【HeadFirst系列之HeadFirstJava】第19天之深入理解访问者模式：解耦对象结构与操作的优雅设计

36 次访问 2025-03-13

工一

深入理解访问者模式：解耦对象结构与操作的优雅设计

在面向对象编程中，我们经常需要对一组对象执行不同的操作。但当操作增多时，代码变得复杂，违背了开闭原则（对扩展开放，对修改封闭）。访问者模式（Visitor Pattern） 通过 分离数据结构和操作，让你可以在不修改原有类的情况下添加新功能。

本文基于《Head First 设计模式》深入剖析访问者模式，包括 核心概念、问题分析、解决方案、适用场景、优缺点，并探讨其在 JDK 和 Spring 框架中的应用，最后通过 Java 代码示例 展示如何在实际项目中使用访问者模式。

📌 1. 设计背景：为什么需要访问者模式？

✅ 遇到的问题

假设我们有一个员工管理系统，其中包含不同类型的员工，如工程师（Engineer） 和 经理（Manager）。我们需要针对这些员工执行多个操作，例如：

计算薪资
绩效考核
生成汇报

如果直接在 Employee 类中添加这些方法，代码会变得复杂且难以维护。每次新增操作时，我们都需要修改 Employee 及其子类，违反了开闭原则。

🎯 解决方案

访问者模式 允许我们把操作从数据结构中提取出来，将操作封装到独立的访问者（Visitor） 类中。这样：

数据结构（Employee）不会改变，避免频繁修改类。
可以动态添加新的访问者（Visitor），而不会影响已有的代码。

📌 2. 访问者模式的核心概念

访问者模式包含以下核心角色：

Visitor（访问者接口）：定义对数据结构中的每个元素的访问操作。
ConcreteVisitor（具体访问者）：实现具体的访问逻辑，例如计算薪资、绩效考核等。
Element（元素接口）：声明 accept(Visitor visitor) 方法，允许访问者访问自身。
ConcreteElement（具体元素）：实现 accept(Visitor visitor) 方法，让访问者操作自己。
ObjectStructure（对象结构）：包含多个元素，提供遍历元素的能力。

📌 3. 访问者模式的 Java 实现

🎯 1️⃣ 定义访问者接口

// 访问者接口
interface EmployeeVisitor {
    void visit(Engineer engineer);
    void visit(Manager manager);
}

🎯 2️⃣ 具体访问者实现

// 计算工资的访问者
class SalaryVisitor implements EmployeeVisitor {
    @Override
    public void visit(Engineer engineer) {
        System.out.println("计算工程师 " + engineer.getName() + " 的薪资");
    }

    @Override
    public void visit(Manager manager) {
        System.out.println("计算经理 " + manager.getName() + " 的薪资");
    }
}

// 绩效考核的访问者
class PerformanceVisitor implements EmployeeVisitor {
    @Override
    public void visit(Engineer engineer) {
        System.out.println("评估工程师 " + engineer.getName() + " 的绩效");
    }

    @Override
    public void visit(Manager manager) {
        System.out.println("评估经理 " + manager.getName() + " 的绩效");
    }
}

🎯 3️⃣ 定义元素接口

// 员工接口
interface Employee {
    void accept(EmployeeVisitor visitor);
}

🎯 4️⃣ 具体元素实现

// 工程师类
class Engineer implements Employee {
    private String name;

    public Engineer(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

// 经理类
class Manager implements Employee {
    private String name;

    public Manager(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

🎯 5️⃣ 创建对象结构

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

// 员工管理系统（对象结构）
class Company {
    private List<Employee> employees = new ArrayList<>();

    public void addEmployee(Employee employee) {
        employees.add(employee);
    }

    public void showReport(EmployeeVisitor visitor) {
        for (Employee employee : employees) {
            employee.accept(visitor);
        }
    }
}

🎯 6️⃣ 客户端调用

public class VisitorPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Company company = new Company();
        company.addEmployee(new Engineer("Alice"));
        company.addEmployee(new Manager("Bob"));

        System.out.println("=== 计算薪资 ===");
        company.showReport(new SalaryVisitor());

        System.out.println("\n=== 绩效考核 ===");
        company.showReport(new PerformanceVisitor());
    }
}

📌 运行结果：

=== 计算薪资 ===
计算工程师 Alice 的薪资
计算经理 Bob 的薪资

=== 绩效考核 ===
评估工程师 Alice 的绩效
评估经理 Bob 的绩效

📌 4. 访问者模式在 JDK 和 Spring 中的应用

✅ 在 JDK 中

java.nio.file.FileVisitor：用于遍历文件系统结构的访问者模式实现。
javax.lang.model.element.AnnotationValueVisitor：用于访问 Java 注解的值。

✅ 在 Spring 框架中

Spring BeanPostProcessor：对 Spring 容器中的 Bean 进行访问和操作。
Spring AOP（切面编程）：拦截方法调用并执行额外逻辑。

📌 5. 访问者模式的适用场景

✅ 适用于

数据结构稳定，但操作经常变更的系统（例如报表系统）。
需要对不同类型的对象执行相似操作（例如代码分析工具）。
希望减少类的职责，将数据结构和操作分离。

❌ 不适用于

数据结构频繁变化，因为每次新增数据结构都需要修改 Visitor。
对象结构过于复杂，导致 Visitor 方法过多，维护成本变高。

📌 6. 访问者模式的优缺点

✅ 优点

✔ 符合开闭原则：可以新增操作，而不修改数据结构。
✔ 增强可扩展性：可以轻松添加新访问者，实现新的功能。
✔ 统一操作：访问者可以对不同类型的对象执行相似操作。

❌ 缺点

❌ 破坏封装性：访问者需要访问对象的内部状态，可能破坏封装性。
❌ 增加系统复杂度：涉及多个类，使代码结构更加复杂。

📌 7. 总结

访问者模式 适用于 数据结构稳定，但操作变化频繁 的场景。
核心思想 是 将操作从数据结构中分离，增强代码的扩展性。
JDK 和 Spring 中都有访问者模式的应用，如 FileVisitor、BeanPostProcessor。
代码实战 通过员工管理系统展示了如何在 Java 中实现访问者模式。

🚀 掌握访问者模式，提升你的 Java 设计模式功力！