化繁为简：中介者模式如何管理复杂对象交互

coffee_baby2024-09-21 10:54

化繁为简：中介者模式如何管理复杂对象交互

中介者模式 是一种行为型设计模式，定义了一个中介者对象，来封装一组对象之间的交互。中介者模式通过将对象之间的交互行为从多个对象中抽离出来，集中封装在一个中介者对象中，从而使各个对象之间的耦合松散，且可以独立地改变它们之间的交互。

核心思想：

中介者模式通过引入一个中介者，协调多个对象之间的交互，避免对象之间的直接通信 ，从而减少对象之间的耦合。

中介者模式的组成角色

Mediator（中介者接口）：

  • 中介者定义了对象之间交互的接口，负责协调各个对象之间的通信行为。

ConcreteMediator（具体中介者）：

  • 实现了 Mediator 接口，协调各具体同事对象之间的交互。它了解所有的同事对象，并通过其实现交互逻辑。

Colleague（同事类）：

  • 每个同事对象只知道中介者，不能直接与其他同事对象通信。所有的交互都通过中介者来完成。

ConcreteColleague（具体同事类）：

  • 实现了 Colleague 接口，依赖中介者与其他同事对象通信。每个具体同事对象的行为受到中介者的约束。

中介者模式的 UML 类图

类图解释：

  1. Mediator（中介者接口） ：定义了同事对象之间的通信接口，通常定义 send() 方法来协调通信。
  2. ConcreteMediator（具体中介者） ：
    • 实现了 Mediator 接口，具体负责管理和协调同事对象之间的通信。它知道所有的具体同事对象，并通过 send() 方法传递消息或协调操作。
    • 它也可以持有具体的同事对象的引用，负责管理这些对象。
  3. Colleague（同事类）：抽象类或接口，每个同事对象依赖中介者与其他同事进行交互。它不直接与其他同事对象通信，而是通过中介者通信。
  4. ConcreteColleague1、ConcreteColleague2（具体同事类） ：实现 Colleague，定义各自的具体操作。同事对象通过中介者协调相互间的通信

工作原理

  1. 集中通信 ：中介者模式通过引入 Mediator，将多个对象之间的交互逻辑集中到中介者中，使得各个同事类之间的关系变得松散耦合。
  2. 消息传递 ：同事对象通过调用中介者的 send() 方法进行通信。中介者负责接收和转发消息，并协调其他同事对象的行为。
  3. 解耦同事对象：同事对象之间不直接交互，而是通过中介者来处理。这样一来，各个对象之间的依赖关系被削弱了。

案例：机场塔台与飞机的调度

场景说明：

在机场，飞机起飞和降落的调度是一个非常复杂的过程。如果每架飞机都直接与其他飞机进行通信，会导致混乱并增加空中事故的风险。因此，机场有一个控制塔（塔台） ，它负责协调所有飞机的起飞和降落。

控制塔是中介者，飞机之间的所有通信都必须通过控制塔进行。飞机通过塔台来获取是否可以起飞或降落，从而避免与其他飞机发生冲突。

中介者模式的角色在机场塔台场景中的映射：

  1. Mediator（中介者接口）：机场控制塔，负责协调所有飞机的起飞和降落。
  2. ConcreteMediator（具体中介者）：具体实现的控制塔，协调飞机的飞行状态。
  3. Colleague（同事类）：抽象飞机类，代表参与通信的对象（飞机）。
  4. ConcreteColleague（具体同事类）：具体的飞机类，通过控制塔来决定起飞或降落。

代码实现：机场塔台调度系统

Step 1: 定义中介者接口

中介者接口定义了调度方法，用于协调飞机之间的通信。

java 复制代码 
// 中介者接口：塔台
public interface Mediator {
    void notify(String message, Airplane airplane);
}

Step 2: 实现具体的中介者

ControlTower 类是具体的中介者，它负责接收飞机的状态并通知其他飞机，确保起飞和降落顺序的安全。

java 复制代码 
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 具体中介者：控制塔
public class ControlTower implements Mediator {
    private List<Airplane> airplanes;

    public ControlTower() {
        this.airplanes = new ArrayList<>();
    }

    public void registerAirplane(Airplane airplane) {
        airplanes.add(airplane);
    }

    @Override
    public void notify(String message, Airplane airplane) {
        for (Airplane a : airplanes) {
            if (a != airplane) {
                a.receive(message);  // 通知其他飞机
            }
        }
    }
}

Step 3: 定义飞机抽象类

飞机类通过中介者来发送和接收信息，而不直接与其他飞机通信。

java 复制代码 
// 飞机抽象类
public abstract class Airplane {
    protected Mediator mediator;
    protected String name;

    public Airplane(Mediator mediator, String name) {
        this.mediator = mediator;
        this.name = name;
    }

    public abstract void send(String message);
    public abstract void receive(String message);
}

Step 4: 实现具体飞机类

具体飞机类实现了 send() 和 receive() 方法，通过塔台来发送和接收消息。

Boeing737 类

java 复制代码 
// 具体飞机：Boeing 737
public class Boeing737 extends Airplane {

    public Boeing737(Mediator mediator, String name) {
        super(mediator, name);
    }

    @Override
    public void send(String message) {
        System.out.println(this.name + " sends message: " + message);
        mediator.notify(message, this);  // 通过塔台发送消息
    }

    @Override
    public void receive(String message) {
        System.out.println(this.name + " receives message: " + message);
    }
}

AirbusA320 类

java 复制代码 
// 具体飞机：Airbus A320
public class AirbusA320 extends Airplane {

    public AirbusA320(Mediator mediator, String name) {
        super(mediator, name);
    }

    @Override
    public void send(String message) {
        System.out.println(this.name + " sends message: " + message);
        mediator.notify(message, this);  // 通过塔台发送消息
    }

    @Override
    public void receive(String message) {
        System.out.println(this.name + " receives message: " + message);
    }
}

Step 5: 测试中介者模式

通过 ControlTower 来协调 Boeing737 和 AirbusA320 之间的通信，确保飞机的起飞和降落顺序。

java 复制代码 
public class MediatorPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建控制塔
        ControlTower tower = new ControlTower();

        // 创建飞机并注册到塔台
        Airplane boeing737 = new Boeing737(tower, "Boeing 737");
        Airplane airbusA320 = new AirbusA320(tower, "Airbus A320");

        tower.registerAirplane(boeing737);
        tower.registerAirplane(airbusA320);

        // 飞机发送消息
        boeing737.send("Requesting permission to land.");
        airbusA320.send("Requesting permission to take off.");
    }
}

输出结果：

Boeing 737 sends message: Requesting permission to land.
Airbus A320 receives message: Requesting permission to land.
Airbus A320 sends message: Requesting permission to take off.
Boeing 737 receives message: Requesting permission to take off.

中介者模式在机场塔台场景中的工作原理

  1. 集中通信：所有的飞机（同事类）不直接通信，而是通过控制塔（中介者）进行协调。每架飞机都通过塔台发送和接收消息。
  2. 消息传递：当一架飞机发送起飞或降落请求时，塔台负责通知其他飞机，并保证飞行安全和秩序。
  3. 降低耦合性：飞机之间不直接通信，所有交互通过塔台完成，从而降低了飞机之间的耦合，增强了系统的灵活性和扩展性。

SpringMVC 中的 应用

在 Spring Framework 中，DispatcherServlet 作为前端控制器，实际上也承担了类似于中介者的作用。它在 Spring MVC 架构中负责协调不同组件（如控制器、视图解析器和处理器）的交互。

原理：
  • DispatcherServlet 作为一个统一的请求分发器，负责接收 HTTP 请求，并根据请求的 URL 或其他条件，将请求分发给适当的处理器（如 @Controller 的方法）。它并不直接参与具体的请求处理，而是协调多个组件来完成请求-响应的流程。
  • 控制器、视图解析器、处理器等组件之间不直接通信，而是通过 DispatcherServlet 进行交互。
java 复制代码 
// DispatcherServlet 伪代码，简化示例
public class DispatcherServlet extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
        // 根据请求查找对应的控制器
        Handler handler = getHandler(request);
        
        // 调用控制器处理请求
        ModelAndView mv = handler.handleRequest(request, response);
        
        // 解析视图并返回响应
        render(mv, response);
    }
}

在这里，DispatcherServlet 类似于中介者，协调多个组件之间的交互，不同的控制器和视图解析器不直接互相通信，而是通过 DispatcherServlet 进行处理。

中介者模式的优缺点与应用场景总结

优点：

  1. 降低对象之间的耦合性 ：
    • 中介者模式通过引入中介者，使多个对象之间的依赖关系转变为与中介者的依赖，减少了对象之间的直接交互，降低了系统的耦合度。
  2. 简化对象之间的通信 ：
    • 所有通信都通过中介者集中管理，使得系统结构更加清晰，逻辑集中，尤其在多方通信的复杂系统中，简化了交互逻辑。
  3. 符合开闭原则 ：
    • 中介者模式可以方便地扩展或修改交互逻辑，而不影响各个同事对象。可以通过修改中介者来增加或调整各对象之间的交互。
  4. 提高系统的灵活性 ：
    • 当需要增加新的对象或修改对象之间的交互行为时，可以通过中介者进行控制，增强了系统的扩展性和灵活性。

缺点：

  1. 中介者可能变得复杂 ：
    • 随着系统中同事对象的增多，中介者需要处理的交互逻辑也会变得越来越复杂，可能导致中介者变得难以维护，形成一个"上帝对象"。
  2. 不适合简单场景 ：
    • 如果对象之间的交互非常简单，使用中介者模式会引入不必要的复杂性，增加维护成本。

应用场景：

  1. 复杂对象交互的系统 ：
    • 在多个对象之间存在复杂交互的系统中，中介者模式非常适用。例如，GUI 控件交互（如按钮、文本框、下拉菜单等）可以通过中介者来管理。
  2. 消息队列系统 ：
    • 在消息队列（如 JMS）中，中介者管理生产者和消费者之间的消息传递，解耦了消息的发送和接收，避免直接通信。
  3. 事件驱动系统 ：
    • 在事件驱动架构中，事件发布者和监听者之间的通信可以通过中介者来协调，避免对象之间的紧密耦合。例如，Spring 的事件驱动机制 利用 ApplicationEventPublisher 和 ApplicationListener 解耦了事件发布和处理。
  4. 航空管制系统 ：
    • 像机场塔台这种需要协调多架飞机起降的系统，中介者可以集中管理对象的行为，保证复杂交互的有序进行。
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