《JAVA与模式》之访问者模式

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在阎宏博士的《JAVA与模式》一书中开头是原先描述访问者(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其他施加于什儿 数据社会形态元素之上的操作。一旦哪几块操作还要修改句子,接受什儿 操作的数据社会形态则都不还可以保持不变。

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

  声明了有一一四个 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确定,过后 我分派(Dispatch),分派(Dispatch)又分为什儿 ,即静态分派动态分派

  静态分派(Static Dispatch)占据 在编译时期,分派根据静态类型信息占据 。静态分派对于亲们 来说这么来越多陌生,法子重载过后 我静态分派。

  动态分派(Dynamic Dispatch)占据 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,墨子都不还可以骑白马可能性黑马。墨子与白马、黑马和马的类图如下所示:

  在什儿 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()法子是由有一一四个 法子重载而成的。什儿 个多 法子分别接受马(Horse)、白马(WhiteHorse)、黑马(BlackHorse)等类型的参数。

  这么 在运行时,进程会打印出哪几块结果呢?结果是进程会打印出相同的两行“骑马”。换言之,墨子发现他所骑的全是马。

  为哪几块呢?两次对ride()法子的调用传入的是不同的参数,也过后 我wh和bh。它们其实具有不同的真实类型,其他它们的静态类型全是一样的,均是Horse类型。

  重载法子的分派是根据静态类型进行的,什儿 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。可能性上端最后一行的eat()法子调用的是BlackHorse类的eat()法子,这么 上端打印的过后 我“黑马吃草”;相反,可能性上端的eat()法子调用的是Horse类的eat()法子,这么 打印的过后 我“马吃草”。

  其他其他,疑问图片的核心过后 我Java编译器在编译时期这么来越多经常 知道哪几块代码会被执行,可能性编译器仅仅知道对象的静态类型,而别问我对象的真实类型;而法子的调用则是根据对象的真实类型,而全是静态类型。原先一来,上端最后一行的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

  有一一四个 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);
    }
}

  在上端的类中,print()法子属于Test对象,其他其他它的接收者也过后 我Test对象了。print()法子有一一四个多 参数是str,它的类型是String。

  根据分派都不还可以基于几块种宗量,都不还可以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)。单分派语言根据有一一四个 宗量的类型进行对法子的确定,多分派语言根据多于有一一四个 的宗量的类型对法子进行确定。

  C++和Java均是单分派语言,多分派语言的例子包括CLOS和Cecil。按照原先的区分,Java过后 我动态的单分派语言,可能性什儿 语言的动态分派仅仅会考虑到法子的接收者的类型,一起去又是静态的多分派语言,可能性什儿 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。

  在有一一四个 支持动态单分派的语言上端,有一一四个多 条件决定了有一一四个 请求会调用哪有一一四个 操作:一是请求的名字,过后 我接收者的真实类型。单分派限制了法子的确定过程,使得非要一一四个多 宗量都不还可以被考虑到,什儿 宗量通常过后 我法子的接收者。在Java语言上端,可能性有一一四个 操作是作用于某个类型不明的对象上端,这么 对什儿 对象的真实类型测试仅会占据 一次,这过后 我动态的单分派的社会形态。

 双重分派

  有一一四个 法子根据有一一四个 宗量的类型来决定执行不同的代码,这过后 我“双重分派”。Java语言不支持动态的多分派,也就导致 Java不支持动态的双分派。其他通过使用设计模式,也都不还可以在Java语言里实现动态的双重分派。

  在Java中都不还可以通过两次法子调用来达到两次分派的目的。类图如下所示:

  在图中含一一四个多 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()法子,并将它被委托人传入。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。通过两次调用将进程控制权轮番交给有一一四个 对象,其时序图如下所示:

  原先就经常 经常 出现了两次法子调用,进程控制权被有一一四个 对象像传球一样,首先由West对象传给了East对象,其他又被返传给了West对象。

  其他仅仅返传了一下球,这么来越多能正确处理双重分派的疑问图片。关键是怎么还可以利用这两次调用,以及Java语言的动态单分派功能,使得在什儿 传球的过程中,不不还可以触发两次单分派。

  动态单分派在Java语言中是在子类重写父类的法子时占据 的。换言之,West和East都还要分别置身于被委托人的类型等级社会形态中,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,其他客户端调用SubEast1的goEast()法子,并将SubWest1对象传入。可能性SubEast1对象重写了其超类East的goEast()法子,其他,什儿 事先就占据 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,其他其他它就立即调用什儿 对象的goWest1()法子,并将被委托人传入。可能性SubEast1对象有权确定调用哪有一一四个 对象,其他,在此时又进行一次动态的法子分派。

  什儿 事先SubWest1对象就得到了SubEast1对象。通过调用什儿 对象myName1()法子,就都不还可以打印出被委托人的名字和SubEast对象的名字,其时序图如下所示:

  可能性什儿 个多 名字有一一四个 来自East等级社会形态,原先来自West等级社会形态中,其他,它们的组合式是动态决定的。这过后 我动态双重分派的实现机制。

  访问者模式适用于数据社会形态相对未定的系统,它把数据社会形态和作用于社会形态上的操作之间的耦合解脱开,使得操作集合都不还可以相对自由地演化。访问者模式的简略图如下所示:

  数据社会形态的每有一一四个 节点都都不还可以接受有一一四个 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。原先的过程叫做“双重分派”。节点调用访问者,将它被委托人传入,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:声明了有一一四个 可能性多个法子操作,形成所有的具体访问者角色还要实现的接口。

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

  ●  抽象节点(Node)角色:声明有一一四个 接受操作,接受有一一四个 访问者对象作为有一一四个 参数。

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

  ●  社会形态对象(ObjectStructure)角色:有如下的责任,都不还可以遍历社会形态中的所有元素;可能性还要,提供有一一四个 高层次的接口让访问者对象都不还可以访问每有一一四个 元素;可能性还要,都不还可以设计成有一一四个 复合对象可能性有一一四个 聚集,如List或Set。

  源代码

  都不还可以都看,抽象访问者角色为每有一一四个 具体节点都准备了有一一四个 访问操作。可能性有一一四个多 节点,其他,对应全是有一一四个 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";
    }
}

  社会形态对象角色类,什儿 社会形态对象角色持有一一四个多 聚集,并向外界提供add()法子作为对聚集的管理操作。通过调用什儿 法子,都不还可以动态地增加有一一四个 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);
        }
        
    }
    /**
     * 加上有一一四个

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

  客户端类

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        //创建有一一四个

社会形态对象
        ObjectStructure os = new ObjectStructure();
        //给社会形态增加有一一四个

节点
        os.add(new NodeA());
        //给社会形态增加有一一四个

节点
        os.add(new NodeB());
        //创建有一一四个

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

}

  其实在什儿 示意性的实现里并这么 经常 经常 出现有一一四个 多样化的具有多个树枝节点的对象树社会形态,其他,在实际系统中访问者模式通常是用来正确处理多样化的对象树社会形态的,其他访问者模式都不还可以用来正确处理跨这么来越多个等级社会形态的树社会形态疑问图片。这正是访问者模式的功能强大之处。

  准备过程时序图

  首先,什儿 示意性的客户端创建了有一一四个 社会形态对象,其他将有一一四个 新的NodeA对象和有一一四个 新的NodeB对象传入。

  其次,客户端创建了有一一四个 VisitorA对象,并将此对象传给社会形态对象。

  其他,客户端调用社会形态对象聚集管理法子,将NodeA和NodeB节点加入到社会形态对象中去。

  最后,客户端调用社会形态对象的行动法子action(),启动访问过程。

  

  访问过程时序图

  

  社会形态对象会遍历它被委托人所保存的聚集中的所有节点,在本系统中过后 我节点NodeA和NodeB。首先NodeA会被访问到,什儿 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对象什儿 传入;

  (2)NodeA对象反过来调用VisitorA对象的访问法子,并将NodeA对象什儿 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,什儿 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

  不不还可以在不修改对象社会形态中的元素的情况下,为对象社会形态中的元素加上新的功能。

  ●  好的复用性

  都不还可以通过访问者来定义整个对象社会形态通用的功能,从而提高复用程度。

  ●  分离无关行为

  都不还可以通过访问者来分离无关的行为,把相关的行为封塞进去一起去,构成有一一四个 访问者,原先每有一一四个 访问者的功能都比较单一。

  ●  对象社会形态变化很困难

  不适用于对象社会形态中的类经常 变化的情况,可能性对象社会形态占据 了改变,访问者的接口和访问者的实现全是占据 相应的改变,代价太高。

  ●  破坏封装

  访问者模式通常还要对象社会形态开放结构数据给访问者和ObjectStructrue,这破坏了对象的封装性。