《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有些施加于某种生活数据特性元素之上的操作。一旦你是什么操作都要修改得话,接受你是什么操作的数据特性则可不多能保持不变。

  变量被声明时的类型叫做变量的静态类型(Static Type),有些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();

  声明了有有另一个 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法子进行的选用,本来分派(Dispatch),分派(Dispatch)又分为某种生活,即静态分派动态分派

  静态分派(Static Dispatch)地处在编译时期,分派根据静态类型信息地处。静态分派对于我们歌词 都来说不必陌生,法子重载本来静态分派。

  动态分派(Dynamic Dispatch)地处在运行时期,动态分派动态地置换掉某个法子。

 静态分派

  Java通过法子重载支持静态分派。用墨子骑马的故事作为例子,墨子可不多能骑白马机会黑马。墨子与白马、黑马和马的类图如下所示:

  在你是什么系统中,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()法子是由有有另一个 法子重载而成的。这有有另一个 法子分别接受马(Horse)、白马(WhiteHorse)、黑马(BlackHorse)等类型的参数。

  这麼 在运行时,守护线程池池会打印出你是什么结果呢?结果是守护线程池池会打印出相同的两行“骑马”。换言之,墨子发现他所骑的都不 马。

  为你是什么呢?两次对ride()法子的调用传入的是不同的参数,也本来wh和bh。它们觉得具有不同的真实类型,本来它们的静态类型都不 一样的,均是Horse类型。

  重载法子的分派是根据静态类型进行的,你是什么分派过程在编译时期就完成了。

 动态分派

  Java通过法子的重写支持动态分派。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。机会中间最后一行的eat()法子调用的是BlackHorse类的eat()法子,这麼 中间打印的本来“黑马吃草”;相反,机会中间的eat()法子调用的是Horse类的eat()法子,这麼 打印的本来“马吃草”。

  不多不多,问提的核心本来Java编译器在编译时期不必突然知道你是什么代码会被执行,机会编译器仅仅知道对象的静态类型,而不知道对象的真实类型;而法子的调用则是根据对象的真实类型,而都不 静态类型。原本一来,中间最后一行的eat()法子调用的是BlackHorse类的eat()法子,打印的是“黑马吃草”。

 分派的类型

  有有另一个 法子所属的对象叫做法子的接收者,法子的接收者与法子的参数统称做法子的宗量。比如下面例子中的Test类

public class Test {

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

  在中间的类中,print()法子属于Test对象,不多不多它的接收者也本来Test对象了。print()法子有有另另一个 参数是str,它的类型是String。

  根据分派可不多能基于几只种宗量,可不多能将面向对象的语言划分为单分派语言(Uni-Dispatch)和多分派语言(Multi-Dispatch)。单分派语言根据有有另一个 宗量的类型进行对法子的选用,多分派语言根据多于有有另一个 的宗量的类型对法子进行选用。

  C++和Java均是单分派语言,多分派语言的例子包括CLOS和Cecil。按照原本的区分,Java本来动态的单分派语言,机会你是什么语言的动态分派仅仅会考虑到法子的接收者的类型,同去又是静态的多分派语言,机会你是什么语言对重载法子的分派会考虑到法子的接收者的类型以及法子的所有参数的类型。

  在有有另一个 支持动态单分派的语言中间,有有有另一个 条件决定了有有另一个 请求会调用哪有有另一个 操作:一是请求的名字,本来接收者的真实类型。单分派限制了法子的选用过程,使得不到有另另一个 宗量可不多能被考虑到,你是什么宗量通常本来法子的接收者。在Java语言中间,机会有有另一个 操作是作用于某个类型不明的对象中间,这麼 对你是什么对象的真实类型测试仅会地处一次,这本来动态的单分派的特性。

 双重分派

  有有另一个 法子根据有有另一个 宗量的类型来决定执行不同的代码,这本来“双重分派”。Java语言不支持动态的多分派,也就意味Java不支持动态的双分派。本来通过使用设计模式,也可不多能在Java语言里实现动态的双重分派。

  在Java中可不多能通过两次法子调用来达到两次分派的目的。类图如下所示:

  在图含有有有另一个 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()法子,并将它本人传入。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()法子。通过两次调用将守护线程池池控制权轮番交给有有另一个 对象,其时序图如下所示:

  原本就突然出现了两次法子调用,守护线程池池控制权被有有另一个 对象像传球一样,首先由West对象传给了East对象,本来又被返传给了West对象。

  本来仅仅返传了一下球,不必能避免双重分派的问提。关键是咋样利用这两次调用,以及Java语言的动态单分派功能,使得在你是什么传球的过程中,要能触发两次单分派。

  动态单分派在Java语言中是在子类重写父类的法子时地处的。换言之,West和East都都要分别置身于本人的类型等级特性中,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,本来客户端调用SubEast1的goEast()法子,并将SubWest1对象传入。机会SubEast1对象重写了其超类East的goEast()法子,本来,你是什么过后就地处了一次动态的单分派。当SubEast1对象接到调用时,会从参数中得到SubWest1对象,不多不多它就立即调用你是什么对象的goWest1()法子,并将本人传入。机会SubEast1对象有权选用调用哪有有另一个 对象,本来,在此时又进行一次动态的法子分派。

  你是什么过后SubWest1对象就得到了SubEast1对象。通过调用你是什么对象myName1()法子,就可不多能打印出本人的名字和SubEast对象的名字,其时序图如下所示:

  机会这有有另一个 名字有有另一个 来自East等级特性,原本来自West等级特性中,本来,它们的组合式是动态决定的。这本来动态双重分派的实现机制。

  访问者模式适用于数据特性相对未定的系统,它把数据特性和作用于特性上的操作之间的耦合解脱开,使得操作集合可不多能相对自由地演化。访问者模式的简略图如下所示:

  数据特性的每有有另一个 节点都可不多能接受有有另一个 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“双重分派”。节点调用访问者,将它本人传入,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:声明了有有另一个 机会多个法子操作,形成所有的具体访问者角色都要实现的接口。

  ●  具体访问者(ConcreteVisitor)角色:实现抽象访问者所声明的接口,也本来抽象访问者所声明的各个访问操作。

  ●  抽象节点(Node)角色:声明有有另一个 接受操作,接受有有另一个 访问者对象作为有有另一个 参数。

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

  ●  特性对象(ObjectStructure)角色:有如下的责任,可不多能遍历特性中的所有元素;机会都要,提供有有另一个 高层次的接口让访问者对象可不多能访问每有有另一个 元素;机会都要,可不多能设计成有有另一个 复合对象机会有有另一个 聚集,如List或Set。

  源代码

  可不多能看到,抽象访问者角色为每有有另一个 具体节点都准备了有有另一个 访问操作。机会有有有另一个 节点,本来,对应都不 有有另一个 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特有的法子
     */
    public String operationA(){
        return "NodeA";
    }

}

  具体节点类NodeB

public class NodeB extends Node{
    /**
     * 接受法子
     */
    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
    /**
     * NodeB特有的法子
     */
    public String operationB(){
        return "NodeB";
    }
}

  特性对象角色类,你是什么特性对象角色持有有另另一个 聚集,并向外界提供add()法子作为对聚集的管理操作。通过调用你是什么法子,可不多能动态地增加有有另一个 新的节点。

public class ObjectStructure {
    
    private List<Node> nodes = new ArrayList<Node>();
    
    /**
     * 执行法子操作
     */
    public void action(Visitor visitor){
        
        for(Node node : nodes)
        {
            node.accept(visitor);
        }
        
    }
    /**
     * 加含有有另一个

新元素
     */
    public void add(Node node){
        nodes.add(node);
    }
}

  客户端类

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        //创建有有另一个

特性对象
        ObjectStructure os = new ObjectStructure();
        //给特性增加有有另一个

节点
        os.add(new NodeA());
        //给特性增加有有另一个

节点
        os.add(new NodeB());
        //创建有有另一个

访问者
        Visitor visitor = new VisitorA();
        os.action(visitor);
    }

}

  觉得在你是什么示意性的实现里并这麼 突然出现有有另一个 比较复杂的具有多个树枝节点的对象树特性,本来,在实际系统中访问者模式通常是用来避免比较复杂的对象树特性的,本来访问者模式可不多能用来避免跨不多个等级特性的树特性问提。这正是访问者模式的功能强大之处。

  准备过程时序图

  首先,你是什么示意性的客户端创建了有有另一个 特性对象,本来将有有另一个 新的NodeA对象和有有另一个 新的NodeB对象传入。

  其次,客户端创建了有有另一个 VisitorA对象,并将此对象传给特性对象。

  本来,客户端调用特性对象聚集管理法子,将NodeA和NodeB节点加入到特性对象中去。

  最后,客户端调用特性对象的行动法子action(),启动访问过程。

  

  访问过程时序图

  

  特性对象会遍历它本人所保存的聚集中的所有节点,在本系统中本来节点NodeA和NodeB。首先NodeA会被访问到,你是什么访问是由以下的操作组成的:

  (1)NodeA对象的接受法子accept()被调用,并将VisitorA对象某种生活传入;

  (2)NodeA对象反过来调用VisitorA对象的访问法子,并将NodeA对象某种生活传入;

  (3)VisitorA对象调用NodeA对象的特有法子operationA()。

  从而就完成了双重分派过程,接着,NodeB会被访问,你是什么访问的过程和NodeA被访问的过程是一样的,这里不再叙述。

  ●  好的扩展性

  要能在不修改对象特性中的元素的情況下,为对象特性中的元素加带新的功能。

  ●  好的复用性

  可不多能通过访问者来定义整个对象特性通用的功能,从而提高复用程度。

  ●  分离无关行为

  可不多能通过访问者来分离无关的行为,把相关的行为封装进 同去,构成有有另一个 访问者,原本每有有另一个 访问者的功能都比较单一。

  ●  对象特性变化很困难

  不适用于对象特性中的类突然变化的情況,机会对象特性地处了改变,访问者的接口和访问者的实现都不 地处相应的改变,代价太高。

  ●  破坏封装

  访问者模式通常都要对象特性开放组织组织结构数据给访问者和ObjectStructrue,这破坏了对象的封装性。