定義

訪問(wèn)者模式是對(duì)象的行為模式。訪問(wèn)者模式的目的是封裝一些施加于某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)元素之上的操作真友。一旦這些操作需要修改的話赡突，接收這個(gè)操作的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)則可以保持不變。

分派的概念

變量被聲明時(shí)的類型叫做變量的靜態(tài)類型Static Type月而，有些人又把靜態(tài)類型叫做明顯類型Apparent Type；而變涼做引用的對(duì)象的真實(shí)類型又叫作變量的實(shí)際類型Actual Type议纯。比如：

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

聲明了一個(gè)變量list父款，它的靜態(tài)類型（也成為明顯類型）是List，而它的實(shí)際類型是ArrayList瞻凤。

根據(jù)對(duì)象的類型而對(duì)方法進(jìn)行的選擇憨攒，就是分派Dispatch，分派Dispatch有分為兩種：靜態(tài)分派和動(dòng)態(tài)分派阀参。

靜態(tài)分派(Static Dispatch)發(fā)生在編譯時(shí)期肝集，分派根據(jù)靜態(tài)類型信息發(fā)生。靜態(tài)分派對(duì)于我們來(lái)說(shuō)并不陌生蛛壳，方法重載就是靜態(tài)分派杏瞻。

動(dòng)態(tài)分派(Dynamic Dispatch)發(fā)生在運(yùn)行期間，動(dòng)態(tài)分派動(dòng)態(tài)的置換掉某個(gè)方法衙荐。

靜態(tài)分派

Java通過(guò)方法重載支持靜態(tài)分派捞挥。用墨子騎馬的故事作為例子，墨子可以騎白馬或者黑馬忧吟。墨子與白馬砌函、黑馬和馬的類圖如下所示：

墨子騎馬類圖

馬的定義如下

public class Horse {
    public void eat() {
        System.out.println("馬吃草");
    }
}

白馬定義如下

public class WhiteHorse extends Horse {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("白馬吃草");
    }
}

黑馬定義如下

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

在這個(gè)系統(tǒng)中，墨子由Mozi類代表

public class MoZi {
    public void ride(Horse horse) {
        System.out.println("騎馬");
    }
    public void ride(WhiteHorse horse) {
        System.out.println("騎白馬");
    }
    public void ride(BlackHorse horse) {
        System.out.println("騎黑馬");
    }
    public static void main(String[] args) {
        Horse horse1 = new WhiteHorse();
        Horse horse2 = new BlackHorse();
        MoZi moZi = new MoZi();
        moZi.ride(horse1);
        moZi.ride(horse2);
    }
}

顯然，MoZi類的ride()方法是由三個(gè)方法重載而成的讹俊。這三個(gè)方法垦沉，分別接收的參數(shù)類型為馬Horse、白馬WhiteHorse劣像、黑馬BlockHorse乡话。

然而在實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候，程序會(huì)打印出兩行相同的結(jié)果：“騎馬”耳奕。換言之绑青，墨子所騎的都是馬。

為什么呢屋群？?jī)纱螌?duì)ride()方法的調(diào)用傳入的是不同的參數(shù)闸婴，也就是horse1和horse2。它們雖然具有不同的真實(shí)類型芍躏，但是它們的靜態(tài)類型都是一樣的邪乍，均為Horse類型。

重載方法的分派是根據(jù)靜態(tài)類型進(jìn)行的对竣，這個(gè)分派過(guò)程在編譯時(shí)期就完成了庇楞。

動(dòng)態(tài)分派

我們關(guān)注到，在Horse類下定義了eat()方法否纬，WhiteHorse和BlockHorse方法重寫了這個(gè)方法吕晌，由此，當(dāng)客戶端這樣調(diào)用時(shí)

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Horse horse = new WhiteHorse();
        horse.eat();
    }
}

在這里临燃，變量horse的靜態(tài)類型是Horse睛驳，而真實(shí)類型是WhiteHorse。如果上邊代碼中的eat()方法調(diào)用的是WhiteHorse類的eat()方法膜廊，那么打印的結(jié)果就是“白馬吃草”乏沸；相反，如果上面的eat()方法調(diào)用的是Horse類的eat()方法爪瓜，那么打印的結(jié)果就是“馬吃草”蹬跃。

所以，問(wèn)題的核心就是Java編譯器在編譯時(shí)期并不總是知道哪些代碼會(huì)被執(zhí)行钥勋，因?yàn)榫幾g器僅僅知道對(duì)象的靜態(tài)類型炬转，而不知道對(duì)象的真實(shí)類型；而方法的調(diào)用則是根據(jù)對(duì)象的真實(shí)類型算灸，而不是靜態(tài)類型。這樣以來(lái)驻啤，上邊的eat()方法調(diào)用的是WhiteHorse類的eat()方法菲驴，打印的結(jié)果是“白馬吃草”；

分派的類型

一個(gè)方法所屬的對(duì)象叫做方法的接收者骑冗，方法的接收者與方法的參數(shù)統(tǒng)稱為方法的宗量赊瞬。比如下面的Test類

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

在上面的類中先煎，print()方法屬于Test對(duì)象，所以它的接收者也就是Test對(duì)象了巧涧。print()方法有一個(gè)參數(shù)是str薯蝎，它的類型是String。

根據(jù)分派可以基于多少種宗量谤绳，可以將面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言劃分為單分派語(yǔ)言Uni-Dispatch和多分派語(yǔ)言Multi-Dispatch占锯。單分派語(yǔ)言可以根據(jù)一個(gè)宗量的類型進(jìn)行對(duì)方法的選擇，多分派語(yǔ)言根據(jù)多于一個(gè)的宗量的類型對(duì)方法進(jìn)行選擇缩筛。

C++和Java均是單分派語(yǔ)言消略，多分派語(yǔ)言的例子包括CLOS和Cecil。按照這樣的區(qū)分瞎抛，Java就是動(dòng)態(tài)的單分派語(yǔ)言艺演，因?yàn)檫@種語(yǔ)言的動(dòng)態(tài)分派僅僅會(huì)考慮到方法的接收者的類型，同時(shí)又是靜態(tài)的多分派語(yǔ)言桐臊，因?yàn)檫@種語(yǔ)言對(duì)于重載方法的分派會(huì)考慮到方法的接收者的類型以及方法的所有參數(shù)的類型胎撤。

在一個(gè)支持動(dòng)態(tài)單分派的語(yǔ)言里面，由兩個(gè)條件決定了一個(gè)請(qǐng)求會(huì)調(diào)用哪一個(gè)操作：一是請(qǐng)求的名字断凶，二是接收者的真實(shí)類型伤提。單分派限制了方法的選擇過(guò)程，使得只有一個(gè)宗量可以被考慮到懒浮，這個(gè)宗量通常就是方法的接收者飘弧。在Java語(yǔ)言里面，如果一個(gè)操作是作用于某個(gè)類型不明的對(duì)象上面砚著，那么對(duì)這個(gè)對(duì)象的真實(shí)類型測(cè)試僅會(huì)發(fā)生一次次伶，這就是動(dòng)態(tài)的單分派的特征。

雙重分派

一個(gè)方法根據(jù)兩個(gè)宗量的類型來(lái)決定執(zhí)行不同的代碼稽穆，這就是“雙重分派”冠王。Java語(yǔ)言不支持動(dòng)態(tài)的多分派，也就意味著Java不支持動(dòng)態(tài)的雙分派舌镶。但是通過(guò)使用設(shè)計(jì)模式柱彻，也可以在Java語(yǔ)言里面實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的雙重分派。

在Java語(yǔ)言中可以通過(guò)兩次調(diào)用方法來(lái)達(dá)到兩次分派的目的餐胀。類圖如下所示：

Java中雙重分派的實(shí)現(xiàn)方式

在圖中有兩個(gè)對(duì)象哟楷，左邊的叫做West，右邊的叫做East》裨郑現(xiàn)在West對(duì)象首先調(diào)用East對(duì)象的goEast()方法卖擅，并將它自己傳入。在East對(duì)象被調(diào)用時(shí)，立即根據(jù)傳入的參數(shù)知道了調(diào)用者是誰(shuí)惩阶，于是反過(guò)來(lái)調(diào)用“調(diào)用者”對(duì)象的getWest()方法挎狸。通過(guò)兩次調(diào)用將程序控制權(quán)輪番交給兩個(gè)對(duì)象，其時(shí)序圖如下所示：

Java中雙重分派的實(shí)現(xiàn)時(shí)序圖

這樣就出現(xiàn)了兩次方法調(diào)用断楷，程序控制權(quán)被兩個(gè)對(duì)象像傳球一樣锨匆，首先由West對(duì)象傳給了East對(duì)象，然后又被返傳給了West對(duì)象冬筒。

但是僅僅返傳了一下球恐锣，并不能解決雙重分派的問(wèn)題。關(guān)鍵是怎么利用這兩次調(diào)用账千，以及Java語(yǔ)言的動(dòng)態(tài)單分派功能侥蒙，使得在這種傳球的過(guò)程中，能夠出發(fā)兩次單分派匀奏。

動(dòng)態(tài)單分派在Java語(yǔ)言中是在子類重寫父類的方法時(shí)發(fā)生的鞭衩。換言之，West和East都必須分別置身于自己的類型等級(jí)結(jié)構(gòu)中娃善，如下圖所示：

示例代碼

West類

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

SubWest1類

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類

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類

public abstract class East {
    public abstract void goEast(West west);
}

SubEast1類

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

    public String myName1() {
        return "SubEast1";
    }
}

SubEast2類

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

客戶端類

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        East east = new SubEast1();
        West west = new SubWest1();
        east.goEast(west);

        //組合2
        east = new SubEast1();
        west = new SubWest2();
        east.goEast(west);
    }
}

執(zhí)行結(jié)果如下

SubWest1 + SubEast1
SubWest2 + SubEast1

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)论衍，會(huì)首先創(chuàng)建SubWest1和SubEast1對(duì)象，然后客戶端調(diào)用SubEast1的goEast()方法聚磺，并將SubWest1對(duì)象傳入坯台。由于SubEast1對(duì)象重寫了其超類East的goEast()方法，因此瘫寝，這個(gè)時(shí)候就發(fā)生了一次動(dòng)態(tài)的單分派蜒蕾。當(dāng)SubEast1對(duì)象接到調(diào)用時(shí)，會(huì)從參數(shù)中得到SubWest1對(duì)象焕阿，所以它就立即調(diào)用這個(gè)對(duì)象的goWest1方法咪啡，并將自己傳入。由于SubEast1對(duì)象有權(quán)選擇調(diào)用哪一個(gè)對(duì)象暮屡，因此撤摸，在此時(shí)又進(jìn)行一次動(dòng)態(tài)的方法分派。

這個(gè)時(shí)候SubWest1對(duì)象就得到SubEast1對(duì)象褒纲。通過(guò)調(diào)用這個(gè)對(duì)象的myName1()方法准夷，就可以打印出自己的名字和SubEast對(duì)象的名字，其時(shí)序圖如下所示：

調(diào)用時(shí)序圖

由于這兩個(gè)名字一個(gè)來(lái)自East等級(jí)結(jié)構(gòu)莺掠。另一個(gè)來(lái)自West等級(jí)結(jié)構(gòu)中衫嵌。因此魏保，它們的組合是動(dòng)態(tài)決定的召锈。這就是動(dòng)態(tài)雙重分派的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。

訪問(wèn)者模式的結(jié)構(gòu)

訪問(wèn)者模式適用于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定的系統(tǒng)计贰，它把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和作用于結(jié)構(gòu)上的操作之間的耦合解脫開(kāi)掖棉，使得操作集合可以相對(duì)自由的演化墓律。訪問(wèn)者模式的簡(jiǎn)略圖如下所示：

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以接受一個(gè)訪問(wèn)者的調(diào)用，此節(jié)點(diǎn)向訪問(wèn)者對(duì)象傳入節(jié)點(diǎn)對(duì)象幔亥，而訪問(wèn)者對(duì)象則反過(guò)來(lái)執(zhí)行節(jié)點(diǎn)對(duì)象的操作耻讽。這樣的過(guò)程叫做“雙重分派”。節(jié)點(diǎn)調(diào)用訪問(wèn)者帕棉，將它自己傳入针肥，訪問(wèn)者將某算法針對(duì)此節(jié)點(diǎn)執(zhí)行。訪問(wèn)者模式的示意性類圖如下所示：

訪問(wèn)者模式的示意性類圖

訪問(wèn)者模式涉及到的角色如下：

• 抽象訪問(wèn)者角色(Visitor)：聲明了一個(gè)或者多個(gè)方法操作香伴，行程所有的具體訪問(wèn)者角色必須實(shí)現(xiàn)的接口慰枕。
• 具體訪問(wèn)者角色(ConcreteVisitor)：實(shí)現(xiàn)抽象訪問(wèn)者所聲明的接口，也就是抽象訪問(wèn)者所聲明的各個(gè)訪問(wèn)操作即纲。
• 抽象節(jié)點(diǎn)角色(Node)：聲明一個(gè)接受操作具帮，接受一個(gè)訪問(wèn)者對(duì)象作為一個(gè)參數(shù)。
• 具體節(jié)點(diǎn)角色(ConcreteNode)：實(shí)現(xiàn)了抽象節(jié)點(diǎn)所規(guī)定的接受操作低斋。
• 結(jié)構(gòu)對(duì)象角色(ObjectStructure)：有如下的責(zé)任：可以遍歷結(jié)構(gòu)中的所有元素蜂厅；如果需要，提供一個(gè)高層次的接口讓訪問(wèn)者對(duì)象可以訪問(wèn)每一個(gè)元素膊畴；如果需要掘猿，可以設(shè)計(jì)成一個(gè)復(fù)合對(duì)象或者一個(gè)聚集，如List或Set唇跨。

示例代碼

可以看出稠通，抽象訪問(wèn)者角色為每一個(gè)具體節(jié)點(diǎn)都準(zhǔn)備了一個(gè)訪問(wèn)操作。由于有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)买猖，因此改橘，對(duì)應(yīng)就有兩個(gè)訪問(wèn)操作。

public interface Visitor {
    /**
     * 對(duì)于NodeA的訪問(wèn)操作
     * @param nodeA
     */
    public void visit(NodeA nodeA);

    /**
     * 對(duì)于NodeB的訪問(wèn)操作
     * @param nodeB
     */
    public void visit(NodeB nodeB);
}

具體訪問(wèn)者VisitorA類

public class VisitorA implements Visitor {
    @Override
    public void visit(NodeA nodeA) {
        System.out.println("VisitorA + " + nodeA.operationA());
    }

    @Override
    public void visit(NodeB nodeB) {
        System.out.println("VisitorA + " + nodeB.operationB());
    }
}

具體訪問(wèn)者VisitorB類

public class VisitorB implements Visitor {
    @Override
    public void visit(NodeA nodeA) {
        System.out.println("VisitorB + " + nodeA.operationA());
    }

    @Override
    public void visit(NodeB nodeB) {
        System.out.println("VisitorB + " + nodeB.operationB());
    }
}

抽象節(jié)點(diǎn)類

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

具體節(jié)點(diǎn)類NodeA

public class NodeA extends Node {
    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }

    /**
     * NodeA特有的操作
     * @return
     */
    public String operationA() {
        return "NodeA";
    }
}

具體節(jié)點(diǎn)類NodeB

public class NodeB extends Node {
    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }

    /**
     * NodeB特有的操作
     * @return
     */
    public String operationB() {
        return "NodeB";
    }
}

結(jié)構(gòu)對(duì)象角色類政勃，這個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)象持有一個(gè)聚集唧龄，并向外界提供add()方法作為對(duì)聚集的管理操作。通過(guò)調(diào)用這個(gè)方法奸远，可以動(dòng)態(tài)的增加一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)既棺。

public class ObjectStructure {
    private List<Node> nodes = new ArrayList<>();

    /**
     * 執(zhí)行方法操作
     * @param visitor
     */
    public void action(Visitor visitor) {
        for (Node node :
                nodes) {
            node.accept(visitor);
        }
    }

    /**
     * 添加一個(gè)新元素
     * @param node
     */
    public void add(Node node) {
        nodes.add(node);
    }
}

客戶端類

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //創(chuàng)建一個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)象
        ObjectStructure objectStructure = new ObjectStructure();
        //給結(jié)構(gòu)增加節(jié)點(diǎn)
        objectStructure.add(new NodeA());
        objectStructure.add(new NodeB());
        //創(chuàng)建一個(gè)訪問(wèn)者
        Visitor visitor = new VisitorA();
        objectStructure.action(visitor);
    }
}

雖然在這個(gè)示意性的實(shí)現(xiàn)里并沒(méi)有出現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的具有多個(gè)樹(shù)枝節(jié)點(diǎn)的對(duì)象樹(shù)結(jié)構(gòu)，但是懒叛，在實(shí)際系統(tǒng)中訪問(wèn)者模式通常是用來(lái)處理復(fù)雜的對(duì)象樹(shù)結(jié)構(gòu)的丸冕，而且訪問(wèn)者模式可以用來(lái)處理跨多個(gè)等級(jí)結(jié)構(gòu)的樹(shù)結(jié)構(gòu)問(wèn)題。這正是訪問(wèn)者模式的功能強(qiáng)大之處薛窥。

準(zhǔn)備過(guò)程時(shí)序圖

首先胖烛，這個(gè)示意性的客戶端創(chuàng)建了一個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)象眼姐，然后將一個(gè)新的NodeA對(duì)象和一個(gè)新的NodeB對(duì)象傳入。

其次佩番，客戶端創(chuàng)建了一個(gè)VisitorA對(duì)象众旗，并將此對(duì)象傳給結(jié)構(gòu)對(duì)象。

然后趟畏，客戶端調(diào)用結(jié)構(gòu)對(duì)象聚集管理方法贡歧，將NodeA和NodeB節(jié)點(diǎn)加入到結(jié)構(gòu)對(duì)象中去。

最后赋秀，客戶端調(diào)用結(jié)構(gòu)對(duì)象的行為方法action()方法利朵，啟動(dòng)訪問(wèn)過(guò)程。

準(zhǔn)備過(guò)程時(shí)序圖

訪問(wèn)過(guò)程時(shí)序圖

訪問(wèn)過(guò)程時(shí)序圖

結(jié)構(gòu)對(duì)象會(huì)遍歷它自己所保存的聚集中的所有節(jié)點(diǎn)猎莲，在本系統(tǒng)中就是節(jié)點(diǎn)NodeA和NodeB绍弟。首先NodeA會(huì)被訪問(wèn)到，這個(gè)訪問(wèn)是由一下的操作組成的：

1. NodeA對(duì)象的接受方法accept()被調(diào)用著洼，并將VisitorA對(duì)象本身傳入樟遣；
2. NodeA對(duì)象反過(guò)來(lái)調(diào)用VisitorA對(duì)象的訪問(wèn)方法，并將NodeA對(duì)象本身傳入郭脂；
3. VisitorA對(duì)象調(diào)用NodeA對(duì)象的特有方法operationA()年碘。

從而就完成了雙重分派過(guò)程，接著展鸡，NodeB會(huì)被訪問(wèn)屿衅，這個(gè)訪問(wèn)的過(guò)程跟NodeA被訪問(wèn)的過(guò)程是一樣的。

訪問(wèn)者模式的優(yōu)點(diǎn)

• 好的擴(kuò)展性
  能夠在不修改對(duì)象結(jié)構(gòu)中的元素的情況下莹弊，為對(duì)象結(jié)構(gòu)中的元素添加新的功能涤久。
• 好的復(fù)用性
  可以通過(guò)訪問(wèn)者定義整個(gè)結(jié)果對(duì)象通用的功能，從而提高復(fù)用程度忍弛。
• 分離無(wú)關(guān)行為
  可以通過(guò)訪問(wèn)者來(lái)分離無(wú)關(guān)的行為响迂，把相關(guān)的行為封裝在一起，構(gòu)成一個(gè)訪問(wèn)者细疚，這樣沒(méi)個(gè)訪問(wèn)者的功能都比較單一蔗彤。

訪問(wèn)者模式的缺點(diǎn)

• 對(duì)象結(jié)構(gòu)變化很困難
  不適用于對(duì)象結(jié)構(gòu)中的類經(jīng)常變化的情況，因?yàn)閷?duì)象結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變疯兼，訪問(wèn)者的接口和訪問(wèn)者的實(shí)現(xiàn)都要發(fā)生相應(yīng)的改變然遏，代價(jià)太高。
• 破壞封裝
  訪問(wèn)者模式通常需要對(duì)象結(jié)構(gòu)開(kāi)放內(nèi)部數(shù)據(jù)給訪問(wèn)者和ObjectStructure吧彪，這破壞了對(duì)象的封裝性

參考

《JAVA與模式》之訪問(wèn)者模式