《JAVA与模式》之访问者模式

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在阎宏博士的《JAVA与模式》一书中开头是原本描述访问者(Visitor)模式的:

  访问者模式是对象的行为模式。访问者模式的目的是封装许多施加于一种生活数据特征元素之上的操作。一旦哪几条操作前要修改搞笑的话,接受许多操作的数据特征则都前要保持不变。

  变量被声明时的类型叫做变量的静态类型(Static Type),许多人又把静态类型叫做明显类型(Apparent Type);而变量所引用的对象的真实类型又叫做变量的实际类型(Actual Type)。比如:

List list = null;
list = new ArrayList();

  声明了一俩个多变量list,它的静态类型(也叫明显类型)是List,而它的实际类型是ArrayList。

  根据对象的类型而对最好的妙招进行的选用,要是我我架构设计 (Dispatch),架构设计 (Dispatch)又分为一种生活,即静态架构设计 动态架构设计

  静态架构设计 (Static Dispatch)发生在编译时期,架构设计 根据静态类型信息发生。静态架构设计 对于大伙来说何必 陌生,最好的妙招重载要是我我静态架构设计 。

  动态架构设计 (Dynamic Dispatch)发生在运行时期,动态架构设计 动态地置换掉某个最好的妙招。

 静态架构设计

  Java通过最好的妙招重载支持静态架构设计 。用墨子骑马的故事作为例子,墨子都前要骑白马机会黑马。墨子与白马、黑马和马的类图如下所示:

  在许多系统中,墨子由Mozi类代表

public class Mozi {
    
    public void ride(Horse h){
        System.out.println("骑马");
    }
    
    public void ride(WhiteHorse wh){
        System.out.println("骑白马");
    }
    
    public void ride(BlackHorse bh){
        System.out.println("骑黑马");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Horse wh = new WhiteHorse();
        Horse bh = new BlackHorse();
        Mozi mozi = new Mozi();
        mozi.ride(wh);
        mozi.ride(bh);
    }

}

  显然,Mozi类的ride()最好的妙招是由一俩个多最好的妙招重载而成的。许多俩个多最好的妙招分别接受马(Horse)、白马(WhiteHorse)、黑马(BlackHorse)等类型的参数。

  越来越在运行时,多线程 会打印出哪几条结果呢?结果是多线程 会打印出相同的两行“骑马”。换言之,墨子发现他所骑的全部后会马。

  为哪几条呢?两次对ride()最好的妙招的调用传入的是不同的参数,也要是我我wh和bh。它们实在具有不同的真实类型,而且它们的静态类型全部后会一样的,均是Horse类型。

  重载最好的妙招的架构设计 是根据静态类型进行的,许多架构设计 过程在编译时期就完成了。

 动态架构设计

  Java通过最好的妙招的重写支持动态架构设计 。用马吃草的故事作为例子,代码如下所示:

public class Horse {
    
    public void eat(){
        System.out.println("马吃草");
    }
}
public class BlackHorse extends Horse {
    
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("黑马吃草");
    }
}
public class Client {

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

}

  变量h的静态类型是Horse,而真实类型是BlackHorse。机会顶端最后一行的eat()最好的妙招调用的是BlackHorse类的eat()最好的妙招,越来越顶端打印的要是我我“黑马吃草”;相反,机会顶端的eat()最好的妙招调用的是Horse类的eat()最好的妙招,越来越打印的要是我我“马吃草”。

  要是我我,问題的核心要是我我Java编译器在编译时期何必 经常知道哪几条代码会被执行,机会编译器仅仅知道对象的静态类型,而谁能谁能告诉我对象的真实类型;而最好的妙招的调用则是根据对象的真实类型,而全部后会静态类型。原本一来,顶端最后一行的eat()最好的妙招调用的是BlackHorse类的eat()最好的妙招,打印的是“黑马吃草”。

 架构设计 的类型

  一俩个多最好的妙招所属的对象叫做最好的妙招的接收者,最好的妙招的接收者与最好的妙招的参数统称做最好的妙招的宗量。比如下面例子中的Test类

public class Test {

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

  在顶端的类中,print()最好的妙招属于Test对象,要是我我它的接收者也要是我我Test对象了。print()最好的妙招有一俩个多参数是str,它的类型是String。

  根据架构设计 都前要基于几条种宗量,都前要将面向对象的语言划分为单架构设计 语言(Uni-Dispatch)和多架构设计 语言(Multi-Dispatch)。单架构设计 语言根据一俩个多宗量的类型进行对最好的妙招的选用,多架构设计 语言根据多于一俩个多的宗量的类型对最好的妙招进行选用。

  C++和Java均是单架构设计 语言,多架构设计 语言的例子包括CLOS和Cecil。按照原本的区分,Java要是我我动态的单架构设计 语言,机会许多语言的动态架构设计 仅仅会考虑到最好的妙招的接收者的类型,一起去又是静态的多架构设计 语言,机会许多语言对重载最好的妙招的架构设计 会考虑到最好的妙招的接收者的类型以及最好的妙招的所有参数的类型。

  在一俩个多支持动态单架构设计 的语言顶端,有一俩个多条件决定了一俩个多请求会调用哪一俩个多操作:一是请求的名字,要是我我接收者的真实类型。单架构设计 限制了最好的妙招的选用过程,使得越来越一俩个多宗量都前要被考虑到,许多宗量通常要是我我最好的妙招的接收者。在Java语言顶端,机会一俩个多操作是作用于某个类型不明的对象顶端,越来越对许多对象的真实类型测试仅会发生一次,这要是我我动态的单架构设计 的特征。

 双重架构设计

  一俩个多最好的妙招根据一俩个多宗量的类型来决定执行不同的代码,这要是我我“双重架构设计 ”。Java语言不支持动态的多架构设计 ,也要是原困Java不支持动态的双架构设计 。而且通过使用设计模式,也都前要在Java语言里实现动态的双重架构设计 。

  在Java中都前要通过两次最好的妙招调用来达到两次架构设计 的目的。类图如下所示:

  在图所含一俩个多对象,左边的叫做West,右边的叫做East。现在West对象首先调用East对象的goEast()最好的妙招,并将它自己传入。在East对象被调用时,立即根据传入的参数知道了调用者是谁,于是反过来调用“调用者”对象的goWest()最好的妙招。通过两次调用将多线程 控制权轮番交给一俩个多对象,其时序图如下所示:

  原本就出現了两次最好的妙招调用,多线程 控制权被一俩个多对象像传球一样,首先由West对象传给了East对象,而且又被返传给了West对象。

  而且仅仅返传了一下球,何必 能补救双重架构设计 的问題。关键是如保利用这两次调用,以及Java语言的动态单架构设计 功能,使得在许多传球的过程中,都都还可不可不能不能触发两次单架构设计 。

  动态单架构设计 在Java语言中是在子类重写父类的最好的妙招时发生的。换言之,West和East都前要分别置身于自己的类型等级特征中,如下图所示:

  源代码

  West类

public abstract class West {
    
    public abstract void goWest1(SubEast1 east);
    
    public abstract void goWest2(SubEast2 east);
}

  SubWest1类

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类

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类

public abstract class East {

    public abstract void goEast(West west);
}

  SubEast1类

public class SubEast1 extends East{
    @Override
    public void goEast(West west) {
        west.goWest1(this);
    }
    
    public String myName1(){
        return "SubEast1";
    }
}

  SubEast2类

public class SubEast2 extends East{
    @Override
    public void goEast(West west) {
        west.goWest2(this);
    }
    
    public String myName2(){
        return "SubEast2";
    }
}

  客户端类

public class Client {

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

}

  运行结果如下


SubWest1 + SubEast1

SubWest2 + SubEast1


  系统运行时,会首先创建SubWest1和SubEast1对象,而且客户端调用SubEast1的goEast()最好的妙招,并将SubWest1对象传入。机会SubEast1对象重写了其超类East的goEast()最好的妙招,而且,许多过后 就发生了一次动态的单架构设计 。当SubEast1对象接到调用时,会从参数中得到SubWest1对象,要是我我它就立即调用许多对象的goWest1()最好的妙招,并将自己传入。机会SubEast1对象有权选用调用哪一俩个多对象,而且,在此时又进行一次动态的最好的妙招架构设计 。

  许多过后 SubWest1对象就得到了SubEast1对象。通过调用许多对象myName1()最好的妙招,就都前要打印出自己的名字和SubEast对象的名字,其时序图如下所示:

  机会许多俩个多名字一俩个多来自East等级特征,原原本自West等级特征中,而且,它们的组合式是动态决定的。这要是我我动态双重架构设计 的实现机制。

  访问者模式适用于数据特征相对未定的系统,它把数据特征和作用于特征上的操作之间的耦合解脱开,使得操作集合都前要相对自由地演化。访问者模式的简略图如下所示:

  数据特征的每一俩个多节点都都前要接受一俩个多访问者的调用,此节点向访问者对象传入节点对象,而访问者对象则反过来执行节点对象的操作。原本的过程叫做“双重架构设计 ”。节点调用访问者,将它自己传入,访问者则将某算法针对此节点执行。访问者模式的示意性类图如下所示:

  

  访问者模式涉及到的角色如下:

  ●  抽象访问者(Visitor)角色:声明了一俩个多机会多个最好的妙招操作,形成所有的具体访问者角色前要实现的接口。

  ●  具体访问者(ConcreteVisitor)角色:实现抽象访问者所声明的接口,也要是我我抽象访问者所声明的各个访问操作。

  ●  抽象节点(Node)角色:声明一俩个多接受操作,接受一俩个多访问者对象作为一俩个多参数。

  ●  具体节点(ConcreteNode)角色:实现了抽象节点所规定的接受操作。

  ●  特征对象(ObjectStructure)角色:有如下的责任,都前要遍历特征中的所有元素;机会前要,提供一俩个多高层次的接口让访问者对象都前要访问每一俩个多元素;机会前要,都前要设计成一俩个多复合对象机会一俩个多聚集,如List或Set。

  源代码

  都前要就看,抽象访问者角色为每一俩个多具体节点都准备了一俩个多访问操作。机会有一俩个多节点,而且,对应全部后会一俩个多访问操作。

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);
}

  具体访问者VisitorA类

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());
    }

}

  具体访问者VisitorB类

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());
    }

}

  抽象节点类

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

  具体节点类NodeA

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

}

  具体节点类NodeB

public class NodeB extends Node{
    /**
     * 接受最好的妙招
     */
    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
    /**
     * NodeB特有的最好的妙招
     */
    public String operationB(){
        return "NodeB";
    }
}

  特征对象角色类,许多特征对象角色持有一俩个多聚集,并向外界提供add()最好的妙招作为对聚集的管理操作。通过调用许多最好的妙招,都前要动态地增加一俩个多新的节点。

public class ObjectStructure {
    
    private List<Node> nodes = new ArrayList<Node>();
    
    /**
     * 执行最好的妙招操作
     */
    public void action(Visitor visitor){
        
        for(Node node : nodes)
        {
            node.accept(visitor);
        }
        
    }
    /**
     * 上加一俩个多新元素
     */
    public void add(Node node){
        nodes.add(node);
    }
}

  客户端类

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        //创建一俩个多特征对象
        ObjectStructure os = new ObjectStructure();
        //给特征增加一俩个多节点
        os.add(new NodeA());
        //给特征增加一俩个多节点
        os.add(new NodeB());
        //创建一俩个多访问者
        Visitor visitor = new VisitorA();
        os.action(visitor);
    }

}

  实在在许多示意性的实现里并越来越出現一俩个多简化的具有多个树枝节点的对象树特征,而且,在实际系统中访问者模式通常是用来补救简化的对象树特征的,而且访问者模式都前要用来补救跨越多个等级特征的树特征问題。这正是访问者模式的功能强大之处。

  准备过程时序图

  首先,许多示意性的客户端创建了一俩个多特征对象,而且将一俩个多新的NodeA对象和一俩个多新的NodeB对象传入。

  其次,客户端创建了一俩个多VisitorA对象,并将此对象传给特征对象。

  而且,客户端调用特征对象聚集管理最好的妙招,将NodeA和NodeB节点加入到特征对象中去。

  最后,客户端调用特征对象的行动最好的妙招action(),启动访问过程。

  

  访问过程时序图

  

  特征对象会遍历它自己所保存的聚集中的所有节点,在本系统中要是我我节点NodeA和NodeB。首先NodeA会被访问到,许多访问是由以下的操作组成的:

  (1)NodeA对象的接受最好的妙招accept()被调用,并将VisitorA对象一种生活传入;

  (2)NodeA对象反过来调用VisitorA对象的访问最好的妙招,并将NodeA对象一种生活传入;

  (3)VisitorA对象调用NodeA对象的特有最好的妙招operationA()。

  从而就完成了双重架构设计 过程,接着,NodeB会被访问,许多访问的过程和NodeA被访问的过程是一样的,这里不再叙述。

  ●  好的扩展性

  都都还可不可不能不能在不修改对象特征中的元素的状态下,为对象特征中的元素上加新的功能。

  ●  好的复用性

  都前要通过访问者来定义整个对象特征通用的功能,从而提高复用程度。

  ●  分离无关行为

  都前要通过访问者来分离无关的行为,把相关的行为封里装一起去,构成一俩个多访问者,原本每一俩个多访问者的功能都比较单一。

  ●  对象特征变化很困难

  不适用于对象特征中的类经常变化的状态,机会对象特征发生了改变,访问者的接口和访问者的实现全部后会发生相应的改变,代价太高。

  ●  破坏封装

  访问者模式通常前要对象特征开放内部数据给访问者和ObjectStructrue,这破坏了对象的封装性。