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訪問者模式，重點(diǎn)在于訪問者二字。說到訪問，我們腦海中必定會想起新聞訪談，兩個(gè)人面對面坐在一起。從字面上的意思理解：其實(shí)就相當(dāng)于被訪問者(某個(gè)公眾人物)把訪問者(記者)當(dāng)成了外人，不想你隨便動。你想要什么，我弄好之后給你(調(diào)用你的方法)。
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01 什么是訪問者模式?
訪問者模式的定義如下所示，說的是在不改變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的提前下，定義新操作。
封裝一些作用于某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的各元素的操作，它可以在不改變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的前提下定義作用于這些元素的新的操作。
但在實(shí)際的應(yīng)用中，我發(fā)現(xiàn)有些例子并不是如此。有些例子中并沒有穩(wěn)定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而是穩(wěn)定的算法。在樹義看來，訪問者模式是：把不變的固定起來，變化的開放出去。
我們舉生活中一個(gè)例子來聊聊：某科學(xué)家接受記者訪談。我們都知道科學(xué)家接受訪問，肯定是有流程上的限制的，不可能讓你隨便問。我們假設(shè)這個(gè)過程是：先問科學(xué)家的學(xué)校經(jīng)歷，再聊你的工作經(jīng)歷，最后聊你的科研成果。那么在這個(gè)過程中，固定的是什么東西呢?固定的是接受采訪的流程。變化的是什么呢?變化的是不同的記者，針對學(xué)校經(jīng)歷，可能會提不同的問題。
根據(jù)我們之前的理解，訪問者模式其實(shí)就是要把不變的東西固定起來，變化的開放出去。那么對于科學(xué)家接受訪談這個(gè)事情，我們可以這么將其抽象化。
首先，我們需要有一個(gè) Visitor 類，這里定義了一些外部(記者)可以做的事情(提學(xué)校經(jīng)歷、工作經(jīng)歷、科研成就的問題)。
- public interface Visitor {
- public void askSchoolExperience(String name);
- public void askWorkExperience(String name);
- public void askScienceAchievement(String name);
- }
接著聲明一個(gè) XinhuaVisitor 類去實(shí)現(xiàn) Visitor 類，這表示是新華社的一個(gè)記者(訪問者)想去訪問科學(xué)家。
- public class XinhuaVisitor implements Visitor{
- @Override
- public void askSchoolExperience(String name) {
- System.out.printf("請問%s：在學(xué)校取得的最大成就是什么？\n", name);
- }
- @Override
- public void askWorkExperience(String name) {
- System.out.printf("請問%s：工作上最難忘的事情是什么？\n", name);
- }
- @Override
- public void askScienceAchievement(String name) {
- System.out.printf("請問%s：最大的科研成果是什么？", name);
- }
- }
接著聲明一個(gè) Scientist 類，表明是一個(gè)科學(xué)家?？茖W(xué)家通過一個(gè) accept () 方法接收記者(訪問者)的訪問申請，將其存儲起來?？茖W(xué)家定義了一個(gè) interview 方法，將訪問的流程固定死了，只有教你問什么的時(shí)候，我才會讓你(記者)提問。
- public class Scientist {
- private Visitor visitor;
- private String name;
- private Scientist(){}
- public Scientist(String name) {
- this.name = name;
- }
- public void accept(Visitor visitor) {
- this.visitor = visitor;
- }
- public void interview(){
- System.out.println("------------訪問開始------------");
- System.out.println("---開始聊學(xué)校經(jīng)歷---");
- visitor.askSchoolExperience(name);
- System.out.println("---開始聊工作經(jīng)歷---");
- visitor.askWorkExperience(name);
- System.out.println("---開始聊科研成果---");
- visitor.askScienceAchievement(name);
- }
- }
最后我們聲明一個(gè)場景類 Client，來模擬訪談這一過程。
- public class Client {
- public static void main(String[] args) {
- Scientist yang = new Scientist("楊振寧");
- yang.accept(new XinhuaVisitor());
- yang.interview();
- }
- }
運(yùn)行的結(jié)果為：
- ------------訪問開始------------
- ---開始聊學(xué)校經(jīng)歷---
- 請問楊振寧：在學(xué)校取得的最大成就是什么？
- ---開始聊工作經(jīng)歷---
- 請問楊振寧：工作上最難忘的意見事情是什么？
- ---開始聊科研成果---
- 請問楊振寧：最大的科研成果是什么？
看到這里，大家對于訪問者模式的本質(zhì)有了更感性的認(rèn)識(把不變的固定起來，變化的開放出去)。在這個(gè)例子中，不變的固定的就是訪談流程，變化的就是你可以提不同的問題。
一般來說，訪問者模式的類結(jié)構(gòu)如下圖所示：
- Visitor 訪問者接口。訪問者接口定義了訪問者可以做的事情。這個(gè)需要你去分析哪些是可變的，將這些可變的內(nèi)容抽象成訪問者接口的方法，開放出去。而被訪問者的信息，其實(shí)就是通過訪問者的參數(shù)傳遞過去。
- ConcreteVisitor 具體訪問者。具體訪問者定義了具體某一類訪問者的實(shí)現(xiàn)。對于新華社記者來說，他們更關(guān)心楊振寧科學(xué)成果方面的事情，于是他們提問的時(shí)候更傾向于挖掘成果。但對于青年報(bào)記者來說，他們的讀者是青少年，他們更關(guān)心楊振寧在學(xué)習(xí)、工作中的那種精神。
- Element 具體元素。這里指的是具體被訪問的類，在我們這個(gè)例子中指的是 Scientist 類。一般情況下，我們會提供一個(gè) accept () 方法，接收訪問者參數(shù)，將相當(dāng)于接受其范文申請。但這個(gè)方法也不是必須的，只要你能夠拿到 visitor 對象，你怎么定義這個(gè)參數(shù)傳遞都可以。
對于訪問者模式來說，最重要的莫過于 Visitor、ConcreteVisitor、Element 這三個(gè)類了。Visitor、ConcreteVisitor 定義訪問者具體能做的事情，被訪問者的參數(shù)通過參數(shù)傳遞給訪問者。Element 則通過各種方法拿到被訪問者對象，常用的是通過 accept () 方法，但這并不是絕對的。
需要注意的是，我們學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)模式重點(diǎn)是理解類與類之間的關(guān)系，以及他們傳遞的信息。至于是通過什么方式傳遞的，是通過 accept () 方法，還是通過構(gòu)造函數(shù)，都不是重點(diǎn)。
02 訪問者模式的實(shí)際應(yīng)用
前面我們用一個(gè)生活的例子幫助大家理解訪問者模式，相信大家對訪問者模式應(yīng)該有了個(gè)感性的理解了。為了回歸編程實(shí)踐本身，讓大家對訪問者模式能有更好的實(shí)踐理解。下面我們將從軟件編程上講講訪問者模式在開源框架中的應(yīng)用。
文件樹遍歷
JDK 中有文件操作，我們自然是清楚的。有文件操作，那自然就會有文件夾的遍歷操作，即訪問某個(gè)文件夾下面的所有文件或文件夾。試想一下，如果我們想要打印出某個(gè)文件夾下所有文件及文件夾的名字，我們需要怎么做?
很簡單的做法，其實(shí)就是直接做一個(gè)樹的遍歷，然后將名字打印出來呀!
沒錯(cuò)，這確實(shí)是正確答案!
那么如果我希望統(tǒng)計(jì)一下所有文件及文件夾的個(gè)數(shù)呢?
那就再遍歷一次，然后用一個(gè)計(jì)數(shù)器去一直加一唄!
沒錯(cuò)，這也是正確答案!
但你是否發(fā)現(xiàn)了這兩個(gè)過程中，我們有一個(gè)相同的操作：遍歷文件樹。無論是打印文件名，還是計(jì)算文件樹，我們都需要去遍歷文件樹。而無論哪一個(gè)過程，我們最終要的其實(shí)就是訪問文件。
還記得我們說過設(shè)計(jì)模式的本質(zhì)是什么嗎?設(shè)計(jì)模式的本質(zhì)是找出不變的東西，再找出變化的東西，然后找到合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(設(shè)計(jì)模式)去承載這種變化。
在這個(gè)例子里，不變的東西是文件樹的遍歷，變化的是對于文件的不同訪問操作。很顯然，訪問者模式是比較適合承載這種變化的。我們可以把這種不變的東西(文件樹的遍歷)固定起來，把變化的東西(文件的具體操作)開放出去。JDK 對于文件樹的遍歷，其實(shí)就是使用訪問者模式實(shí)現(xiàn)的。
JDK 中聲明了一個(gè) FileVisitor 接口，定義了遍歷者可以做的操作。
- public interface FileVisitor
{ - FileVisitResult preVisitDirectory(T dir, BasicFileAttributes attrs);
- FileVisitResult visitFile(T file, BasicFileAttributes attrs)
- throws IOException;
- FileVisitResult visitFileFailed(T file, IOException exc)
- throws IOException;
- FileVisitResult postVisitDirectory(T dir, IOException exc)
- throws IOException;
- }
FileVisitor 中定義的 visitFile () 方法，其實(shí)就是對于文件的訪問。被訪問者(文件)的信息通過第一個(gè)參數(shù) file 傳遞過來。這樣遍歷者就可以訪問文件的內(nèi)容了。
SimpleFileVisitor 則是對于 FileVisitor 接口的實(shí)現(xiàn)，該類中僅僅是做了簡單的參數(shù)校驗(yàn)，并沒有太過的邏輯。
- public class SimpleFileVisitor
implements FileVisitor { - @Override
- public FileVisitResult preVisitDirectory(T dir, BasicFileAttributes attrs)
- throws IOException
- {
- Objects.requireNonNull(dir);
- Objects.requireNonNull(attrs);
- return FileVisitResult.CONTINUE;
- }
- @Override
- public FileVisitResult visitFile(T file, BasicFileAttributes attrs)
- throws IOException
- {
- Objects.requireNonNull(file);
- Objects.requireNonNull(attrs);
- return FileVisitResult.CONTINUE;
- }
- //....其他省略
- }
FileVisitor 類和 SimpleFileVisitor 類對應(yīng)的就是 UML 類圖中的 Visitor 和 ConcreteVisitor 類。而 Element 元素，對應(yīng)的其實(shí)是 JDK 中的 Files 類。
Files 文件中遍歷文件樹是通過 walkFileTree () 方法實(shí)現(xiàn)的。在 walkFileTree () 方法中實(shí)現(xiàn)了樹的遍歷，在遍歷到文件的時(shí)候會通過 visitor 類的 visitFile 方法調(diào)用遍歷者的方法，將遍歷到的文件傳遞給遍歷者，從而達(dá)到分離變化的目的。
ASM 修改字節(jié)碼
ASM 是 Java 的字節(jié)碼增強(qiáng)技術(shù)，這里面就用到了訪問者模式，主要是用來進(jìn)行字節(jié)碼的修改。在 ASM 中與此相關(guān)的三個(gè)類分別是：ClassReader、ClassVisitor、ClassWriter。
ClassReader 類相當(dāng)于訪問者模式中的 Element 元素。它將字節(jié)數(shù)組或 class 文件讀入內(nèi)存中，并以樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示。該類定義了一個(gè) accept 方法用來和 visitor 交互。
ClassVisitor 相當(dāng)于抽象訪問者接口。ClassReader 對象創(chuàng)建之后，需要調(diào)用 accept () 方法，傳入一個(gè) ClassVisitor 對象。在 ClassReader 的不同時(shí)期會調(diào)用 ClassVisitor 對象中不同的 visit () 方法，從而實(shí)現(xiàn)對字節(jié)碼的修改。
ClassWriter 是 ClassVisitor 的是實(shí)現(xiàn)類，它負(fù)責(zé)將修改后的字節(jié)碼輸出為字節(jié)數(shù)組。
對于 ASM 這種場景而言，字節(jié)碼規(guī)范是非常嚴(yán)格且穩(wěn)定的，如果隨便更改可能出問題。但我們又需要對字節(jié)碼進(jìn)行動態(tài)修改，從而達(dá)到某些目的。在這種情況下，ASM 的設(shè)計(jì)者采用了訪問者模式將變化的部分隔離開來，將不變的部分固定下來，從而達(dá)到了靈活擴(kuò)展的目的。
03 我們該如何使用?
從上面幾個(gè)例子，我們大致可以明白訪問者模式的使用場景：某些較為穩(wěn)定的東西(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或算法)，不想直接被改變但又想擴(kuò)展功能，這時(shí)候適合用訪問者模式。
說到對于訪問者模式使用場景的定義，我們會覺得模板方法模式與這個(gè)使用場景的定義很像。但它們還是有些許差別的。訪問者模式的變化與非變化(即訪問者與被訪問者)之間，它們只是簡單的包含關(guān)系，而模板方法模式的變化與非變化則是繼承關(guān)系。 但它們也確實(shí)有類似的地方，即都是封裝了固定不變的東西，開放了變動的東西。
訪問者模式的優(yōu)點(diǎn)很明顯，即隔離了變化的東西，固定了不變的東西，使得整體的可維護(hù)性更強(qiáng)、具有更強(qiáng)的擴(kuò)展性。但它也帶來了設(shè)計(jì)模式通用的一些缺點(diǎn)，例如：
- 類結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。之前我們可是簡單的調(diào)用關(guān)系，現(xiàn)在則是多個(gè)類之間的繼承和組合關(guān)系。從一定程度上，提高了對開發(fā)人員的要求，提高了研發(fā)成本。
- 被訪問者的變更變得更加困難。例如我們上面科學(xué)家訪談的例子，如果科學(xué)家訪談希望新增一個(gè)環(huán)節(jié)，那么 Scientist 類需要修改，Visitor 類、XinhuaVisitor 類都需要修改。
有這些多優(yōu)點(diǎn)，但也有這么多缺點(diǎn)，那實(shí)際工作中我們應(yīng)該怎么判斷是否用訪問者模式呢?總的原則就是揚(yáng)長避短，即當(dāng)場景完全利用了訪問者模式的優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避了訪問者模式的缺點(diǎn)的時(shí)候，就是使用訪問者模式的最佳時(shí)機(jī)。
雖然使用訪問者模式會讓被訪問者的變更變得更加困難，但如果被訪問者很穩(wěn)定，基本不會變更，那這個(gè)缺點(diǎn)不就去除了么。例如在 ASM 的例子中，元素是 ClassReader，其存儲了字節(jié)碼的結(jié)構(gòu)。而字節(jié)碼結(jié)構(gòu)完全不會輕易改變，所以在這個(gè)「被訪問者的變更變得更加困難」的缺點(diǎn)也就不存在了。
而「類結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜」這個(gè)缺點(diǎn)，則是需要根據(jù)當(dāng)時(shí)業(yè)務(wù)的復(fù)雜程度來看的。如果當(dāng)時(shí)業(yè)務(wù)很簡單，而且變化也不大，那么使用設(shè)計(jì)模式完全是多余的。但是如果當(dāng)時(shí)業(yè)務(wù)很復(fù)雜了，我們還是在一個(gè)類里做修改，那么很大可能性會出大問題。這時(shí)候就需要用設(shè)計(jì)模式來承載復(fù)雜的業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)了。
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名稱欄目：大白話聊訪問者模式：從入門到實(shí)踐
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