设计模式之十八——访问者模式

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1 介绍

访问者模式是对象的行为模式。访问者模式的目的是封装一些施加于某种数据结构元素之上的操作。一旦这些操作需要修改的话，接受这个操作的数据结构则可以保持不变。

1.1 什么是访问者模式

封装一些作用于某种数据结构中的各元素的操作，它可以在不改变数据结构的前提下定义作用于这些元素的新的操作。

1.2 解决了什么问题

访问者模式适用于数据结构相对未定的系统，它把数据结构和作用于结构上的操作之间的耦合解脱开，使得操作集合可以相对自由地演化。

2 原理

• 访问者模式涉及到的角色如下：
  • 抽象访问者(Visitor)角色：声明了一个或者多个方法操作，形成所有的具体访问者角色必须实现的接口。
  • 具体访问者(ConcreteVisitor)角色：实现抽象访问者所声明的接口，也就是抽象访问者所声明的各个访问操作。
  • 抽象节点(Node)角色：声明一个接受操作，接受一个访问者对象作为一个参数。
  • 具体节点(ConcreteNode)角色：实现了抽象节点所规定的接受操作。
  • 结构对象(ObjectStructure)角色：有如下的责任，可以遍历结构中的所有元素；如果需要，提供一个高层次的接口让访问者对象可以访问每一个元素；如果需要，可以设计成一个复合对象或者一个聚集，如List或Set。

2.1 uml图

• 类图

类图

• 准备过程时序图

准备过程时序图

• 访问过程时序图

访问过程时序图

结构对象会遍历它自己所保存的聚集中的所有节点，在本系统中就是节点NodeA和NodeB。首先NodeA会被访问到，这个访问是由以下的操作组成的：

（1）NodeA对象的接受方法accept()被调用，并将VisitorA对象本身传入；

（2）NodeA对象反过来调用VisitorA对象的访问方法，并将NodeA对象本身传入；

（3）VisitorA对象调用NodeA对象的特有方法operationA()。

接着，NodeB会被访问，这个访问的过程和NodeA被访问的过程是一样的。

2.2 代码示例

Visitor代码示例

public interface Visitor {
    /**
     * 对应于NodeA的访问操作
     */
    public void visit(NodeA node);
    /**
     * 对应于NodeB的访问操作
     */
    public void visit(NodeB node);
}

VisitorA代码示例

public class VisitorA implements Visitor {
    /**
     * 对应于NodeA的访问操作
     */
    @Override
    public void visit(NodeA node) {
        System.out.println(node.operationA());
    }
    /**
     * 对应于NodeB的访问操作
     */
    @Override
    public void visit(NodeB node) {
        System.out.println(node.operationB());
    }

}

VisitorB代码示例

public class VisitorB implements Visitor {
    /**
     * 对应于NodeA的访问操作
     */
    @Override
    public void visit(NodeA node) {
        System.out.println(node.operationA());
    }
    /**
     * 对应于NodeB的访问操作
     */
    @Override
    public void visit(NodeB node) {
        System.out.println(node.operationB());
    }

}

Node代码示例

public abstract class Node {
    /**
     * 接受操作
     */
    public abstract void accept(Visitor visitor);
}

NodeA代码示例

public class NodeA extends Node{
    /**
     * 接受操作
     */
    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
    /**
     * NodeA特有的方法
     */
    public String operationA(){
        return "NodeA";
    }

}

NodeB代码示例

public class NodeB extends Node{
    /**
     * 接受方法
     */
    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
    /**
     * NodeB特有的方法
     */
    public String operationB(){
        return "NodeB";
    }
}

ObjectStructure代码示例

public class ObjectStructure {
    
    private List<Node> nodes = new ArrayList<Node>();
    
    /**
     * 执行方法操作
     */
    public void action(Visitor visitor){
        
        for(Node node : nodes)
        {
            node.accept(visitor);
        }
        
    }
    /**
     * 添加一个新元素
     */
    public void add(Node node){
        nodes.add(node);
    }
}

调用示例

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        //创建一个结构对象
        ObjectStructure os = new ObjectStructure();
        //给结构增加一个节点
        os.add(new NodeA());
        //给结构增加一个节点
        os.add(new NodeB());
        //创建一个访问者
        Visitor visitor = new VisitorA();
        os.action(visitor);
    }

}

2.3 优缺点

• 访问者模式的优点

  • 好的扩展性。能够在不修改对象结构中的元素的情况下，为对象结构中的元素添加新的功能。
  • 好的复用性。可以通过访问者来定义整个对象结构通用的功能，从而提高复用程度。
  • 分离无关行为。可以通过访问者来分离无关的行为，把相关的行为封装在一起，构成一个访问者，这样每一个访问者的功能都比较单一。

• 访问者模式的缺点

  • 对象结构变化很困难。不适用于对象结构中的类经常变化的情况，因为对象结构发生了改变，访问者的接口和访问者的实现都要发生相应的改变，代价太高。
  • 破坏封装。访问者模式通常需要对象结构开放内部数据给访问者和ObjectStructrue，这破坏了对象的封装性。

3 适用场景

1. 对象结构中对象对应的类很少改变，但经常需要在此对象结构上定义新的操作。
2. 需要对一个对象结构中的对象进行很多不同的并且不相关的操作，而需要避免让这些操作"污染"这些对象的类，也不希望在增加新操作时修改这些类。

4 总结

访问者模式是一种集中规整模式，特别适用于大规模重构的项目，在这一个阶段需求已经非常清晰，原系统的功能点也已经明确，通过访问者模式可以很容易把一些功能进行梳理，达到最终目的——功能集中化，如一个统一的报表运算、UI展现等，我们还可以与其他模式混编建立一套自己的过滤器或者拦截器，请大家参考混编模式的相关章节。

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参考书籍及文章
1.《Java与模式》，电子工业出版社，阎宏

2. 《大话设计模式》，清华大学出版社，程杰
3. 《设计模式——可复用面向对象软件的基础》，机械工业出版社，Erich Gamma，Richard Helm，Ralph Johnson，John Vlissides
4. 《Head First 设计模式（中文版）》，中国电力出版社
5. 《图说设计模式》，https://design-patterns.readthedocs.io/zh_CN/latest/index.html