェアのデザインパターンの1つである。Facade（ファサード）とは「建物の正面」を意味する。異なるサブシステムを単純な操作だけを持ったFacadeクラスで結び、サブシステム間の独立性を高める事を目的とする。

Facade パターンとは、

複雑な操作や連携が必要となるクラス群 (サブシステム、モジュールなど) があり
上記に対して、使いやすいシンプルなインタフェースを提供する

という目的のための設計です。

もっと簡単にいうと、

複雑な処理をまとめる

ということです。
サブルーチンの考え方をもう少し広げた感じでしょうか。

Facade は、日本語的に発音すると「ファサード」となります。
意味は「建物の正面」ですね。

【Facade パターンのイメージ】

イメージ図1

クライアントは とあるデータを出力 したいとします。
しかし、そのためにはクラスA, B, C, D を使う必要があります。

例えば …

クラスA で元となるデータを取得
それをクラスB で変換
さらにクラスC で加工
最後にクラスD で出力

という工程が必要だとしましょう。

欲しいのは、最後の結果だけ です。
しかし、そのためにはクラスA, B, C, D の使い方をプログラマーが 理解する必要 があります。

１回だけしか使わない、自分だけしか使わない、というのであればそれもよいかもしれません。
しかし、そうでなけば手間ですし工数もかかります。

イメージ図2

「ファサード」クラスは、クラスA, B, C, D をクライアントから隠蔽(カプセル化) します。

クライアントは、「ファサード」クラスの シンプル なインタフェースを呼び出すだけです。
クラスA, B, C, D を知る必要はありません。それはコーディングの時間短縮にもつながるでしょう。

これが、Facade パターンのメリットになります。

オブジェクト指向に限らず、プログラミングにおいては、わりと自然な考え方なのかな … と思います。

Mediator パターン

クラス図とシーケンス図

クラス図1

シーケンス図1

上の図は、Facade パターンの一般的なクラス図とシーケンス図です。

依存関係は、

Facade → ClassA, B, C

です。逆はない のでご注意ください。

それでは、このクラス図をそのままコードにしてみましょう。

まずは ClassA, B, C です。

ClassA で値を取得
ClassB で値を変換
ClassC で値を出力

という流れになります。

public class ClassA {
    public String getText() {
        return "facade pattern!";
    }
}

public class ClassB {
    public String convert(String text) {
        return text.toUpperCase();
    }
}

public class ClassC {
    public void print(String text) {
        System.out.println(text);
    }
}

次に、Facade クラスです。

public class Facade {
    private final ClassA a = new ClassA();
    private final ClassB b = new ClassB();
    private final ClassC c = new ClassC();

    public void operate() {
        final var text1 = a.getText();
        final var text2 = b.convert(text1);
        c.print(text2);
    }
}

それでは、これらのクラスを使ってみましょう。
といっても、Facade クラスのシンプルなメソッドを呼び出すだけです。

final var facade = new Facade();
facade.operate();

// 結果
// ↓
//FACADE PATTERN!

結果も問題なしですね。
"facade pattern!" という文字列が、大文字に変換されてからコンソールに出力されました。

具体的な例

もう少し具体的な例も見てみましょう。
Webページを表示するブラウザを考えてみます。

クラス図2

Webページを表示するためには、

HTMLドキュメントの解析 (HtmlParser)
上記の解析結果 (HtmlItem)
画像の読み込み (ImageReader)
動画の読み込み (VideoReader)

が最低限必要になるとしましょう。

あと、例を簡単にするために、画像と動画はそれぞれ１つしか読み込めないとします。

クライアントとしては、

HTMLドキュメントの解析
画像・動画の読み込み

といった細かいことには興味がありません。
とにかく「Webページ」を 表示したいだけ です。

それでは Facade パターンを使ってコードを書いてみましょう。

HtmlParser クラスは、HTMLドキュメントを解析して HtmlItem オブジェクトを生成します。
(HtmlItem は「レコードクラス」です)

public class HtmlParser {
    public HtmlItem parse(String html) {

        ... 解析処理は省略 ...

        return new HtmlItem(... 省略 ...);
    }
}

public record HtmlItem(String text, String image, String video) {
}

ImageReader クラスは画像を読み込みます。
ここでは、実際の読み込み処理ではなく、代わりにテキストを表示させます。

public class ImageReader {
    public void read(String image) {
        System.out.println("画像読み込み OK : " + image);
    }
}

VideoReader クラスは動画を読み込みます。
こちらも、実際の読み込み処理ではなく、代わりにテキストを表示させます。

public class VideoReader {
    public void read(String video) {
        System.out.println("動画読み込み OK : " + video);
    }
}

最後に WebPageFacade クラスです。
今までのクラスを使って、Webページを表示させます。
(といっても、非常に簡易的なテキストでの表示です)

public class WebPageFacade {
    public void show(String html) {
        System.out.println("-- WebPage show --");

        final var parser = new HtmlParser();
        final var item = parser.parse(html);

        final var imageReader = new ImageReader();
        imageReader.read(item.image());

        final var videoReader = new VideoReader();
        videoReader.read(item.video());

        System.out.println("テキスト : " + item.text());
    }
}

それでは、実際に WebPageFacade クラスを使ってみましょう。
show メソッドに HTMLドキュメントを指定します。

final var html = """
        <html>
        <body>
        <img src="image.jpg"></img>
        <video controls src="video.mp4"></video>
        Hello, World!
        </body>
        </html>
        """;

final var facade = new WebPageFacade();
facade.show(html);

// 結果
// ↓
//-- WebPage show --
//画像読み込み OK : image.jpg
//動画読み込み OK : video.mp4
//テキスト : Hello, World!

テキストによる簡易的なものですが、無事に Webページが表示できました。

WebPageFacade を使うことにより、

HtmlParser
HtmlItem
ImageReader
VideoReader

といったクラスを意識しなくて済みます。
つまり、これらのクラスを隠蔽(カプセル化) したわけですね。

まとめ

Facade パターンとは、

複雑な操作や連携が必要となるクラス群 (サブシステム、モジュールなど) があり
上記に対して、使いやすいシンプルなインタフェースを提供する

という目的のための設計です。

オブジェクト指向に限らず、プログラミングにおいては、わりと自然な考え方なのかな … と思います。
ぜひ有効に活用していきたいですね。

デザインパターン(GoF)