设计模式之访问者模式：一楼千面各有玄机

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~犬📰余~
“我欲贱而贵，愚而智，贫而富，可乎？曰：其唯学乎”

一、访问者模式概述

$\quad$ 江湖中有一个传说：在遥远的东方，有一座神秘的玉楼。每当武林中人来访，楼中的各个房间都会根据来访者的身份展现出不同的面貌。练剑之人来访，便见剑术精要；习医之人来访，则现医道真谛。一样的楼阁，却能因来访者的不同而呈现万千气象。这，正是访问者模式的真谛。
$\quad$ 在软件设计的世界里，访问者模式就像这座神奇的玉楼。它允许我们将数据结构和数据操作分离，就像将楼阁和访客分开一样。这种设计模式定义了一种方式，让我们能够在不改变已有对象结构的情况下，向其中添加新的操作行为。
$\quad$ 想象一下游乐园的场景：过山车、旋转木马、海盗船等设施早已固定在那里，但每天都会有不同的人来访问它们 —— 游客来游玩、检查员来检修、维护工来保养。每类访问者都会对这些设施进行不同的操作，但设施本身的结构并不会因此改变。

二、访问者模式的角色组成

$\quad$ 在解析访问者模式的角色构成之前，让我们先看一下它的整体结构：：

$\quad$ 就像一座精心设计的园林，访问者模式中的每个角色都各司其职，共同构建出一个优雅的结构体系。让我们一起走进这座代码园林，认识一下其中的主要角色：

Element（元素）：它就像游乐园中的各个游乐设施。每个Element都定义了一个accept方法，这个方法就像设施的接待窗口，来访者必须通过这个窗口才能与设施互动。在我们的游乐园例子中，它可以是过山车、旋转木马等具体设施。
Visitor（访问者）：它就像是来游乐园的不同人员。可能是来玩耍的游客、来检修的工程师，或是来检查安全的督察员。每种访问者都定义了一系列visit方法，用于访问不同类型的元素。这些方法就像是不同人员对设施的不同操作方式。
ObjectStructure（对象结构）：像是整个游乐园的管理处。它知道园内有哪些设施，并且负责安排访问者去访问这些设施。当一个安全检查员来到游乐园时，管理处会安排他依次检查所有的设施。
ConcreteElement（具体元素）：是Element的实现类，就像具体的过山车、旋转木马。它们都实现了accept方法，在方法中通过调用访问者的visit方法来完成具体的操作。这就像每个设施都知道如何配合不同人员的工作。
ConcreteVisitor（具体访问者）：Visitor的实现类，例如具体的安全检查员、维修工程师等。他们各自实现了visit方法，定义了对不同设施的具体操作流程。检查员检查安全隐患，工程师进行维护保养，各司其职。

$\quad$ 这些角色之间的互动就像是一场精心编排的舞蹈：当游客（ConcreteVisitor）来到游乐园（ObjectStructure）时，管理处会安排他们依次游览各个设施（ConcreteElement）。每个设施都会根据访问者的身份，展现出相应的互动方式。

三、访问者模式案例

$\quad$ 让我们通过一个完整的游乐园管理系统来深入理解访问者模式。在这个系统中，我们需要对不同的游乐设施进行日常检查和维护。每种设施都有其特定的检查点，而不同的工作人员（访问者）也有着不同的工作职责。
$\quad$ 首先，让我们定义设施接口和具体设施：

// 设施接口
public interface Facility {
    void accept(FacilityVisitor visitor);
}

// 过山车设施
public class RollerCoaster implements Facility {
    private String name;
    private int maxSpeed;

    public RollerCoaster(String name, int maxSpeed) {
        this.name = name;
        this.maxSpeed = maxSpeed;
    }

    public String getName() { return name; }
    public int getMaxSpeed() { return maxSpeed; }

    @Override
    public void accept(FacilityVisitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
}

// 旋转木马设施
public class Carousel implements Facility {
    private String name;
    private int capacity;

    public Carousel(String name, int capacity) {
        this.name = name;
        this.capacity = capacity;
    }

    public String getName() { return name; }
    public int getCapacity() { return capacity; }

    @Override
    public void accept(FacilityVisitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
}

// 访问者接口
public interface FacilityVisitor {
    void visit(RollerCoaster rollerCoaster);
    void visit(Carousel carousel);
}

// 安全检查员
public class SafetyInspector implements FacilityVisitor {
    @Override
    public void visit(RollerCoaster rollerCoaster) {
        System.out.println("安全检查员正在检查过山车 " + rollerCoaster.getName());
        System.out.println("检查最高速度: " + rollerCoaster.getMaxSpeed() + "km/h");
        System.out.println("检查安全带和刹车系统...");
    }

    @Override
    public void visit(Carousel carousel) {
        System.out.println("安全检查员正在检查旋转木马 " + carousel.getName());
        System.out.println("检查承载人数: " + carousel.getCapacity() + "人");
        System.out.println("检查座椅固定装置...");
    }
}

// 维护工程师
public class MaintenanceEngineer implements FacilityVisitor {
    @Override
    public void visit(RollerCoaster rollerCoaster) {
        System.out.println("维护工程师正在保养过山车 " + rollerCoaster.getName());
        System.out.println("润滑轨道和车轮...");
        System.out.println("检测电机运行状态...");
    }

    @Override
    public void visit(Carousel carousel) {
        System.out.println("维护工程师正在保养旋转木马 " + carousel.getName());
        System.out.println("检查驱动系统...");
        System.out.println("更换磨损零件...");
    }
}

// 游乐园管理类
public class AmusementPark {
    private List<Facility> facilities = new ArrayList<>();

    public void addFacility(Facility facility) {
        facilities.add(facility);
    }

    public void accept(FacilityVisitor visitor) {
        for(Facility facility : facilities) {
            facility.accept(visitor);
        }
    }
}

$\quad$ 现在让我们通过一个具体的例子来运行这个系统:

public class Test{
    public static void main(String[] args) {
        // 创建游乐园
        AmusementPark park = new AmusementPark();

        // 添加设施
        park.addFacility(new RollerCoaster("极速之星", 120));
        park.addFacility(new Carousel("童话木马", 30));

        // 创建访问者
        SafetyInspector inspector = new SafetyInspector();
        MaintenanceEngineer engineer = new MaintenanceEngineer();

        // 进行安全检查
        System.out.println("=== 开始安全检查 ===");
        park.accept(inspector);

        System.out.println("\n=== 开始设备维护 ===");
        park.accept(engineer);
    }
}

$\quad$ 运行这段代码，我们可以看到不同的访问者对相同设施进行不同的操作，而不需要修改设施类的代码：
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四、访问者模式优缺点

4.1. 优点：

$\quad$ 访问者模式最显著的特点是实现了数据结构与数据操作的分离。就像我们的游乐园案例，无论是增加新的检查员还是维护工程师，都不需要修改原有的设施类代码。这种设计非常符合"开闭原则"，对扩展开放，对修改关闭。同时，相关的操作行为被集中在访问者类中，使得操作逻辑更加集中和清晰。例如，所有的安全检查逻辑都在SafetyInspector类中，便于统一管理和维护。

4.2. 缺点：

$\quad$ 首先是对扩展元素类型不友好。如果我们要在游乐园中增加一种全新的设施类型，就需要修改所有现有的访问者类，添加相应的visit方法。这违反了"开闭原则"。其次，访问者模式要求元素类的内部结构对访问者是可见的。比如检查员需要知道过山车的最高速度、旋转木马的承载人数等属性，这在某种程度上破坏了对象的封装性。
$\quad$ 此外，使用访问者模式可能会导致系统变得更复杂。我们需要维护多个访问者类，它们之间可能存在一些交叉的职责。比如安全检查和维护工作可能会有重叠的检查项目，这时就需要考虑如何合理划分职责。

五、访问者模式的适用场景

$\quad$ 访问者模式就像是一位经验丰富的管家，最适合处理"对象结构相对稳定，但操作多种多样"的场景。除了我们讨论的游乐园管理系统，它在许多其他领域也有着广泛的应用。
$\quad$ 比如在编译器设计中，语法树的结构一旦确定就不会改变，但我们需要对语法树进行词法分析、语法分析、代码生成等多种操作。又如在文档处理系统中，文档结构（段落、章节、图表等）相对固定，但我们需要对文档进行打印、预览、格式转换等不同操作。
$\quad$ 当你发现系统中有一个复杂的对象结构，而且经常需要对这些对象进行不同的操作时，不妨考虑使用访问者模式。但如果对象结构经常变动，或者操作比较单一，使用访问者模式可能会适得其反。

六、总结

$\quad$ 访问者模式，讲究的是进退有度，相互尊重。它通过巧妙的设计，让数据结构与数据操作得以分离，就像是让每位访客都能以最适合的方式与主人互动。
$\quad$ 在实际应用中，我们要明智地选择是否使用访问者模式。当面对稳定的对象结构和多变的操作需求时，访问者模式如同一位老成持重的管家，能够有条不紊地处理各种访客的需求。但如果对象结构经常变动，或者操作相对单一，使用访问者模式反而会使系统变得臃肿复杂。
$\quad$ 正如古人云：万物有度，过犹不及。设计模式也是如此，关键在于找到最适合当前场景的解决方案。访问者模式，不过是我们设计工具箱中的一件利器，懂得何时使用，方能游刃有余。

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