java訪問者模式的靜態(tài)動態(tài)及偽動態(tài)分派徹底理解
本文節(jié)選自《設(shè)計模式就該這樣學(xué)》
1 使用訪問者模式實現(xiàn)KPI考核的場景
每到年底，管理層就要開始評定員工一年的工作績效，員工分為工程師和經(jīng)理；管理層有CEO和CTO。那么CTO關(guān)注工程師的代碼量、經(jīng)理的新產(chǎn)品數(shù)量；CEO關(guān)注工程師的KPI、經(jīng)理的KPI及新產(chǎn)品數(shù)量。
由于CEO和CTO對于不同的員工的關(guān)注點是不一樣的，這就需要對不同的員工類型進行不同的處理。此時，訪問者模式可以派上用場了，來看代碼。
//員工基類
public abstract class Employee {
public String name;
public int kpi;//員工KPI
public Employee(String name) {
this.name = name;
kpi = new Random().nextInt(10);
}
//核心方法，接受訪問者的訪問
public abstract void accept(IVisitor visitor);
}Employee類定義了員工基本信息及一個accept()方法，accept()方法表示接受訪問者的訪問，由具體的子類來實現(xiàn)。訪問者是一個接口，傳入不同的實現(xiàn)類，可訪問不同的數(shù)據(jù)。下面看工程師Engineer類的代碼。
//工程師
public class Engineer extends Employee {
public Engineer(String name) {
super(name);
}
@Override
public void accept(IVisitor visitor) {
visitor.visit(this);
}
//工程師一年的代碼量
public int getCodeLines() {
return new Random().nextInt(10 * 10000);
}
}經(jīng)理Manager類的代碼如下。
//經(jīng)理
public class Manager extends Employee {
public Manager(String name) {
super(name);
}
@Override
public void accept(IVisitor visitor) {
visitor.visit(this);
}
//一年做的新產(chǎn)品數(shù)量
public int getProducts() {
return new Random().nextInt(10);
}
}工程師被考核的是代碼量，經(jīng)理被考核的是新產(chǎn)品數(shù)量，二者的職責不一樣。也正是因為有這樣的差異性，才使得訪問模式能夠在這個場景下發(fā)揮作用。Employee、Engineer、Manager 3個類型相當于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這些類型相對穩(wěn)定，不會發(fā)生變化。
將這些員工添加到一個業(yè)務(wù)報表類中，公司高層可以通過該報表類的showReport()方法查看所有員工的業(yè)績，代碼如下。
//員工業(yè)務(wù)報表類
public class BusinessReport {
private List<Employee> employees = new LinkedList<Employee>();
public BusinessReport() {
employees.add(new Manager("經(jīng)理-A"));
employees.add(new Engineer("工程師-A"));
employees.add(new Engineer("工程師-B"));
employees.add(new Engineer("工程師-C"));
employees.add(new Manager("經(jīng)理-B"));
employees.add(new Engineer("工程師-D"));
}
/**
* 為訪問者展示報表
* @param visitor 公司高層，如CEO、CTO
*/
public void showReport(IVisitor visitor) {
for (Employee employee : employees) {
employee.accept(visitor);
}
}
}下面來看訪問者類型的定義，訪問者聲明了兩個visit()方法，分別對工程師和經(jīng)理訪問，代碼如下。
public interface IVisitor {
//訪問工程師類型
void visit(Engineer engineer);
//訪問經(jīng)理類型
void visit(Manager manager);
}上面代碼定義了一個IVisitor接口，該接口有兩個visit()方法，參數(shù)分別是Engineer和Manager，也就是說對于Engineer和Manager的訪問會調(diào)用兩個不同的方法，以此達到差異化處理的目的。這兩個訪問者具體的實現(xiàn)類為CEOVisitor類和CTOVisitor類。首先來看CEOVisitor類的代碼。
//CEO訪問者
public class CEOVisitor implements IVisitor {
public void visit(Engineer engineer) {
System.out.println("工程師: " + engineer.name + ", KPI: " + engineer.kpi);
}
public void visit(Manager manager) {
System.out.println("經(jīng)理: " + manager.name + ", KPI: " + manager.kpi +
", 新產(chǎn)品數(shù)量: " + manager.getProducts());
}
}在CEO的訪問者中，CEO關(guān)注工程師的KPI、經(jīng)理的KPI和新產(chǎn)品數(shù)量，通過兩個visit()方法分別進行處理。如果不使用訪問者模式，只通過一個visit()方法進行處理，則需要在這個visit()方法中進行判斷，然后分別處理，代碼如下。
public class ReportUtil {
public void visit(Employee employee) {
if (employee instanceof Manager) {
Manager manager = (Manager) employee;
System.out.println("經(jīng)理: " + manager.name + ", KPI: " + manager.kpi +
", 新產(chǎn)品數(shù)量: " + manager.getProducts());
} else if (employee instanceof Engineer) {
Engineer engineer = (Engineer) employee;
System.out.println("工程師: " + engineer.name + ", KPI: " + engineer.kpi);
}
}
}這就導(dǎo)致了if...else邏輯的嵌套及類型的強制轉(zhuǎn)換，難以擴展和維護，當類型較多時，這個ReportUtil就會很復(fù)雜。而使用訪問者模式，通過同一個函數(shù)對不同的元素類型進行相應(yīng)處理，使結(jié)構(gòu)更加清晰、靈活性更高。然后添加一個CTO的訪問者類CTOVisitor。
public class CTOVisitor implements IVisitor {
public void visit(Engineer engineer) {
System.out.println("工程師: " + engineer.name + ", 代碼行數(shù): " + engineer.getCodeLines());
}
public void visit(Manager manager) {
System.out.println("經(jīng)理: " + manager.name + ", 產(chǎn)品數(shù)量: " + manager.getProducts());
}
}重載的visit()方法會對元素進行不同的操作，而通過注入不同的訪問者又可以替換掉訪問者的具體實現(xiàn)，使得對元素的操作變得更靈活，可擴展性更高，同時，消除了類型轉(zhuǎn)換、if...else等“丑陋”的代碼。
客戶端測試代碼如下。
public static void main(String[] args) {
//構(gòu)建報表
BusinessReport report = new BusinessReport();
System.out.println("=========== CEO看報表 ===========");
report.showReport(new CEOVisitor());
System.out.println("=========== CTO看報表 ===========");
report.showReport(new CTOVisitor());
}運行結(jié)果如下圖所示。
file
在上述案例中，Employee扮演了Element角色，Engineer和Manager都是 ConcreteElement，CEOVisitor和CTOVisitor都是具體的Visitor對象，BusinessReport就是ObjectStructure。
訪問者模式最大的優(yōu)點就是增加訪問者非常容易，從代碼中可以看到，如果要增加一個訪問者，則只要新實現(xiàn)一個訪問者接口的類，從而達到數(shù)據(jù)對象與數(shù)據(jù)操作相分離的效果。如果不使用訪問者模式，而又不想對不同的元素進行不同的操作，則必定需要使用if...else和類型轉(zhuǎn)換，這使得代碼難以升級維護。
我們要根據(jù)具體情況來評估是否適合使用訪問者模式。例如，對象結(jié)構(gòu)是否足夠穩(wěn)定，是否需要經(jīng)常定義新的操作，使用訪問者模式是否能優(yōu)化代碼，而不使代碼變得更復(fù)雜。
2 從靜態(tài)分派到動態(tài)分派
變量被聲明時的類型叫作變量的靜態(tài)類型（Static Type），有些人又把靜態(tài)類型叫作明顯類型（Apparent Type）；而變量所引用的對象的真實類型又叫作變量的實際類型（Actual Type）。比如：
List list = null; list = new ArrayList();
上面代碼聲明了一個變量list，它的靜態(tài)類型（也叫作明顯類型）是List，而它的實際類型是ArrayList。根據(jù)對象的類型對方法進行的選擇，就是分派（Dispatch）。分派又分為兩種，即靜態(tài)分派和動態(tài)分派。
2.1 靜態(tài)分派
靜態(tài)分派（Static Dispatch）就是按照變量的靜態(tài)類型進行分派，從而確定方法的執(zhí)行版本，靜態(tài)分派在編譯期就可以確定方法的版本。而靜態(tài)分派最典型的應(yīng)用就是方法重載，來看下面的代碼。
public class Main {
public void test(String string){
System.out.println("string");
}
public void test(Integer integer){
System.out.println("integer");
}
public static void main(String[] args) {
String string = "1";
Integer integer = 1;
Main main = new Main();
main.test(integer);
main.test(string);
}
}在靜態(tài)分派判斷的時候，根據(jù)多個判斷依據(jù)（即參數(shù)類型和個數(shù)）判斷出方法的版本，這就是多分派的概念，因為我們有一個以上的考量標準，所以Java是靜態(tài)多分派的語言。
2.2 動態(tài)分派
對于動態(tài)分派，與靜態(tài)分派相反，它不是在編譯期確定的方法版本，而是在運行時才能確定的。而動態(tài)分派最典型的應(yīng)用就是多態(tài)的特性。舉個例子，來看下面的代碼。
interface Person{
void test();
}
class Man implements Person{
public void test(){
System.out.println("男人");
}
}
class Woman implements Person{
public void test(){
System.out.println("女人");
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Person man = new Man();
Person woman = new Woman();
man.test();
woman.test();
}
}這段代碼的輸出結(jié)果為依次打印男人和女人，然而這里的test()方法版本，無法根據(jù)Man和Woman的靜態(tài)類型判斷，他們的靜態(tài)類型都是Person接口，根本無從判斷。
顯然，產(chǎn)生這樣的輸出結(jié)果，就是因為test()方法的版本是在運行時判斷的，這就是動態(tài)分派。
動態(tài)分派判斷的方法是在運行時獲取Man和Woman的實際引用類型，再確定方法的版本，而由于此時判斷的依據(jù)只是實際引用類型，只有一個判斷依據(jù)，所以這就是單分派的概念，這時考量標準只有一個，即變量的實際引用類型。相應(yīng)地，這說明Java是動態(tài)單分派的語言。
3 訪問者模式中的偽動態(tài)分派
通過前面的分析，我們知道Java是靜態(tài)多分派、動態(tài)單分派的語言。Java底層不支持動態(tài)雙分派。但是通過使用設(shè)計模式，也可以在Java里實現(xiàn)偽動態(tài)雙分派。在訪問者模式中使用的就是偽動態(tài)雙分派。所謂動態(tài)雙分派就是在運行時依據(jù)兩個實際類型去判斷一個方法的運行行為，而訪問者模式實現(xiàn)的手段是進行兩次動態(tài)單分派來達到這個效果。
還是回到前面的KPI考核業(yè)務(wù)場景中，BusinessReport類中的showReport()方法的代碼如下。
public void showReport(IVisitor visitor) {
for (Employee employee : employees) {
employee.accept(visitor);
}
}這里依據(jù)Employee和IVisitor兩個實際類型決定了showReport()方法的執(zhí)行結(jié)果，從而決定了accept()方法的動作。
accept()方法的調(diào)用過程分析如下。
（1）當調(diào)用accept()方法時，根據(jù)Employee的實際類型決定是調(diào)用Engineer還是Manager的accept()方法。
（2）這時accept()方法的版本已經(jīng)確定，假如是Engineer，則它的accept()方法調(diào)用下面這行代碼。
public void accept(IVisitor visitor) {
visitor.visit(this);
}
此時的this是Engineer類型，因此對應(yīng)的是IVisitor接口的visit(Engineer engineer)方法，此時需要再根據(jù)訪問者的實際類型確定visit()方法的版本，如此一來，就完成了動態(tài)雙分派的過程。
以上過程通過兩次動態(tài)雙分派，第一次對accept()方法進行動態(tài)分派，第二次對訪問者的visit()方法進行動態(tài)分派，從而達到根據(jù)兩個實際類型確定一個方法的行為的效果。
而原本的做法通常是傳入一個接口，直接使用該接口的方法，此為動態(tài)單分派，就像策略模式一樣。在這里，showReport()方法傳入的訪問者接口并不是直接調(diào)用自己的visit()方法，而是通過Employee的實際類型先動態(tài)分派一次，然后在分派后確定的方法版本里進行自己的動態(tài)分派。
注：這里確定accept(IVisitor visitor)方法是由靜態(tài)分派決定的，所以這個并不在此次動態(tài)雙分派的范疇內(nèi)，而且靜態(tài)分派是在編譯期完成的，所以accept(IVisitor visitor)方法的靜態(tài)分派與訪問者模式的動態(tài)雙分派并沒有任何關(guān)系。動態(tài)雙分派說到底還是動態(tài)分派，是在運行時發(fā)生的，它與靜態(tài)分派有著本質(zhì)上的區(qū)別，不可以說一次動態(tài)分派加一次靜態(tài)分派就是動態(tài)雙分派，而且訪問者模式的雙分派本身也是另有所指。
而this的類型不是動態(tài)分派確定的，把它寫在哪個類中，它的靜態(tài)類型就是哪個類，這是在編譯期就確定的，不確定的是它的實際類型，請小伙伴們也要區(qū)分開來。
4 訪問者模式在JDK源碼中的應(yīng)用
首先來看JDK的NIO模塊下的FileVisitor接口，它提供了遞歸遍歷文件樹的支持。這個接口上的方法表示了遍歷過程中的關(guān)鍵過程，允許在文件被訪問、目錄將被訪問、目錄已被訪問、發(fā)生錯誤等過程中進行控制。換句話說，這個接口在文件被訪問前、訪問中和訪問后，以及產(chǎn)生錯誤的時候都有相應(yīng)的鉤子程序進行處理。
調(diào)用FileVisitor中的方法，會返回訪問結(jié)果的FileVisitResult對象值，用于決定當前操作完成后接下來該如何處理。FileVisitResult的標準返回值存放在FileVisitResult枚舉類型中，代碼如下。
public interface FileVisitor<T> {
FileVisitResult preVisitDirectory(T dir, BasicFileAttributes attrs)
throws IOException;
FileVisitResult visitFile(T file, BasicFileAttributes attrs)
throws IOException;
FileVisitResult visitFileFailed(T file, IOException exc)
throws IOException;
FileVisitResult postVisitDirectory(T dir, IOException exc)
throws IOException;
}（1）FileVisitResult.CONTINUE：這個訪問結(jié)果表示當前的遍歷過程將會繼續(xù)。
（2）FileVisitResult.SKIP_SIBLINGS：這個訪問結(jié)果表示當前的遍歷過程將會繼續(xù)，但是要忽略當前文件/目錄的兄弟節(jié)點。
（3）FileVisitResult.SKIP_SUBTREE：這個訪問結(jié)果表示當前的遍歷過程將會繼續(xù)，但是要忽略當前目錄下的所有節(jié)點。
（4）FileVisitResult.TERMINATE：這個訪問結(jié)果表示當前的遍歷過程將會停止。
通過訪問者去遍歷文件樹會比較方便，比如查找文件夾內(nèi)符合某個條件的文件或者某一天內(nèi)所創(chuàng)建的文件，這個類中都提供了相對應(yīng)的方法。它的實現(xiàn)其實也非常簡單，代碼如下。
public class SimpleFileVisitor<T> implements FileVisitor<T> {
protected SimpleFileVisitor() {
}
@Override
public FileVisitResult preVisitDirectory(T dir, BasicFileAttributes attrs)
throws IOException
{
Objects.requireNonNull(dir);
Objects.requireNonNull(attrs);
return FileVisitResult.CONTINUE;
}
@Override
public FileVisitResult visitFile(T file, BasicFileAttributes attrs)
throws IOException
{
Objects.requireNonNull(file);
Objects.requireNonNull(attrs);
return FileVisitResult.CONTINUE;
}
@Override
public FileVisitResult visitFileFailed(T file, IOException exc)
throws IOException
{
Objects.requireNonNull(file);
throw exc;
}
@Override
public FileVisitResult postVisitDirectory(T dir, IOException exc)
throws IOException
{
Objects.requireNonNull(dir);
if (exc != null)
throw exc;
return FileVisitResult.CONTINUE;
}
}5 訪問者模式在Spring源碼中的應(yīng)用
再來看訪問者模式在Spring中的應(yīng)用，Spring IoC中有個BeanDefinitionVisitor類，其中有一個visitBeanDefinition()方法，源碼如下。
public class BeanDefinitionVisitor {
@Nullable
private StringValueResolver valueResolver;
public BeanDefinitionVisitor(StringValueResolver valueResolver) {
Assert.notNull(valueResolver, "StringValueResolver must not be null");
this.valueResolver = valueResolver;
}
protected BeanDefinitionVisitor() {
}
public void visitBeanDefinition(BeanDefinition beanDefinition) {
visitParentName(beanDefinition);
visitBeanClassName(beanDefinition);
visitFactoryBeanName(beanDefinition);
visitFactoryMethodName(beanDefinition);
visitScope(beanDefinition);
if (beanDefinition.hasPropertyValues()) {
visitPropertyValues(beanDefinition.getPropertyValues());
}
if (beanDefinition.hasConstructorArgumentValues()) {
ConstructorArgumentValues cas = beanDefinition.getConstructorArgumentValues();
visitIndexedArgumentValues(cas.getIndexedArgumentValues());
visitGenericArgumentValues(cas.getGenericArgumentValues());
}
}
...
}我們看到，在visitBeanDefinition()方法中，訪問了其他數(shù)據(jù)，比如父類的名字、自己的類名、在IoC容器中的名稱等各種信息。
以上就是java訪問者模式的靜態(tài)動態(tài)及偽動態(tài)分派徹底理解的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于java訪問者模式靜態(tài)動態(tài)偽動態(tài)的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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