Java 设计模式——访问者模式

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模式定义

在访问者模式（Visitor Pattern）中，我们使用了一个访问者类，它改变了元素类的执行算法。通过这种方式，元素的执行算法可以随着访问者改变而改变。这种类型的设计模式属于行为型模式。根据模式，元素对象已接受访问者对象，这样访问者对象就可以处理元素对象上的操作。

模式示例

下面以电脑启动时对各个组成部分的访问为例来说明访问者模式。主要以下几个步骤

  1. 定义元素接口，被访问者需要实现这个接口；
  2. 定义访问者接口，访问者需要实现该接口；
  3. 具体实现被访问者类和访问者类
  4. 编写客户端验证

定义元素接口

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/**
 * 定义元素接口
 */
public interface ComputerPart {
    void accept(ComputerPartVisitor computerPartVisitor);

    void accept(UserInputVisitor userInputVisitor);
}

定义访问者接口

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/**
 * 定义访问者接口
 */
public interface ComputerPartVisitor {
    void visit(Computer computer);

    void visit(Mouse mouse);

    void visit(Keyboard keyboard);

    void visit(Monitor monitor);
}

这里给访问者传递的都是具体的类，如果被访问者新增元素，需要增加相应的方法，同时访问者类的实现者需要实现该方法，违反了迪米特原则。

具体实现被访问者和访问者

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/**
 * 电脑（结构固定的元素对象）
 */
public class Computer implements ComputerPart {

    ComputerPart[] parts;

    public Computer(){
        parts = new ComputerPart[] {new Mouse(), new Keyboard(), new Monitor()};
    }

    @Override
    public void accept(ComputerPartVisitor computerPartVisitor) {
        for (int i = 0; i < parts.length; i++) {
            parts[i].accept(computerPartVisitor);
        }
        computerPartVisitor.visit(this);
    }

    @Override
    public void accept(UserInputVisitor userInputVisitor) {
        for (int i = 0; i < parts.length; i++) {
            parts[i].accept(userInputVisitor);
        }
        userInputVisitor.visit(this);
    }
}

这是元素对象，本身可被访问，同时其组成部分也可被访问。

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/**
 * 键盘
 */
public class Keyboard implements ComputerPart {

    @Override
    public void accept(ComputerPartVisitor computerPartVisitor) {
        computerPartVisitor.visit(this);
    }

    @Override
    public void accept(UserInputVisitor userInputVisitor) {
        userInputVisitor.visit(this);
    }
}
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/**
 * 显示器
 */
public class Monitor implements ComputerPart {

    @Override
    public void accept(ComputerPartVisitor computerPartVisitor) {
        computerPartVisitor.visit(this);
    }

    @Override
    public void accept(UserInputVisitor userInputVisitor) {
        userInputVisitor.visit(this);
    }
}
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/**
 * 鼠标
 */
public class Mouse implements ComputerPart {

    @Override
    public void accept(ComputerPartVisitor computerPartVisitor) {
        computerPartVisitor.visit(this);
    }

    @Override
    public void accept(UserInputVisitor userInputVisitor) {
        userInputVisitor.visit(this);
    }
}

定义访问者，先看整体访问者

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/**
 * 整体访问者
 */
public class ComputerPartDisplayVisitor implements ComputerPartVisitor {

    @Override
    public void visit(Computer computer) {
        System.out.println("Displaying Computer.");
    }

    @Override
    public void visit(Mouse mouse) {
        System.out.println("Displaying Mouse.");
    }

    @Override
    public void visit(Keyboard keyboard) {
        System.out.println("Displaying Keyboard.");
    }

    @Override
    public void visit(Monitor monitor) {
        System.out.println("Displaying Monitor.");
    }
}

输入设备访问者

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/**
 * 输入设备访问者
 */
public class UserInputVisitor implements ComputerPartVisitor {

    @Override
    public void visit(Computer computer) {}

    @Override
    public void visit(Mouse mouse) {
        System.out.println("Displaying Mouse.");
    }

    @Override
    public void visit(Keyboard keyboard) {
        System.out.println("Displaying Keyboard.");
    }

    @Override
    public void visit(Monitor monitor) {}
}

用来验证的客户端

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public class VisitorPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {

        ComputerPart computer = new Computer();

        System.out.println("== Show all computer part: ==");
        computer.accept(new ComputerPartDisplayVisitor());

        System.out.println("\n== Show user input part: ==");
        computer.accept(new UserInputVisitor());
    }
}

输出结果：

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== Show all computer part: ==
Displaying Mouse.
Displaying Keyboard.
Displaying Monitor.
Displaying Computer.

== Show user input part: ==
Displaying Mouse.
Displaying Keyboard.

可以看到，访问者还是可能会有一些方法的冗余的，比如UserInputVisitor，不需要访问Monitor和Computer但却不得不实现访问者接口定义的方法（空实现）

模式总结

使用访问者模式时，通常这个类（元素类）的结构（数据结构）比较固定，主要解决稳定的数据结构和易变的操作耦合问题。

优缺点

  • 优点
    1. 符合单一职责原则。
    2. 优秀的扩展性。
    3. 灵活性。
  • 缺点
    • 具体元素对访问者公布细节，违反了迪米特原则（一个对象应该尽可能的减少对其他元素的了解）。
    • 具体元素变更比较困难。
    • 违反了依赖倒置原则，依赖了具体类，没有依赖抽象。

使用场景

对固定多部分组成对象元素进行不同的操作时可以用到该模式。如电脑的结构固定，我可以定义一个访问者只访问输入设备，也可以定义一个访问者访问显示设备。

  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。

注意事项

  1. 如果元素经常变动，结构不固定，就不适合使用访问者模式了，因为该模式增加新元素比较困难；
  2. 访问者可以对功能进行统一，可以做报表、UI、拦截器与过滤器。
  3. 在数据基础类里面有一个方法接受访问者，将自身引用传入访问者，已让访问者访问。
  4. 在被访问的类里面加一个对外提供接待访问者的接口。