设计模式系列26—访问者模式

1 访问者模式的定义与特点

在现实生活中,有些集合对象中存在多种不同的元素,且每种元素也存在多种不同的访问者和处理方式。例如,公园中存在多个景点,也存在多个游客,不同的游客对同一个景点的评价可能不同;医院医生开的处方单中包含多种药元素,査看它的划价员和药房工作人员对它的处理方式也不同,划价员根据处方单上面的药品名和数量进行划价,药房工作人员根据处方单的内容进行抓药。

这样的例子还有很多,例如,电影或电视剧中的人物角色,不同的观众对他们的评价也不同;还有顾客在商场购物时放在“购物车”中的商品,顾客主要关心所选商品的性价比,而收银员关心的是商品的价格和数量。

这些被处理的数据元素相对稳定而访问方式多种多样的数据结构,如果用“访问者模式”来处理比较方便。访问者模式能把处理方法从数据结构中分离出来,并可以根据需要增加新的处理方法,且不用修改原来的程序代码与数据结构,这提高了程序的扩展性和灵活性。

1.1 定义

访问者(Visitor)模式的定义:将作用于某种数据结构中的各元素的操作分离出来封装成独立的类,使其在不改变数据结构的前提下可以添加作用于这些元素的新的操作,为数据结构中的每个元素提供多种访问方式。它将对数据的操作与数据结构进行分离,是行为类模式中最复杂的一种模式。

1.2 结构

访问者(Visitor)模式实现的关键是如何将作用于元素的操作分离出来封装成独立的类,其基本结构与实现方法如下,访问者模式包含以下主要角色。

  • 抽象访问者(Visitor)角色:定义一个访问具体元素的接口,为每个具体元素类对应一个访问操作 visit() ,该操作中的参数类型标识了被访问的具体元素。
  • 具体访问者(ConcreteVisitor)角色:实现抽象访问者角色中声明的各个访问操作,确定访问者访问一个元素时该做什么。
  • 抽象元素(Element)角色:声明一个包含接受操作 accept() 的接口,被接受的访问者对象作为 accept() 方法的参数。
  • 具体元素(ConcreteElement)角色:实现抽象元素角色提供的 accept() 操作,其方法体通常都是 visitor.visit(this) ,另外具体元素中可能还包含本身业务逻辑的相关操作。
  • 对象结构(Object Structure)角色:是一个包含元素角色的容器,提供让访问者对象遍历容器中的所有元素的方法,通常由 List、Set、Map 等聚合类实现。
    其结构图如下
    image.png

2 访问者模式的优缺点

2.1 优点

访问者(Visitor)模式是一种对象行为型模式,其主要优点如下。

  • 扩展性好。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。
  • 复用性好。可以通过访问者来定义整个对象结构通用的功能,从而提高系统的复用程度。
  • 灵活性好。访问者模式将数据结构与作用于结构上的操作解耦,使得操作集合可相对自由地演化而不影响系统的数据结构。
  • 符合单一职责原则。访问者模式把相关的行为封装在一起,构成一个访问者,使每一个访问者的功能都比较单一。

2.2 缺点

访问者(Visitor)模式的主要缺点如下。

  • 增加新的元素类很困难。在访问者模式中,每增加一个新的元素类,都要在每一个具体访问者类中增加相应的具体操作,这违背了“开闭原则”。
  • 破坏封装。访问者模式中具体元素对访问者公布细节,这破坏了对象的封装性。
  • 违反了依赖倒置原则。访问者模式依赖了具体类,而没有依赖抽象类。

正如《设计模式》的作者GoF对访问者模式的描述:大多数情况下,你并需要使用访问者模式,但是当你一旦需要使用它时,那你就是真的需要它了。当然这只是针对真正的大牛而言。在现实情况下(至少是我所处的环境当中),很多人往往沉迷于设计模式,他们使用一种设计模式时,从来不去认真考虑所使用的模式是否适合这种场景,而往往只是想展示一下自己对面向对象设计的驾驭能力。编程时有这种心理,往往会发生滥用设计模式的情况。所以,在学习设计模式时,一定要理解模式的适用性。必须做到使用一种模式是因为了解它的优点,不使用一种模式是因为了解它的弊端;而不是使用一种模式是因为不了解它的弊端,不使用一种模式是因为不了解它的优点。

3 访问者模式的使用场景

通常在以下情况可以考虑使用访问者(Visitor)模式。

  • 对象结构相对稳定,但其操作算法经常变化的程序。
  • 对象结构中的对象需要提供多种不同且不相关的操作,而且要避免让这些操作的变化影响对象的结构。
  • 对象结构包含很多类型的对象,希望对这些对象实施一些依赖于其具体类型的操作。

但是,访问者模式并不是那么完美,它也有着致命的缺陷:增加新的元素类比较困难。通过访问者模式的代码可以看到,在访问者类中,每一个元素类都有它对应的处理方法,也就是说,每增加一个元素类都需要修改访问者类(也包括访问者类的子类或者实现类),修改起来相当麻烦。也就是说,在元素类数目不确定的情况下,应该慎用访问者模式。所以,访问者模式比较适用于对已有功能的重构,比如说,一个项目的基本功能已经确定下来,元素类的数据已经基本确定下来不会变了,会变的只是这些元素内的相关操作,这时候,我们可以使用访问者模式对原有的代码进行重构一遍,这样一来,就可以在不修改各个元素类的情况下,对原有功能进行修改。

4 访问者模式的实现

访问者模式的实现代码如下:

public class VisitorPattern
{
    public static void main(String[] args)
    {
        ObjectStructure os=new ObjectStructure();
        os.add(new ConcreteElementA());
        os.add(new ConcreteElementB());
        Visitor visitor=new ConcreteVisitorA();
        os.accept(visitor);
        System.out.println("------------------------");
        visitor=new ConcreteVisitorB();
        os.accept(visitor);
    }
}
//抽象访问者
interface Visitor
{
    void visit(ConcreteElementA element);
    void visit(ConcreteElementB element);
}
//具体访问者A类
class ConcreteVisitorA implements Visitor
{
    public void visit(ConcreteElementA element)
    {
        System.out.println("具体访问者A访问-->"+element.operationA());
    }
    public void visit(ConcreteElementB element)
    {
        System.out.println("具体访问者A访问-->"+element.operationB());
    }
}
//具体访问者B类
class ConcreteVisitorB implements Visitor
{
    public void visit(ConcreteElementA element)
    {
        System.out.println("具体访问者B访问-->"+element.operationA());
    }
    public void visit(ConcreteElementB element)
    {
        System.out.println("具体访问者B访问-->"+element.operationB());
    }
}
//抽象元素类
interface Element
{
    void accept(Visitor visitor);
}
//具体元素A类
class ConcreteElementA implements Element
{
    public void accept(Visitor visitor)
    {
        visitor.visit(this);
    }
    public String operationA()
    {
        return "具体元素A的操作。";
    }
}
//具体元素B类
class ConcreteElementB implements Element
{
    public void accept(Visitor visitor)
    {
        visitor.visit(this);
    }
    public String operationB()
    {
        return "具体元素B的操作。";
    }
}
//对象结构角色
class ObjectStructure
{   
    private List<Element> list=new ArrayList<Element>();   
    public void accept(Visitor visitor)
    {
        Iterator<Element> i=list.iterator();
        while(i.hasNext())
        {
            ((Element) i.next()).accept(visitor);
        }      
    }
    public void add(Element element)
    {
        list.add(element);
    }
    public void remove(Element element)
    {
        list.remove(element);
    }
}

程序的运行结果如下:

具体访问者A访问-->具体元素A的操作。
具体访问者A访问-->具体元素B的操作。
------------------------
具体访问者B访问-->具体元素A的操作。
具体访问者B访问-->具体元素B的操作。

5 访问者模式的常见问题

5.1 访问者模式的扩展

访问者(Visitor)模式是使用频率较高的一种设计模式,它常常同以下两种设计模式联用。

(1)与“迭代器模式”联用。因为访问者模式中的“对象结构”是一个包含元素角色的容器,当访问者遍历容器中的所有元素时,常常要用迭代器。如【例1】中的对象结构是用 List 实现的,它通过 List 对象的 Itemtor() 方法获取迭代器。如果对象结构中的聚合类没有提供迭代器,也可以用迭代器模式自定义一个。

(2)访问者(Visitor)模式同“组合模式”联用。因为访问者(Visitor)模式中的“元素对象”可能是叶子对象或者是容器对象,如果元素对象包含容器对象,就必须用到组合模式,其结构图如图所示。
image.png

更新时间:2020-09-08 10:27:07

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最后更新:2020-09-08 10:27:07

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