Java設計模式之十 ---- 訪問者模式和中介者模式

前言

2018年已經過去,新的一年工作已經開始,繼續總結和學習Java設計模式。

在上一篇中我們學習了行為型模式的解釋器模式(Interpreter Pattern)和迭代器模式（Iterator Pattern）。本篇則來學習下行為型模式的兩個模式，訪問者模式(Visitor Pattern)和中介者模式（Mediator Pattern）。

訪問者模式

簡介

訪問者模式（VisitorPattern），顧名思義使用了這個模式後就可以在不修改已有程式結構的前提下，通過添加額外的訪問者來完成對已有代碼功能的提升，它屬於行為模式。訪問者模式的目的是封裝一些施加於某種數據結構元素之上的操作。一旦這些操作需要修改的話，接受這個操作的數據結構則可以保持不變。
其主要目的是將數據結構與數據操作分離。

訪問者模式可以說是設計模式中最難以理解的一個模式，因為相比其它模式而言，它過於”繞“了。但是我們可以通過生活中的一些例子來理解它，比如家裡來了客人，客人就是訪問者，他可以做一些事情，但是又不能做全部的事情； 又或者說去網吧上網的小明，小明也是訪問者，他可以在網吧玩游戲、看視頻、聽音樂等等，但是不能破壞網吧中的設備等等。按照這麼理解，我們大概就可以知道訪問者模式主要是做什麼了。

訪問者模式主要由這五個角色組成，抽象訪問者(Visitor)、具體訪問者(ConcreteVisitor)、抽象節點(Node)、具體節點(ConcreteNode)和結構對象(ObjectStructure)。

• 抽象訪問者(Visitor)角色：聲明瞭一個或者多個方法操作，形成所有的具體訪問者角色必須實現的介面。
• 具體訪問者(ConcreteVisitor)角色：實現抽象訪問者所聲明的介面，也就是抽象訪問者所聲明的各個訪問操作。
• 抽象節點(Node)角色：聲明一個接受操作，接受一個訪問者對象作為一個參數。
• 具體節點(ConcreteNode)角色：實現了抽象節點所規定的接受操作。
• 結構對象(ObjectStructure)角色：有如下的責任，可以遍歷結構中的所有元素。

示例圖如下:

這裡為了方便理解，我們使用一個簡單的示例來加以說明。
圖書館有一臺電腦，有兩個賬戶，其中一個是管理員的賬戶，擁有所有許可權，但是設置了密碼；另一個賬戶是不需要密碼，但是只能玩游戲和看圖片。張三和李四先後使用了這臺電腦，那麼他們就可以當作是訪問者。
那麼我們便可以根據這裡例子來使用訪問者模式進行開發，首先定義一個抽象的訪問者，擁有玩游戲和看圖片的方法；然後再定義一個抽象節點電腦，接受這個請求。
那麼這個抽象類的代碼如下:

interface Visitor {
   void visit(Games games);
   void visit(Photos photos);
}

interface Computer {
   void accept(Visitor visitor);
}

定義好該抽象類之後，我們需要設計不同的訪問者對節點進行不同的處理。並且需要設計具體節點類實現剛剛抽象節點的方法。

那麼代碼如下:

class ZhangSan implements Visitor {
   @Override
   public void visit(Games games) {
       games.play();
   }

   @Override
   public void visit(Photos photos) {
       photos.watch();
   }
}

class LiSi implements Visitor {
   @Override
   public void visit(Games games) {
       games.play();
   }
   @Override
   public void visit(Photos photos) {
       photos.watch();
   }
}

class Games implements Computer {
   @Override
   public void accept(Visitor visitor) {
       visitor.visit(this);
   }

   public void play() {
       System.out.println("play lol");
   }
}

class Photos implements Computer {
   @Override
   public void accept(Visitor visitor) {
       visitor.visit(this);
   }
   
   public void watch() {
       System.out.println("watch scenery photo");
   }
}

最後我們還需要定義一個結構對象角色，提供一個的介面並允許該訪問者進行訪問，它可以對這些角色進行增加、修改或刪除等操作和遍歷。
代碼如下:

class ObjectStructure {

    private List<Computer> computers = new ArrayList<Computer>();

    public void action(Visitor visitor) {
        computers.forEach(c -> {
            c.accept(visitor);
        });
    }
    public void add(Computer computer) {
        computers.add(computer);
    }
}

編寫好之後，那麼我們來進行測試。
測試代碼如下:

public static void main(String[] args) {
       // 創建一個結構對象
       ObjectStructure os = new ObjectStructure();
       // 給結構增加一個節點
       os.add(new Games());
       // 給結構增加一個節點
       os.add(new Photos());
       // 創建一個訪問者
       Visitor visitor = new ZhangSan();
       os.action(visitor);

}

輸出結果:

play lol
watch scenery photo

訪問者模式優點：

擴展性好，可以在不修改對象結構中的元素的情況下，為對象結構中的元素添加新的功能；
符合單一職責原則，通過訪問者將無關的行為分離，使職責單一；

訪問者模式缺點：

違反了迪米特原則，因為具體元素對訪問者公佈細節；
違反了依賴倒置原則，依賴了具體類，沒有依賴抽象；
對象結構變化困難，若對象結構發生了改變，訪問者的介面和訪問者的實現也都要發生相應的改變；

使用場景：

對象結構中對象對應的類很少改變，但經常需要在此對象結構上定義新的操作；
需要對一個對象結構中的對象進行很多不同的並且不相關的操作，而需要避免讓這些操作"污染"這些對象的類，也不希望在增加新操作時修改這些類。

中介者模式

簡介

中介者模式（Mediator Pattern），定義了一個中介對象來封裝一系列對象之間的交互關係。中介者使各個對象之間不需要顯式地相互引用，從而使耦合性降低，而且可以獨立地改變它們之間的交互行為，屬於行為型模式。
其主要的目的是用來降低多個對象和類之間的通信複雜性。

簡單的來說就是提供一個平臺。比如生活中我們經常用到的聊天軟體QQ、微信群，或者是上網購物的網站淘寶、京東，又或者是房產中介。但是無論是QQ群，還是房產中介，他們都是充當一個中間平臺的作用，我們可以直接通過這個平臺得到我們想要的信息，避免了獨自獲取花費的成本。

中介者模式主要由這四個角色組成， 抽象中介者(Mediator)、具體中介者(ConcreteMediator)、 抽象同事類(Colleague)和具體同事類(ConcreteColleague) 。

• 抽象中介者(Mediator): 定義了同事對象到中介者對象之間的介面。
• 具體中介者(ConcreteMediator): 實現抽象中介者的方法，它需要知道所有的具體同事類，同時需要從具體的同事類那裡接收信息，並且向具體的同事類發送信息。
• 抽象同事類(Colleague): 定義了中介者對象的介面，它只知道中介者而不知道其他的同事對象。
• 具體同事類(ConcreteColleague) : 每個具體同事類都只需要知道自己的行為即可，但是他們都需要認識中介者。

示例圖如下:

這裡為了方便理解，我們使用一個簡單的示例來加以說明。
xuwujing創建了一個Java的QQ群，並邀請了很多人進來，其中張三也加進來了，進群之後，大家開始互相打招呼進行交流。。。
那麼我們便可以根據這個簡單的例子來使用中介者模式進行開發。
首先依舊定義一個抽象的中介者，就是QQ群，可以進行交流；然後再定義一個抽象的同事類，可以談話。
那麼這個抽象類的代碼如下:

interface QQqun {
   void exchange(Person person,String message);
}

abstract class Person{
   protected String name;
   protected QQqun qun;  
   Person(String name,QQqun qun){
       this.name = name;
       this.qun = qun;
   }
}

定義好該抽象類之後，我們再來定義具體的同事類，也就是xuwujing和張三，可以進行交流。

那麼代碼如下:

class ZhangSan extends Person{

   ZhangSan(String name, QQqun qun) {
       super(name, qun);
   }
   
    void exchange(String message){
       qun.exchange(this,message);
   }
   
    void talk(String message){
       System.out.println(name +"說：" + message);
   }
}

class XuWuJing extends Person{

   XuWuJing(String name, QQqun qun) {
       super(name, qun);
   }
   
    void exchange(String message){
       qun.exchange(this,message);
   }
   
    void talk(String message){
       System.out.println(name +"回應：" + message);
   }
}

最後再來定義具體中介者對象，這個QQ群的具體實現。
代碼如下:

class JavaQQqun implements QQqun{
    private ZhangSan zs;
    private XuWuJing xwj;

    public ZhangSan getZs() {
        return zs;
    }

    public void setZs(ZhangSan zs) {
        this.zs = zs;
    }

    public XuWuJing getXwj() {
        return xwj;
    }


    public void setXwj(XuWuJing xwj) {
        this.xwj = xwj;
    }


    @Override
    public void exchange(Person person, String message) {
            if(zs.equals(person)){
                zs.talk(message);
            }else if(xwj.equals(person)){
                xwj.talk(message);
            }
    }
}

最後再來進行測試，定義好交流平臺以及需要交流的人員。
那麼測試代碼如下:

public static void main(String[] args) {
    JavaQQqun jq = new JavaQQqun();  
       ZhangSan zs = new ZhangSan("張三", jq);
       XuWuJing xwj = new XuWuJing("xuwujing", jq);
       jq.setZs(zs);
       jq.setXwj(xwj);      
       zs.talk("大家好！我是張三!");;
       xwj.talk("歡迎你！張三！");

}

輸出結果:

張三說：大家好！我是張三
xuwujing回應：歡迎你！張三！

中介者模式優點：

靈活性高，因為將同事類進行瞭解耦，使其不必有關聯性；
降低了類的複雜度，將一對多轉化成了一對一；

中介者模式缺點：

中介者使用過多，會使系統變得複雜難以維護；

使用場景：

通過一個中間類來封裝多個類中的行為，而又不想生成太多的子類。

註意事項：

若不明確各個類的職責，那麼就不要進行使用！

和外觀模式、代理模式比較

中介者模式和外觀模式、代理模式比較類似，但是又有不同。
和外觀模式比較，中介者模式中，同事類必須依賴與中介者，中介者也知道同事類；但是外觀模式中，子系統是不需要知道外觀類的存在，並且子系統是可以脫離外觀模式的。
和代理模式，代理模式的核心就是代理作用，主要還是對原先的類進行擴展或增加控制，比如進行許可權控制；而中介者模式主要目的是為了減少對象之前的耦合，也就是同事類直接相互獨立，互不影響。