设计模式之访问者模式

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什么是访问者模式

访问者模式是一种行为设计模式,它允许你在不改变类的结构的情况下增加新的操作。它是通过让对象决定哪些算法可以作用于它所包含的元素,从而增加新的操作类型来实现的。访问者模式是一种非常有用的模式,它可以将数据结构与数据操作分离,增加新的操作类型,而不改变数据结构。

在访问者模式中,有一个元素接口,它定义了所有元素类的公共方法,即接受访问的方法。然后,每个元素类都实现了这个接口,将自己的特定数据和操作封装起来。接着,有一个访问者接口,它定义了所有访问者的公共方法,即访问元素的方法。每个访问者类都实现了这个接口,并实现了访问元素的特定操作。

在客户端代码中,你可以创建元素对象和访问者对象,然后使用元素对象的 accept 方法接受访问者的访问。访问者会根据元素对象的类型调用相应的访问方法,从而实现了一种在不改变元素类的情况下增加新的操作的方式。

访问者模式有哪些核心角色

  1. 访问者(Visitor):这是一个抽象类,它定义了一个访问具体元素的接口,并为每个具体元素类对应一个访问操作visit()。
  2. 具体访问者(ConcreteVisitor):实现抽象访问者角色中声明的各个访问操作,确定访问者访问一个元素时该做什么。
  3. 抽象元素(Element):声明一个包含接受操作accept()的接口,被接受的访问者对象作为accept()方法的参数。
  4. 具体元素(ConcreteElement):实现抽象元素角色提供的accept()操作,其方法体通常都是visitor.visit(this)。具体元素中可能还包含本身业务逻辑的相关操作。

这些核心角色共同实现了访问者模式,可以在不改变类的结构的情况下增加新的操作,将数据结构与数据操作分离。

首先,我们定义一个"元素"接口:

java 复制代码
public interface Element {  
    void accept(Visitor visitor);  
}

然后,我们创建一些具体的元素类。在这个例子中,我们只有两种元素:ConcreteElementA 和 ConcreteElementB:

java 复制代码
public class ConcreteElementA implements Element {  
    @Override  
    public void accept(Visitor visitor) {  
        visitor.visit(this);  
    }  
}  
  
public class ConcreteElementB implements Element {  
    @Override  
    public void accept(Visitor visitor) {  
        visitor.visit(this);  
    }  
}

接着,我们定义一个"访问者"接口:

java 复制代码
public interface Visitor {  
    void visit(ConcreteElementA elementA);  
    void visit(ConcreteElementB elementB);  
}

然后我们创建一些具体的访问者类:在这个例子中,我们只有一种访问者:ConcreteVisitor:

java 复制代码
public class ConcreteVisitor implements Visitor {  
    @Override  
    public void visit(ConcreteElementA elementA) {  
        System.out.println("ConcreteVisitor visited ConcreteElementA");  
    }  
  
    @Override  
    public void visit(ConcreteElementB elementB) {  
        System.out.println("ConcreteVisitor visited ConcreteElementB");  
    }  
}

最后,我们在客户端代码中使用访问者模式:

java 复制代码
public class Client {  
    public static void main(String[] args) {  
        Element elementA = new ConcreteElementA();  
        Element elementB = new ConcreteElementB();  
        Visitor visitor = new ConcreteVisitor();  
        elementA.accept(visitor);  // 输出 "ConcreteVisitor visited ConcreteElementA"  
        elementB.accept(visitor);  // 输出 "ConcreteVisitor visited ConcreteElementB"  
    }  
}

访问者模式如何实现

需求描述

要说三国中最创业最牛的还属在桃园拜把子的刘关张,谁能想一个编草鞋的、一个杀猪的、还有一个在逃犯,居然这么厉害,从零成功打下江山还立国了,当然最后最守住江山确实很可惜;但要说这成功的秘密,还得刘备这当大哥的会画饼,并且关、张这种狠人,还只吃他的饼,你说厉害不。在创业的路上,刘备带着两个迷弟是从一个失败走向另一个失败,但是刘、关、张之间的结构关系是相当的稳定,"我听大哥的!","俺也一样!"。

如果把刘关张套用到访问者模式中,刘备实际上相当于具体的访问者,最稳定的技能就是哭和画饼;关、张就是具体元素,结构非常稳定,就是只听大哥的,如果想指挥他们,就得通过大哥发话才好使。

下面通过伪代码示例说明一个访问者模式如何实现。

实现方法

  1. DaGe.java:抽象大哥接口,即抽象访问者的角色,定义大哥的抽象能力,供具体的访问者实现,并为每一个具体的元素类调用;
java 复制代码
/**
 * 抽象大哥
 */
public interface DaGe {
    /**
     * 给关羽画饼
     * @param zhangFei
     */
    void huabing(GuanYu zhangFei);

    /**
     * 给张飞画饼
     * @param zhangFei
     */
    void huabing(ZhangFei zhangFei);
}
  1. MengJiang.java:抽象猛将接口,定义作为猛将应该具备的能力-服务大哥的命令,所以会接受一个抽象大哥接口作为参数,即抽象元素;
java 复制代码
/**
 * 抽象猛将
 */
public interface MengJiang {
    /**
     * 接受命令
     * @param daGe
     */
    void accept(DaGe daGe);
}
  1. GuanYu.java、ZhangFei.java:实现其猛将接口,即具体的元素;
java 复制代码
public class GuanYu implements MengJiang {
    private String name = "云长";

    public String getName() {
        return name;
    }

    @Override
    public void accept(DaGe daGe) {
        daGe.huabing(this);
        System.out.println(this.name + ":我听大哥的!");

    }
}
java 复制代码
public class ZhangFei implements MengJiang {
    private String name = "翼德";

    public String getName() {
        return name;
    }

    @Override
    public void accept(DaGe daGe) {
        daGe.huabing(this);
        System.out.println(this.name + ":俺也一样!");
    }
}
  1. LiuBei.java:抽象大哥接口的实现类,确定者访问者具体的业务能力,即画饼。
java 复制代码
public class LiuBei implements DaGe{
    public String name="刘备";

    @Override
    public void huabing(GuanYu zhangFei) {
        String msg=this.name+":二弟,努把力,斩落敌将,晚上给你加个鸡腿!";
        System.out.println(msg);
    }

    @Override
    public void huabing(ZhangFei zhangFei) {
        String msg=this.name+":三弟,把家产卖了资助我打江山吧,到时候给你娶个嫂嫂!";
        System.out.println(msg);
    }
}
  1. Client.java:编写客户端业务;
java 复制代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        DaGe daGe = new LiuBei();
        MengJiang guanyu = new GuanYu();
        MengJiang zhangfei = new ZhangFei();
        guanyu.accept(daGe);
        zhangfei.accept(daGe);
    }
}

如何扩展

后来孔明做了刘备的军师,代替刘备行使大哥发号使令的权利后,一点点开始成功起来。那么增加孔明这个代理大哥了,铁三角的结构依然是不变的,怎么用代码实现呢?

1、实现大哥的接口,代替刘备向关张发号使令

java 复制代码
public class KongMing implements DaGe {
    private String name = "孔明";

    @Override
    public void huabing(GuanYu zhangFei) {
        String msg = this.name + ":" + zhangFei.getName() + ",悄悄埋伏,守好此道,必能擒住曹贼!";
        System.out.println(msg);
    }

    @Override
    public void huabing(ZhangFei zhangFei) {
        String msg = this.name + ":" + zhangFei.getName() + ",且勿酗酒鞭打士兵,好好打仗,我给你娶个弟妹!";
        System.out.println(msg);
    }
}

2、修改客户端业务

java 复制代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        DaGe daGe = new LiuBei();
        MengJiang guanyu = new GuanYu();
        MengJiang zhangfei = new ZhangFei();
        guanyu.accept(daGe);
        zhangfei.accept(daGe);
        System.out.println("--------------");
        daGe = new KongMing();
        guanyu.accept(daGe);
        zhangfei.accept(daGe);
    }
}

访问者模式适用哪些场景

了解了什么是访问者模式、有哪些核心角色以及如何实现后,这里再梳理一下访问者模式适用于哪些业务场景:

  1. 数据结构相对稳定,而算法易变的系统。
  2. 需要对不同数据类型进行操作,而不使用分支判断具体类型的场景。
  3. 需要将数据结构与数据操作分离的场景。
  4. 需要对数据结构进行扩展性操作,例如增加新的操作或新的元素类型,而不需要修改原有元素类的场景。

需要特别注意的是,访问者模式通过将数据结构和操作分离开来,使得数据结构可以保持稳定,而操作可以随意扩展。这种解耦有助于提高系统的灵活性和可复用性。然而,访问者模式也有一些缺点,例如增加新的数据结构困难、违反了依赖倒置原则等,使用时需要根据具体情况权衡利弊。

访问者模式的优点和缺点

优点

  1. 符合单一职责原则,即数据的存储和操作分别由对象结构类和访问者类实现。
  2. 提供了优秀的扩展性和灵活性。可以通过扩展访问者角色,实现对数据集的不同操作。
  3. 元素具体类型并非单一,访问者均可操作。

缺点

  1. 无法增加元素类型。若系统数据结构易于变化,经常有新的数据对象增加进来,则访问者类必须增加对应元素类型的操作,违背了开闭原则。
  2. 具体元素变得更困难。具体元素增加属性、删除属性等操作会导致对应的访问者类需要进行相应的修改,尤其当有大量访问者类时,修改范围太大。
  3. 具体元素对访问者公布了其细节,违反了迪米特法则;
  4. 违背依赖倒置原则。为了达到"区别对待",访问者依赖的是具体元素类型,而不是抽象。

总结

综上所述,访问者模式具有优秀的扩展性和灵活性,但也存在一些缺点需要注意。使用时需要根据具体情况权衡利弊。

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