访问者模式：分离数据结构与操作的设计模式
一、模式核心：将操作从数据结构中分离，支持动态添加新操作
在软件开发中，当数据结构（如树、集合）中的元素类型固定，但需要频繁添加新的操作（如遍历、统计、打印）时，直接修改元素类会违反开闭原则。
访问者模式（Visitor Pattern） 将数据结构与作用于结构上的操作分离，使得操作可以独立于数据结构进行扩展。通过引入访问者（Visitor）角色，客户端可以在不修改数据结构的前提下，新增对数据的操作。核心解决：
- 操作扩展问题：新增操作时无需修改数据结构类，符合开闭原则。
- 职责分离：数据结构仅负责存储数据，操作逻辑集中在访问者类中。
- 复杂操作封装：将跨元素的复杂操作（如树的深度优先遍历 + 统计）封装在访问者中，避免污染数据结构。
核心思想与 UML 类图（PlantUML 语法）
访问者模式包含以下角色：
- 抽象访问者（Visitor）：定义对每种元素的访问接口。
- 具体访问者（Concrete Visitor）：实现抽象访问者接口，定义对具体元素的操作。
- 抽象元素（Element）：定义接受访问者的接口（
accept(Visitor)）。 - 具体元素（Concrete Element）：实现接受访问者的方法，调用访问者的对应操作。
- 对象结构（Object Structure）：管理元素集合，允许访问者遍历所有元素。
二、核心实现：员工数据统计与可视化
1. 定义抽象元素（员工）
public interface Employee {
void accept(Visitor visitor); // 接受访问者
String getName();
double getSalary();
}
2. 实现具体元素（全职员工、兼职员工）
全职员工（有奖金）
public class FullTimeEmployee implements Employee {
private String name;
private double baseSalary;
private double bonus;
public FullTimeEmployee(String name, double baseSalary, double bonus) {
this.name = name;
this.baseSalary = baseSalary;
this.bonus = bonus;
}
@Override
public void accept(Visitor visitor) {
visitor.visitFullTimeEmployee(this); // 调用访问者的对应方法
}
// Getter 方法
public String getName() { return name; }
public double getSalary() { return baseSalary + bonus; }
public double getBonus() { return bonus; }
}
兼职员工（按小时计费）
public class PartTimeEmployee implements Employee {
private String name;
private double hourlyRate;
private int hoursWorked;
public PartTimeEmployee(String name, double hourlyRate, int hoursWorked) {
this.name = name;
this.hourlyRate = hourlyRate;
this.hoursWorked = hoursWorked;
}
@Override
public void accept(Visitor visitor) {
visitor.visitPartTimeEmployee(this); // 调用访问者的对应方法
}
// Getter 方法
public String getName() { return name; }
public double getSalary() { return hourlyRate * hoursWorked; }
public int getHoursWorked() { return hoursWorked; }
}
3. 定义抽象访问者（统计与打印）
public interface Visitor {
// 访问全职员工
void visitFullTimeEmployee(FullTimeEmployee employee);
// 访问兼职员工
void visitPartTimeEmployee(PartTimeEmployee employee);
}
4. 实现具体访问者（薪资统计、员工信息打印）
薪资统计访问者
public class SalaryVisitor implements Visitor {
private double totalSalary = 0;
@Override
public void visitFullTimeEmployee(FullTimeEmployee employee) {
totalSalary += employee.getSalary();
System.out.println("全职员工 " + employee.getName() + " 薪资：" + employee.getSalary());
}
@Override
public void visitPartTimeEmployee(PartTimeEmployee employee) {
totalSalary += employee.getSalary();
System.out.println("兼职员工 " + employee.getName() + " 薪资：" + employee.getSalary());
}
public double getTotalSalary() {
return totalSalary;
}
}
员工信息打印访问者
public class InfoPrintVisitor implements Visitor {
@Override
public void visitFullTimeEmployee(FullTimeEmployee employee) {
System.out.println("全职员工信息：");
System.out.println("姓名：" + employee.getName());
System.out.println("基本工资：" + employee.getSalary() - employee.getBonus());
System.out.println("奖金：" + employee.getBonus());
}
@Override
public void visitPartTimeEmployee(PartTimeEmployee employee) {
System.out.println("兼职员工信息：");
System.out.println("姓名：" + employee.getName());
System.out.println("工作时长：" + employee.getHoursWorked() + " 小时");
System.out.println("时薪：" + employee.getHourlyRate());
}
}
5. 对象结构（员工列表）
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class EmployeeManager {
private List<Employee> employees = new ArrayList<>();
public void addEmployee(Employee employee) {
employees.add(employee);
}
// 接受访问者，遍历所有员工
public void accept(Visitor visitor) {
for (Employee employee : employees) {
employee.accept(visitor);
}
}
}
6. 客户端使用访问者模式
public class ClientDemo {
public static void main(String[] args) {
EmployeeManager manager = new EmployeeManager();
manager.addEmployee(new FullTimeEmployee("Alice", 8000, 2000));
manager.addEmployee(new PartTimeEmployee("Bob", 50, 160));
// 统计薪资
SalaryVisitor salaryVisitor = new SalaryVisitor();
manager.accept(salaryVisitor);
System.out.println("\n总薪资：" + salaryVisitor.getTotalSalary());
// 打印员工信息
InfoPrintVisitor printVisitor = new InfoPrintVisitor();
manager.accept(printVisitor);
}
}
输出结果：
全职员工 Alice 薪资：10000.0
兼职员工 Bob 薪资：8000.0
总薪资：18000.0
全职员工信息：
姓名：Alice
基本工资：8000.0
奖金：2000.0
兼职员工信息：
姓名：Bob
工作时长：160 小时
时薪：50.0
三、进阶：双分派与类型安全
访问者模式通过双分派（Double Dispatch） 实现类型安全的操作：
- 第一分派：元素调用
accept(visitor)时，根据元素类型确定调用哪个accept实现。 - 第二分派：在
accept方法中，调用visitor.visitXXX(this)，根据访问者类型和元素类型确定具体操作。
// 元素的 accept 方法（第一分派）
public class FullTimeEmployee implements Employee {
@Override
public void accept(Visitor visitor) {
visitor.visitFullTimeEmployee(this); // 第二分派：传入当前元素实例
}
}
四、框架与源码中的访问者实践
1. Java 编译器（如 Eclipse JDT）
Java 编译器使用访问者模式遍历抽象语法树（AST），实现词法分析、语法分析和语义分析。例如，ASTVisitor 类定义了对各种节点（如 MethodDeclaration、VariableDeclaration）的访问方法。
2. XML/JSON 解析器
解析器将 XML 节点（如 <user>、<order>）作为元素，访问者实现对节点的验证、转换或统计操作（如验证订单节点的金额是否合法）。
3. Apache Ant 构建工具
Ant 通过访问者模式遍历构建文件（build.xml）中的任务节点（如 <copy>、<delete>），执行对应的构建操作。
五、避坑指南：正确使用访问者模式的 3 个要点
1. 数据结构稳定性优先
访问者模式适用于数据结构稳定、操作频繁变化的场景。若数据结构经常新增元素类型，需修改所有访问者，违反开闭原则。
2. 避免过度使用双分派
双分派会增加代码复杂度，需确保访问者与元素的类型组合不会导致类爆炸（如元素类型 n，访问者类型 m，需实现 n×m 个方法）。
3. 处理跨元素操作的一致性
若访问者需要维护跨元素的状态（如统计总和），需在访问者中设计状态管理逻辑，避免状态泄漏到数据结构中。
六、总结：何时该用访问者模式？
| 适用场景 | 核心特征 | 典型案例 |
|---|---|---|
| 数据结构固定，操作多变 | 元素类型不变，但需频繁新增操作 | 编译器优化、文档格式转换（如 Markdown 转 HTML） |
| 跨元素复杂操作 | 操作需要遍历多种元素并执行不同逻辑 | 电商订单统计（同时处理商品、物流、支付元素） |
| 操作与数据解耦 | 操作逻辑与数据存储分离，独立维护 | 财务系统（数据存储在数据库，操作包含报表生成、审计） |
访问者模式通过分离数据与操作，为系统提供了强大的扩展能力。下一篇我们将探讨最后一个设计模式 —— 解释器模式，解析如何实现自定义语言的解释器，敬请期待！
扩展思考：访问者模式 vs 策略模式
| 类型 | 核心差异 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 访问者模式 | 操作针对不同元素类型（多态分派） | 数据结构固定，操作动态扩展 |
| 策略模式 | 操作是同接口的不同实现（算法切换） | 同一元素的不同处理策略 |
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