设计模式之访问者模式：灵活访问对象结构的强大工具

news2024/9/21 20:36:18

访问者模式

访问者模式（Visitor Pattern）是一种行为型设计模式，允许在不改变数据结构的前提下定义在这些结构上的新操作。它将操作行为与对象结构分离，使得可以在不修改对象结构的情况下添加新的操作行为。

访问者模式的应用场景：

当需要对一个复杂的对象结构（如集合、树形结构）进行不同的操作，但又不希望因为添加新操作而频繁修改数据结构时，可以使用访问者模式。

访问者模式的原理及 UML 类图

访问者模式核心思想：将操作行为封装在访问者中，而将对象结构视为可被访问的元素。每个元素实现一个 accept() 方法，让访问者通过这个方法对元素进行操作。

Element（元素接口）：定义了接受访问者的方法 accept()，让访问者可以对该元素进行操作。
ConcreteElementA 和 ConcreteElementB（具体元素类）：具体的元素类实现了 accept() 方法，在方法中调用了访问者的 visit() 方法。
Visitor（访问者接口）：定义了访问不同类型元素的操作方法，如 visitConcreteElementA() 和 visitConcreteElementB()。
ConcreteVisitor1 和 ConcreteVisitor2（具体访问者类）：实现访问者接口，提供了对不同元素的具体操作。
ObjectStructure（对象结构）：包含一个或多个元素（Element），它可以遍历这些元素并让访问者依次访问它们。accept() 方法会遍历所有元素，并让每个元素接受访问者。

在这里插入图片描述

生动案例举例：电子设备的维护系统

假设我们有一个 电子设备维护系统，其中包含不同类型的设备（如电脑、手机等）。每种设备需要定期进行不同的维护任务，如软件更新、硬件检查。使用访问者模式，我们可以定义设备的维护操作，并在不修改设备类的情况下添加新的维护行为。

案例场景：

设备元素：电脑（Computer）、手机（Phone）等设备。
访问者：定义对设备执行维护操作的行为，如检查硬件（HardwareCheckVisitor）和更新软件（SoftwareUpdateVisitor）。
对象结构：维护系统包含的所有设备，可以遍历设备并对它们执行维护操作。

代码实现

Step 1: 创建 `Element` 接口

// 定义元素接口
public interface Device {
    void accept(MaintenanceVisitor visitor);
}

Step 2: 创建具体元素类

// 具体元素：电脑类
public class Computer implements Device {
    @Override
    public void accept(MaintenanceVisitor visitor) {
        visitor.visitComputer(this);  // 调用访问者的访问方法
    }

    public String getName() {
        return "Computer";
    }
}

// 具体元素：手机类
public class Phone implements Device {
    @Override
    public void accept(MaintenanceVisitor visitor) {
        visitor.visitPhone(this);  // 调用访问者的访问方法
    }

    public String getName() {
        return "Phone";
    }
}

Step 3: 创建 `Visitor` 接口

// 访问者接口，定义对不同设备的访问方法
public interface MaintenanceVisitor {
    void visitComputer(Computer computer);
    void visitPhone(Phone phone);
}

Step 4: 创建具体的访问者

// 具体访问者：检查硬件
public class HardwareCheckVisitor implements MaintenanceVisitor {
    @Override
    public void visitComputer(Computer computer) {
        System.out.println("Checking hardware for " + computer.getName());
    }

    @Override
    public void visitPhone(Phone phone) {
        System.out.println("Checking hardware for " + phone.getName());
    }
}

// 具体访问者：更新软件
public class SoftwareUpdateVisitor implements MaintenanceVisitor {
    @Override
    public void visitComputer(Computer computer) {
        System.out.println("Updating software for " + computer.getName());
    }

    @Override
    public void visitPhone(Phone phone) {
        System.out.println("Updating software for " + phone.getName());
    }
}

Step 5: 创建对象结构

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 设备维护系统，包含一组设备
public class MaintenanceSystem {
    private List<Device> devices = new ArrayList<>();

    public void addDevice(Device device) {
        devices.add(device);
    }

    public void performMaintenance(MaintenanceVisitor visitor) {
        for (Device device : devices) {
            device.accept(visitor);  // 调用设备的 accept 方法
        }
    }
}

Step 6: 测试访问者模式

public class VisitorPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MaintenanceSystem system = new MaintenanceSystem();
        
        // 添加设备
        system.addDevice(new Computer());
        system.addDevice(new Phone());

        // 执行硬件检查
        MaintenanceVisitor hardwareCheck = new HardwareCheckVisitor();
        System.out.println("Performing hardware check:");
        system.performMaintenance(hardwareCheck);

        // 执行软件更新
        MaintenanceVisitor softwareUpdate = new SoftwareUpdateVisitor();
        System.out.println("\nPerforming software update:");
        system.performMaintenance(softwareUpdate);
    }
}

输出结果：

Performing hardware check:
Checking hardware for Computer
Checking hardware for Phone

Performing software update:
Updating software for Computer
Updating software for Phone