JAVA設(shè)計(jì)模式之訪問(wèn)者模式詳解

更新時(shí)間：2015年04月01日 15:27:24 投稿：junjie

這篇文章主要介紹了JAVA設(shè)計(jì)模式之訪問(wèn)者模式詳解,訪問(wèn)者模式是對(duì)象的行為模式,訪問(wèn)者模式的目的是封裝一些施加于某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)元素之上的操作,需要的朋友可以參考下

在閻宏博士的《JAVA與模式》一書(shū)中開(kāi)頭是這樣描述訪問(wèn)者（Visitor）模式的：

　　訪問(wèn)者模式是對(duì)象的行為模式。訪問(wèn)者模式的目的是封裝一些施加于某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)元素之上的操作。一旦這些操作需要修改的話，接受這個(gè)操作的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)則可以保持不變。

分派的概念

　　變量被聲明時(shí)的類(lèi)型叫做變量的靜態(tài)類(lèi)型(Static Type)，有些人又把靜態(tài)類(lèi)型叫做明顯類(lèi)型(Apparent Type)；而變量所引用的對(duì)象的真實(shí)類(lèi)型又叫做變量的實(shí)際類(lèi)型(Actual Type)。比如：

復(fù)制代碼代碼如下:

List list = null;

list = new ArrayList();

聲明了一個(gè)變量list，它的靜態(tài)類(lèi)型（也叫明顯類(lèi)型）是List，而它的實(shí)際類(lèi)型是ArrayList。

　　根據(jù)對(duì)象的類(lèi)型而對(duì)方法進(jìn)行的選擇，就是分派(Dispatch)，分派(Dispatch)又分為兩種，即靜態(tài)分派和動(dòng)態(tài)分派。

　　靜態(tài)分派(Static Dispatch)發(fā)生在編譯時(shí)期，分派根據(jù)靜態(tài)類(lèi)型信息發(fā)生。靜態(tài)分派對(duì)于我們來(lái)說(shuō)并不陌生，方法重載就是靜態(tài)分派。

　　動(dòng)態(tài)分派(Dynamic Dispatch)發(fā)生在運(yùn)行時(shí)期，動(dòng)態(tài)分派動(dòng)態(tài)地置換掉某個(gè)方法。

靜態(tài)分派

　　Java通過(guò)方法重載支持靜態(tài)分派。用墨子騎馬的故事作為例子，墨子可以騎白馬或者黑馬。墨子與白馬、黑馬和馬的類(lèi)圖如下所示：

在這個(gè)系統(tǒng)中，墨子由Mozi類(lèi)代表

復(fù)制代碼代碼如下:

public class Mozi {

    public void ride(Horse h){
        System.out.println("騎馬");
    }

    public void ride(WhiteHorse wh){
        System.out.println("騎白馬");
    }

    public void ride(BlackHorse bh){
        System.out.println("騎黑馬");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Horse wh = new WhiteHorse();
        Horse bh = new BlackHorse();
        Mozi mozi = new Mozi();
        mozi.ride(wh);
        mozi.ride(bh);
    }

}

　顯然，Mozi類(lèi)的ride()方法是由三個(gè)方法重載而成的。這三個(gè)方法分別接受馬(Horse)、白馬(WhiteHorse)、黑馬(BlackHorse)等類(lèi)型的參數(shù)。

　　那么在運(yùn)行時(shí)，程序會(huì)打印出什么結(jié)果呢？結(jié)果是程序會(huì)打印出相同的兩行“騎馬”。換言之，墨子發(fā)現(xiàn)他所騎的都是馬。

　　為什么呢？?jī)纱螌?duì)ride()方法的調(diào)用傳入的是不同的參數(shù)，也就是wh和bh。它們雖然具有不同的真實(shí)類(lèi)型，但是它們的靜態(tài)類(lèi)型都是一樣的，均是Horse類(lèi)型。

　　重載方法的分派是根據(jù)靜態(tài)類(lèi)型進(jìn)行的，這個(gè)分派過(guò)程在編譯時(shí)期就完成了。

　動(dòng)態(tài)分派

　　Java通過(guò)方法的重寫(xiě)支持動(dòng)態(tài)分派。用馬吃草的故事作為例子，代碼如下所示：

復(fù)制代碼代碼如下:

public class Horse {

    public void eat(){

        System.out.println("馬吃草");

    }

}

復(fù)制代碼代碼如下:

public class BlackHorse extends Horse {

    @Override

    public void eat() {

        System.out.println("黑馬吃草");

    }

}

復(fù)制代碼代碼如下:

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Horse h = new BlackHorse();
        h.eat();
    }

}

變量h的靜態(tài)類(lèi)型是Horse，而真實(shí)類(lèi)型是BlackHorse。如果上面最后一行的eat()方法調(diào)用的是BlackHorse類(lèi)的eat()方法，那么上面打印的就是“黑馬吃草”；相反，如果上面的eat()方法調(diào)用的是Horse類(lèi)的eat()方法，那么打印的就是“馬吃草”。

　　所以，問(wèn)題的核心就是Java編譯器在編譯時(shí)期并不總是知道哪些代碼會(huì)被執(zhí)行，因?yàn)榫幾g器僅僅知道對(duì)象的靜態(tài)類(lèi)型，而不知道對(duì)象的真實(shí)類(lèi)型；而方法的調(diào)用則是根據(jù)對(duì)象的真實(shí)類(lèi)型，而不是靜態(tài)類(lèi)型。這樣一來(lái)，上面最后一行的eat()方法調(diào)用的是BlackHorse類(lèi)的eat()方法，打印的是“黑馬吃草”。

　分派的類(lèi)型

　　一個(gè)方法所屬的對(duì)象叫做方法的接收者，方法的接收者與方法的參數(shù)統(tǒng)稱(chēng)做方法的宗量。比如下面例子中的Test類(lèi)

復(fù)制代碼代碼如下:

public class Test {

    public void print(String str){
        System.out.println(str);
    }
}

在上面的類(lèi)中，print()方法屬于Test對(duì)象，所以它的接收者也就是Test對(duì)象了。print()方法有一個(gè)參數(shù)是str,它的類(lèi)型是String。

　　根據(jù)分派可以基于多少種宗量，可以將面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言劃分為單分派語(yǔ)言(Uni-Dispatch)和多分派語(yǔ)言(Multi-Dispatch)。單分派語(yǔ)言根據(jù)一個(gè)宗量的類(lèi)型進(jìn)行對(duì)方法的選擇，多分派語(yǔ)言根據(jù)多于一個(gè)的宗量的類(lèi)型對(duì)方法進(jìn)行選擇。

　　C++和Java均是單分派語(yǔ)言，多分派語(yǔ)言的例子包括CLOS和Cecil。按照這樣的區(qū)分，Java就是動(dòng)態(tài)的單分派語(yǔ)言，因?yàn)檫@種語(yǔ)言的動(dòng)態(tài)分派僅僅會(huì)考慮到方法的接收者的類(lèi)型，同時(shí)又是靜態(tài)的多分派語(yǔ)言，因?yàn)檫@種語(yǔ)言對(duì)重載方法的分派會(huì)考慮到方法的接收者的類(lèi)型以及方法的所有參數(shù)的類(lèi)型。

　　在一個(gè)支持動(dòng)態(tài)單分派的語(yǔ)言里面，有兩個(gè)條件決定了一個(gè)請(qǐng)求會(huì)調(diào)用哪一個(gè)操作：一是請(qǐng)求的名字，而是接收者的真實(shí)類(lèi)型。單分派限制了方法的選擇過(guò)程，使得只有一個(gè)宗量可以被考慮到，這個(gè)宗量通常就是方法的接收者。在Java語(yǔ)言里面，如果一個(gè)操作是作用于某個(gè)類(lèi)型不明的對(duì)象上面，那么對(duì)這個(gè)對(duì)象的真實(shí)類(lèi)型測(cè)試僅會(huì)發(fā)生一次，這就是動(dòng)態(tài)的單分派的特征。

　雙重分派

　　一個(gè)方法根據(jù)兩個(gè)宗量的類(lèi)型來(lái)決定執(zhí)行不同的代碼，這就是“雙重分派”。Java語(yǔ)言不支持動(dòng)態(tài)的多分派，也就意味著Java不支持動(dòng)態(tài)的雙分派。但是通過(guò)使用設(shè)計(jì)模式，也可以在Java語(yǔ)言里實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的雙重分派。

　　在Java中可以通過(guò)兩次方法調(diào)用來(lái)達(dá)到兩次分派的目的。類(lèi)圖如下所示：

　　在圖中有兩個(gè)對(duì)象，左邊的叫做West，右邊的叫做East。現(xiàn)在West對(duì)象首先調(diào)用East對(duì)象的goEast()方法，并將它自己傳入。在East對(duì)象被調(diào)用時(shí)，立即根據(jù)傳入的參數(shù)知道了調(diào)用者是誰(shuí)，于是反過(guò)來(lái)調(diào)用“調(diào)用者”對(duì)象的goWest()方法。通過(guò)兩次調(diào)用將程序控制權(quán)輪番交給兩個(gè)對(duì)象，其時(shí)序圖如下所示：

　這樣就出現(xiàn)了兩次方法調(diào)用，程序控制權(quán)被兩個(gè)對(duì)象像傳球一樣，首先由West對(duì)象傳給了East對(duì)象，然后又被返傳給了West對(duì)象。

　　但是僅僅返傳了一下球，并不能解決雙重分派的問(wèn)題。關(guān)鍵是怎樣利用這兩次調(diào)用，以及Java語(yǔ)言的動(dòng)態(tài)單分派功能，使得在這種傳球的過(guò)程中，能夠觸發(fā)兩次單分派。

　　動(dòng)態(tài)單分派在Java語(yǔ)言中是在子類(lèi)重寫(xiě)父類(lèi)的方法時(shí)發(fā)生的。換言之，West和East都必須分別置身于自己的類(lèi)型等級(jí)結(jié)構(gòu)中，如下圖所示：

源代碼

West類(lèi)

復(fù)制代碼代碼如下:

public abstract class West {

    public abstract void goWest1(SubEast1 east);

    public abstract void goWest2(SubEast2 east);

}

　SubWest1類(lèi)

復(fù)制代碼代碼如下:

public class SubWest1 extends West{

    @Override

    public void goWest1(SubEast1 east) {

        System.out.println("SubWest1 + " + east.myName1());

    }

    @Override

    public void goWest2(SubEast2 east) {

        System.out.println("SubWest1 + " + east.myName2());

    }

}

　　SubWest2類(lèi)

復(fù)制代碼代碼如下:

public class SubWest2 extends West{

    @Override

    public void goWest1(SubEast1 east) {

        System.out.println("SubWest2 + " + east.myName1());

    }

    @Override

    public void goWest2(SubEast2 east) {

        System.out.println("SubWest2 + " + east.myName2());

    }

}

　East類(lèi)

復(fù)制代碼代碼如下:

public abstract class East {

public abstract void goEast(West west);
}

　SubEast1類(lèi)

復(fù)制代碼代碼如下:

public class SubEast1 extends East{

    @Override

    public void goEast(West west) {

        west.goWest1(this);

    }

    public String myName1(){

        return "SubEast1";

    }

}

　SubEast2類(lèi)

復(fù)制代碼代碼如下:

public class SubEast2 extends East{

    @Override

    public void goEast(West west) {

        west.goWest2(this);

    }

    public String myName2(){

        return "SubEast2";

    }

}

客戶端類(lèi)

復(fù)制代碼代碼如下:

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        //組合1
        East east = new SubEast1();
        West west = new SubWest1();
        east.goEast(west);
        //組合2
        east = new SubEast1();
        west = new SubWest2();
        east.goEast(west);
    }

}

運(yùn)行結(jié)果如下

復(fù)制代碼代碼如下:

SubWest1 + SubEast1

SubWest2 + SubEast1

　　系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，會(huì)首先創(chuàng)建SubWest1和SubEast1對(duì)象，然后客戶端調(diào)用SubEast1的goEast()方法，并將SubWest1對(duì)象傳入。由于SubEast1對(duì)象重寫(xiě)了其超類(lèi)East的goEast()方法，因此，這個(gè)時(shí)候就發(fā)生了一次動(dòng)態(tài)的單分派。當(dāng)SubEast1對(duì)象接到調(diào)用時(shí)，會(huì)從參數(shù)中得到SubWest1對(duì)象，所以它就立即調(diào)用這個(gè)對(duì)象的goWest1()方法，并將自己傳入。由于SubEast1對(duì)象有權(quán)選擇調(diào)用哪一個(gè)對(duì)象，因此，在此時(shí)又進(jìn)行一次動(dòng)態(tài)的方法分派。

　　這個(gè)時(shí)候SubWest1對(duì)象就得到了SubEast1對(duì)象。通過(guò)調(diào)用這個(gè)對(duì)象myName1()方法，就可以打印出自己的名字和SubEast對(duì)象的名字，其時(shí)序圖如下所示：

由于這兩個(gè)名字一個(gè)來(lái)自East等級(jí)結(jié)構(gòu)，另一個(gè)來(lái)自West等級(jí)結(jié)構(gòu)中，因此，它們的組合式是動(dòng)態(tài)決定的。這就是動(dòng)態(tài)雙重分派的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。

訪問(wèn)者模式的結(jié)構(gòu)

　　訪問(wèn)者模式適用于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對(duì)未定的系統(tǒng)，它把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和作用于結(jié)構(gòu)上的操作之間的耦合解脫開(kāi)，使得操作集合可以相對(duì)自由地演化。訪問(wèn)者模式的簡(jiǎn)略圖如下所示：

　　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以接受一個(gè)訪問(wèn)者的調(diào)用，此節(jié)點(diǎn)向訪問(wèn)者對(duì)象傳入節(jié)點(diǎn)對(duì)象，而訪問(wèn)者對(duì)象則反過(guò)來(lái)執(zhí)行節(jié)點(diǎn)對(duì)象的操作。這樣的過(guò)程叫做“雙重分派”。節(jié)點(diǎn)調(diào)用訪問(wèn)者，將它自己傳入，訪問(wèn)者則將某算法針對(duì)此節(jié)點(diǎn)執(zhí)行。訪問(wèn)者模式的示意性類(lèi)圖如下所示：

訪問(wèn)者模式涉及到的角色如下：

　　●　　抽象訪問(wèn)者(Visitor)角色：聲明了一個(gè)或者多個(gè)方法操作，形成所有的具體訪問(wèn)者角色必須實(shí)現(xiàn)的接口。
　　●　　具體訪問(wèn)者(ConcreteVisitor)角色：實(shí)現(xiàn)抽象訪問(wèn)者所聲明的接口，也就是抽象訪問(wèn)者所聲明的各個(gè)訪問(wèn)操作。
　　●　　抽象節(jié)點(diǎn)(Node)角色：聲明一個(gè)接受操作，接受一個(gè)訪問(wèn)者對(duì)象作為一個(gè)參數(shù)。
　　●　　具體節(jié)點(diǎn)(ConcreteNode)角色：實(shí)現(xiàn)了抽象節(jié)點(diǎn)所規(guī)定的接受操作。
　　●　　結(jié)構(gòu)對(duì)象(ObjectStructure)角色：有如下的責(zé)任，可以遍歷結(jié)構(gòu)中的所有元素；如果需要，提供一個(gè)高層次的接口讓訪問(wèn)者對(duì)象可以訪問(wèn)每一個(gè)元素；如果需要，可以設(shè)計(jì)成一個(gè)復(fù)合對(duì)象或者一個(gè)聚集，如List或Set。

　　源代碼

　　可以看到，抽象訪問(wèn)者角色為每一個(gè)具體節(jié)點(diǎn)都準(zhǔn)備了一個(gè)訪問(wèn)操作。由于有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此，對(duì)應(yīng)就有兩個(gè)訪問(wèn)操作。

復(fù)制代碼代碼如下:

public interface Visitor {

    /**

     * 對(duì)應(yīng)于NodeA的訪問(wèn)操作

     */

    public void visit(NodeA node);

    /**

     * 對(duì)應(yīng)于NodeB的訪問(wèn)操作

     */

    public void visit(NodeB node);

}

　具體訪問(wèn)者VisitorA類(lèi)

復(fù)制代碼代碼如下:

public class VisitorA implements Visitor {
    /**
     * 對(duì)應(yīng)于NodeA的訪問(wèn)操作
     */
    @Override
    public void visit(NodeA node) {
        System.out.println(node.operationA());
    }
    /**
     * 對(duì)應(yīng)于NodeB的訪問(wèn)操作
     */
    @Override
    public void visit(NodeB node) {
        System.out.println(node.operationB());
    }

}

　　具體訪問(wèn)者VisitorB類(lèi)

復(fù)制代碼代碼如下:

public class VisitorB implements Visitor {
    /**
     * 對(duì)應(yīng)于NodeA的訪問(wèn)操作
     */
    @Override
    public void visit(NodeA node) {
        System.out.println(node.operationA());
    }
    /**
     * 對(duì)應(yīng)于NodeB的訪問(wèn)操作
     */
    @Override
    public void visit(NodeB node) {
        System.out.println(node.operationB());
    }

}

抽象節(jié)點(diǎn)類(lèi)

復(fù)制代碼代碼如下:

public abstract class Node {

    /**

     * 接受操作

     */

    public abstract void accept(Visitor visitor);

}

　具體節(jié)點(diǎn)類(lèi)NodeA

復(fù)制代碼代碼如下:

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";
    }

}

具體節(jié)點(diǎn)類(lèi)NodeB

復(fù)制代碼代碼如下:

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";

    }

}

　結(jié)構(gòu)對(duì)象角色類(lèi)，這個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)象角色持有一個(gè)聚集，并向外界提供add()方法作為對(duì)聚集的管理操作。通過(guò)調(diào)用這個(gè)方法，可以動(dòng)態(tài)地增加一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)。

復(fù)制代碼代碼如下:

public class ObjectStructure {

    private List<Node> nodes = new ArrayList<Node>();

    /**

     * 執(zhí)行方法操作

     */

    public void action(Visitor visitor){

        for(Node node : nodes)

        {

            node.accept(visitor);

        }

    }

    /**

     * 添加一個(gè)新元素

     */

    public void add(Node node){

        nodes.add(node);

    }

}

　客戶端類(lèi)

復(fù)制代碼代碼如下:

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        //創(chuàng)建一個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)象
        ObjectStructure os = new ObjectStructure();
        //給結(jié)構(gòu)增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)
        os.add(new NodeA());
        //給結(jié)構(gòu)增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)
        os.add(new NodeB());
        //創(chuàng)建一個(gè)訪問(wèn)者
        Visitor visitor = new VisitorA();
        os.action(visitor);
    }

}

雖然在這個(gè)示意性的實(shí)現(xiàn)里并沒(méi)有出現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的具有多個(gè)樹(shù)枝節(jié)點(diǎn)的對(duì)象樹(shù)結(jié)構(gòu)，但是，在實(shí)際系統(tǒng)中訪問(wèn)者模式通常是用來(lái)處理復(fù)雜的對(duì)象樹(shù)結(jié)構(gòu)的，而且訪問(wèn)者模式可以用來(lái)處理跨越多個(gè)等級(jí)結(jié)構(gòu)的樹(shù)結(jié)構(gòu)問(wèn)題。這正是訪問(wèn)者模式的功能強(qiáng)大之處。

　　準(zhǔn)備過(guò)程時(shí)序圖

　　首先，這個(gè)示意性的客戶端創(chuàng)建了一個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)象，然后將一個(gè)新的NodeA對(duì)象和一個(gè)新的NodeB對(duì)象傳入。

　　其次，客戶端創(chuàng)建了一個(gè)VisitorA對(duì)象，并將此對(duì)象傳給結(jié)構(gòu)對(duì)象。

　　然后，客戶端調(diào)用結(jié)構(gòu)對(duì)象聚集管理方法，將NodeA和NodeB節(jié)點(diǎn)加入到結(jié)構(gòu)對(duì)象中去。

　　最后，客戶端調(diào)用結(jié)構(gòu)對(duì)象的行動(dòng)方法action()，啟動(dòng)訪問(wèn)過(guò)程。

訪問(wèn)過(guò)程時(shí)序圖

結(jié)構(gòu)對(duì)象會(huì)遍歷它自己所保存的聚集中的所有節(jié)點(diǎn)，在本系統(tǒng)中就是節(jié)點(diǎn)NodeA和NodeB。首先NodeA會(huì)被訪問(wèn)到，這個(gè)訪問(wèn)是由以下的操作組成的：

　?。?）NodeA對(duì)象的接受方法accept()被調(diào)用，并將VisitorA對(duì)象本身傳入；

　?。?）NodeA對(duì)象反過(guò)來(lái)調(diào)用VisitorA對(duì)象的訪問(wèn)方法，并將NodeA對(duì)象本身傳入；

　?。?）VisitorA對(duì)象調(diào)用NodeA對(duì)象的特有方法operationA()。

　　從而就完成了雙重分派過(guò)程，接著，NodeB會(huì)被訪問(wèn)，這個(gè)訪問(wèn)的過(guò)程和NodeA被訪問(wèn)的過(guò)程是一樣的，這里不再敘述。

訪問(wèn)者模式的優(yōu)點(diǎn)

　　●　　好的擴(kuò)展性
　　能夠在不修改對(duì)象結(jié)構(gòu)中的元素的情況下，為對(duì)象結(jié)構(gòu)中的元素添加新的功能。
　　●　　好的復(fù)用性
　　可以通過(guò)訪問(wèn)者來(lái)定義整個(gè)對(duì)象結(jié)構(gòu)通用的功能，從而提高復(fù)用程度。
　　●　　分離無(wú)關(guān)行為
　　可以通過(guò)訪問(wèn)者來(lái)分離無(wú)關(guān)的行為，把相關(guān)的行為封裝在一起，構(gòu)成一個(gè)訪問(wèn)者，這樣每一個(gè)訪問(wèn)者的功能都比較單一。
訪問(wèn)者模式的缺點(diǎn)
　　●　　對(duì)象結(jié)構(gòu)變化很困難
　　不適用于對(duì)象結(jié)構(gòu)中的類(lèi)經(jīng)常變化的情況，因?yàn)閷?duì)象結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，訪問(wèn)者的接口和訪問(wèn)者的實(shí)現(xiàn)都要發(fā)生相應(yīng)的改變，代價(jià)太高。
　　●　　破壞封裝
　　訪問(wèn)者模式通常需要對(duì)象結(jié)構(gòu)開(kāi)放內(nèi)部數(shù)據(jù)給訪問(wèn)者和ObjectStructrue，這破壞了對(duì)象的封裝性。

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