25.3　模 式 讲 解

25.3.1　认识访问者模式

1．访问者的功能

访问者模式能给一系列对象透明地添加新功能，从而避免在维护期间对这一系列对象进行修改，而且还能变相实现复用访问者所具有的功能。

由于是针对一系列对象的操作，这也导致，如果只想给一系列对象中的部分对象添加功能，就会有些麻烦；而且要始终能保证把这一系列对象都调用到，不管是循环，还是递归，总之要让每个对象都要被访问到。

2．调用通路

访问者之所以能实现“为一系列对象透明地添加新功能”，注意是透明的，也就是这一系列对象是不知道被添加功能的。

重要的就是依靠通用方法，访问者这边说要去访问，就提供一个访问的方法，如visit方法；而对象那边说，好的，我接受你的访问，提供一个接受访问的方法，如accept方法。这两个方法并不代表任何具体的功能，只是构成一个调用的通路，那么真正的功能实现在哪里呢？又如何调用到呢？

很简单，就在accept方法里面，回调visit的方法，从而回调到访问者的具体实现上，而这个访问者的具体实现的方法才是要添加的新的功能。

3．两次分发技术

访问者模式能够实现在不改变对象结构的情况下，就可以给对象结构中的类增加功能，实现这个效果所使用的核心技术就是两次分发的技术。

在访问者模式中，当客户端调用ObjectStructure的时候，会遍历ObjectStructure中所有的元素，调用这些元素的accept方法，让这些元素来接受访问，这是请求的第一次分发；在具体的元素对象中实现accept方法的时候，会回调访问者的visit方法，等于请求被第二次分发了，请求被分发给访问者来进行处理，真正实现功能的正是访问者的visit方法。

两次分发技术具体的调用过程示意如图25.5所示。

图25.5　两次分发技术调用过程示意图

两次分发技术使得客户端的请求不再被静态地绑定在元素对象上，这个时候真正执行什么样的功能同时取决于访问者类型和元素类型，就算是同一种元素类型，只要访问者的类型不一样，最终执行的功能也会不一样，这样一来，就可以在元素对象不变的情况下，通过改变访问者的类型来改变真正执行的功能。

两次分发技术还有一个优点，就是可以在程序运行期间进行动态的功能组装和切换，只需在客户端调用时，组合使用不同的访问者对象实例即可。

从另一个层面思考，Java回调技术也有点类似于两次分发技术。客户端调用某方法，这个方法就类似于accept方法，传入一个接口的实现对象，这个接口的实现对象就有点像是访问者，在方法内部，会回调这个接口的方法，就类似于调用访问者的visit方法，最终执行的还是接口的具体实现中实现的功能。

4．为何不在Component中实现回调visit方法

在看上面示例的时候，细心的朋友会发现，在企业客户对象和个人客户对象中实现的accept方法从表面上看是相似的，都需要回调访问者的方法。可能就会有朋友想，

注意

为什么不把回调访问者方法的调用语句放到父类中去，那样不就可以复用了吗？

请注意，这是不可以的，虽然看起来是相似的语句，但其实是不同的，主要的玄机就在传入的this身上。this是代表当前的对象实例的，在企业客户对象中传递的是企业客户对象的实例，在个人客户对象中传递的是个人客户对象的实例，这样在访问者的实现中，可以通过不同的对象实例来访问不同的实例对象的数据。

如果把这句话放到父类中，那么传递的就是父类对象的实例，是没有子对象的数据的，因此这句话不能放到父类中去。

5．访问者模式的调用顺序示意图

访问者模式的调用顺序如图25.6所示。

图25.6　访问者模式调用顺序示意图

6．空的访问方法

并不是所有的访问方法都需要实现，由于访问者模式默认的是访问对象结构中的所有元素，因此在实现某些功能的时候，如果不需要涉及到某些元素的访问方法，那么这些方法可以实现成为空的，比如，这个访问者只想处理组合对象，那么访问叶子对象的方法就可以为空，尽管还需要访问所有的元素对象。

还有一种就是有条件接受访问，在自己的accept方法中进行判断，满足要求的则接受，不满足要求的就相当于空的访问方法，什么都不用做。

25.3.2　操作组合对象结构

访问者模式一个很常见的应用，就是和组合模式结合使用，通过访问者模式来给由组合模式构建的对象结构增加功能。

对于使用组合模式构建的组合对象结构，对外有一个统一的外观，要想添加新的功能也不是很困难，只要在组件的接口上定义新的功能就可以了，糟糕的是这样一来，需要修改所有的子类。而且，每次添加一个新功能，都需要修改组件接口，然后修改所有的子类。

为了让组合对象结构更灵活、更容易维护和有更好的扩展性，可以把它改造成访问者模式和组合模式组合来实现。这样在今后进行功能改造的时候，就不需要再改动这个组合对象结构了。

提示

访问者模式和组合模式组合使用的思路：首先把组合对象结构中的功能方法分离出来，虽然维护组合对象结构的方法也可以分离出来，但是为了维持组合对象结构本身，这些方法还是放在组合对象结构中，然后把这些功能方法分别实现成访问者对象，通过访问者模式添加到组合的对象结构中去。

下面通过访问者模式和组合模式组合来实现以下功能：输出对象的名称，在组合对象的名称前面添加“节点：”，在叶子对象的名称前面添加“叶子：”。

（1）先来定义访问者接口。

访问者接口非常简单，只需要定义访问对象结构中不同对象的方法。示例代码如下：

（2）改造组合对象的定义。

对已有的组合对象进行改造，添加通用的功能方法，当然在参数上需要传入访问者。先在组件定义上添加这个方法，然后到具体的实现类中去实现。除了新加这个方法外，组件定义没有其他改变。示例代码如下：

（3）实现组合对象和叶子对象。

改变了组件定义，那么需要在组合类和叶子类上分别实现这个方法。

组合类中实现的时候，通常会循环让所有的子元素都接受访问，这样才能为所有的对象都添加上新的功能。示例代码如下：

叶子对象的基本实现。示例代码如下：

（4）实现一个访问者。

组合对象结构已经改造好了，现在需要提供一个访问者的实现，它会实现真正的功能，也就是要添加到对象结构中的功能。示例代码如下：

（5）访问所有元素对象的对象——ObjectStructure。

访问者是给一系列对象添加功能的，因此一个访问者需要访问所有的对象。为了方便遍历整个对象结构，通常会定义一个专门的类出来，在这个类中进行元素迭代访问，同时这个类提供客户端访问元素的接口。

对于这个示例，由于在组合对象结构中，已经实现了对象结构的遍历，本来是可以不需要ObjectStructure的，但是为了更清晰地展示访问者模式的结构，也为了今后的扩展或实现方便，还是定义一个ObjectStructure。示例代码如下：

（6）写个客户端，来看看如何通过访问者去为对象结构添加新的功能。示例代码如下：

输出的效果如下：

看看结果，是不是期望的那样呢？

提示

好好体会一下，想想访问者模式是如何实现动态地给组件添加功能的？尤其要想想，实现的机制是什么？真正实现新功能的地方在哪里？

（7）现在的程序结构。

前面是分步的示范，大家已经体会了一番，接下来小结一下。

如同前面的示例，访问者的方法就相当于作用于组合对象结构中各个元素的操作，是一种通用的表达，同样的访问者接口和同样的方法，只要提供不同的访问者具体实现，就表示不同的功能。

同时在组合对象中，接受访问的方法，也是一个通用的表达，不管你是什么样的功能，统统接受就好了，然后回调回去执行真正的功能。这样一来，各元素的类就不用再修改了，只要提供不同的访问者实现，然后通过这个通用表达，就结合到组合对象中来了，相当于给所有的对象提供了新的功能。

示例的整体结构。如图25.7所示。

图25.7　访问者模式结合组合模式的示例的结构示意图

25.3.3　谁负责遍历所有元素对象

在访问者模式中，访问者必须要能够访问到对象结构中的每个对象，因为访问者要为每个对象添加功能，为此特别在模式中定义一个ObjectStructure，然后由ObjectStructure负责遍历访问一系列对象中的每个对象。

（1）在ObjectStructure迭代所有的元素时，又分成以下两种情况。

■　元素的对象结构是通过集合来组织的，因此直接在ObjectStructure中对集合进行迭代，然后对每一个元素调用accept就可以了。如同25.2.4节的示例所采用的方式。

■　元素的对象结构是通过组合模式来组织的，通常可以构成对象树，这种情况一般就不需要在ObjectStructure中迭代了。而通常的做法是在组合对象的accept方法中，递归遍历它的子元素，然后调用子元素的accept方法，如同25.3.2节的示例中Composite的实现，在accept方法中进行递归调用子对象的操作。

（2）不需要ObjectStructure的时候。

在实际开发中，有一种典型的情况可以不需要ObjectStructure对象，那就是只有一个被访问对象的时候。只有一个被访问对象，当然就不需要使用ObjectStructure来组合和迭代了，只需调用这个对象就可以了。

事实上还有一种情况也可以不使用ObjectStructure，比如上面访问的组合对象结构。从客户端的角度看，他访问的其实就是一个对象，因此可以把ObjectStructure去掉，然后直接从客户端调用元素的accept方法。

还是通过示例来说明。先把ObjectStructure类去掉。由于没有了ObjectStructure，那么客户端调用的时候就直接调用组合对象结构根元素的accept方法。示例代码如下：

（3）有些时候，遍历元素的方法也可以放到访问者中，当然也是需要递归遍历它的子元素的。出现这种情况的主要原因是，想在访问者中实现特别复杂的遍历，访问者的实现依赖于对象结构的操作结果。

比如25.3.2节的示例，使用访问者模式和组合模式组合来实现了输出名称的功能，如果现在要实现把组合的对象结构按照树的形式输出，就要按照在组合模式中示例的那样，输出如下的树形结构：

要实现这个功能，在组合对象结构中遍历子对象的方式就比较难于实现了，因为要输出这个树形结构，需要控制每个对象在输出的时候，向后的退格数量，这个需要在对象结构的循环中来控制，这种功能可以选择在访问者当中去遍历对象结构。

来改造上面的示例，看看通过访问者来遍历元素如何实现这样的功能。

首先在Composite的accept实现中去除递归调用子对象的代码，同时添加一个让访问者访问到其所包含的子对象的方法。示例代码如下：

然后新实现一个访问者对象，在相应的visit实现中，添加递归迭代所有子对象。示例代码如下：

写个客户端来测试一下看看，是否能实现要求的功能。示例代码如下：

25.3.4　访问者模式的优缺点

访问者模式有以下优点。

■　好的扩展性

能够在不修改对象结构中的元素的情况下，为对象结构中的元素添加新的功能。

■　好的复用性

可以通过访问者来定义整个对象结构通用的功能，从而提高复用程度。

■　分离无关行为

可以通过访问者来分离无关的行为，把相关的行为封装在一起，构成一个访问者，这样每一个访问者的功能都比较单一。

访问者模式有以下缺点。

■　对象结构变化很困难

不适用于对象结构中的类经常变化的情况，因为对象结构发生了改变，访问者的接口和访问者的实现都要发生相应的改变，代价太高。

■　破坏封装

访问者模式通常需要对象结构开放内部数据给访问者和ObjectStructrue，这破坏了对象的封装性。

25.3.5　思考访问者模式

1．访问者模式的本质

　　　访问者模式的本质：预留通路，回调实现。

仔细思考访问者模式，它的实现主要是通过预先定义好调用的通路，在被访问的对象上定义accept方法，在访问者的对象上定义visit方法；然后在调用真正发生的时候，通过两次分发技术，利用预先定义好的通路，回调到访问者具体的实现上。

明白了访问者模式的本质，就可以在定义一些通用功能，或者设计工具类的时候让访问者模式派上大用场。你可以把已经实现好的一些功能作为已有的对象结构，因为在今后可能会根据实际需要为它们增加新的功能，甚至希望开放接口来让其他开发人员扩展这些功能，所以你可以用访问者模式来设计，在这个对象结构上预留好通用的调用通路，在以后添加功能，或者是其他开发人员来扩展的时候，只需要提供新的访问者实现，就能够很好地加入到系统中来了。

2．何时选用访问者模式

建议在以下情况中选用访问者模式。

■　如果想对一个对象结构实施一些依赖于对象结构中具体类的操作，可以使用访问者模式。

■　如果想对一个对象结构中的各个元素进行很多不同的而且不相关的操作，为了避免这些操作使类变得杂乱，可以使用访问者模式。把这些操作分散到不同的访问者对象中去，每个访问者对象实现同一类功能。

■　如果对象结构很少变动，但是需要经常给对象结构中的元素对象定义新的操作，可以使用访问者模式。

25.3.6　相关模式

■　访问者模式和组合模式

这两个模式可以组合使用。

如同前面示例的那样，通过访问者模式给组合对象预留下扩展功能的接口，使得为组合模式的对象结构添加功能非常容易。

■　访问者模式和装饰模式

这两个模式从表面上看功能有些相似，都能够实现在不修改原对象结构的情况下修改原对象的功能。但是装饰模式更多的是实现对已有功能的加强、修改或者完全全新实现；而访问者模式更多的是实现为对象结构添加新的功能。

■　访问者模式和解释器模式

这两个模式可以组合使用。

解释器模式在构建抽象语法树的时候，是使用组合模式来构建的，也就是说解释器模式解释并执行的抽象语法树是一个组合对象结构，这个组合对象结构是很少变动的，但是可能经常需要为解释器增加新的功能，实现对同一对象结构的不同解释和执行的功能，这正是访问者模式的优势所在，因此在使用解释器模式的时候通常会组合访问者模式来使用。