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极客时间《设计模式之美》手把手带你还原访问者模式诞生的思维过程

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极客时间《设计模式之美》手把手带你还原访问者模式诞生的思维过程

需求

假设我们从网站上爬取了很多资源文件,它们的格式有三种:PDF、PPT、Word。我们现在要开发一个工具来处理这批资源文件。这个工具的其中一个功能是,把这些资源文件中的文本内容抽取出来放到 txt 文件中。如果让你来实现,你会怎么来做呢?

第一版


public abstract class ResourceFile {
  protected String filePath;

  public ResourceFile(String filePath) {
    this.filePath = filePath;
  }

  public abstract void extract2txt();
}

public class PPTFile extends ResourceFile {
  public PPTFile(String filePath) {
    super(filePath);
  }

  @Override
  public void extract2txt() {
    //...省略一大坨从PPT中抽取文本的代码...
    //...将抽取出来的文本保存在跟filePath同名的.txt文件中...
    System.out.println("Extract PPT.");
  }
}

public class PdfFile extends ResourceFile {
  public PdfFile(String filePath) {
    super(filePath);
  }

  @Override
  public void extract2txt() {
    //...
    System.out.println("Extract PDF.");
  }
}

public class WordFile extends ResourceFile {
  public WordFile(String filePath) {
    super(filePath);
  }

  @Override
  public void extract2txt() {
    //...
    System.out.println("Extract WORD.");
  }
}

// 运行结果是:
// Extract PDF.
// Extract WORD.
// Extract PPT.
public class ToolApplication {
  public static void main(String[] args) {
    List<ResourceFile> resourceFiles = listAllResourceFiles(args[0]);
    for (ResourceFile resourceFile : resourceFiles) {
      resourceFile.extract2txt();
    }
  }

  private static List<ResourceFile> listAllResourceFiles(String resourceDirectory) {
    List<ResourceFile> resourceFiles = new ArrayList<>();
    //...根据后缀(pdf/ppt/word)由工厂方法创建不同的类对象(PdfFile/PPTFile/WordFile)
    resourceFiles.add(new PdfFile("a.pdf"));
    resourceFiles.add(new WordFile("b.word"));
    resourceFiles.add(new PPTFile("c.ppt"));
    return resourceFiles;
  }
}

如果工具的功能不停地扩展,不仅要能抽取文本内容,还要支持压缩、提取文件元信息(文件名、大小、更新时间等等)构建索引等一系列的功能,那如果我们继续按照上面的实现思路,就会存在这样几个问题:

  • 违背开闭原则,添加一个新的功能,所有类的代码都要修改;
  • 虽然功能增多,每个类的代码都不断膨胀,可读性和可维护性都变差了;
  • 把所有比较上层的业务逻辑都耦合到 PdfFile、PPTFile、WordFile 类中,导致这些类的职责不够单一,变成了大杂烩。

第二版


public abstract class ResourceFile {
  protected String filePath;
  public ResourceFile(String filePath) {
    this.filePath = filePath;
  }
}

public class PdfFile extends ResourceFile {
  public PdfFile(String filePath) {
    super(filePath);
  }
  //...
}
//...PPTFile、WordFile代码省略...
public class Extractor {
  public void extract2txt(PPTFile pptFile) {
    //...
    System.out.println("Extract PPT.");
  }

  public void extract2txt(PdfFile pdfFile) {
    //...
    System.out.println("Extract PDF.");
  }

  public void extract2txt(WordFile wordFile) {
    //...
    System.out.println("Extract WORD.");
  }
}

public class ToolApplication {
  public static void main(String[] args) {
    Extractor extractor = new Extractor();
    List<ResourceFile> resourceFiles = listAllResourceFiles(args[0]);
    for (ResourceFile resourceFile : resourceFiles) {
    // resourceFiles 包含的对象的声明类型都是 ResourceFile,而我们并没有在 Extractor 类中定义参数类型是 ResourceFile 的 extract2txt() 重载函数,
      extractor.extract2txt(resourceFile);
    }
  }

  private static List<ResourceFile> listAllResourceFiles(String resourceDirectory) {
    List<ResourceFile> resourceFiles = new ArrayList<>();
    //...根据后缀(pdf/ppt/word)由工厂方法创建不同的类对象(PdfFile/PPTFile/WordFile)
    resourceFiles.add(new PdfFile("a.pdf"));
    resourceFiles.add(new WordFile("b.word"));
    resourceFiles.add(new PPTFile("c.ppt"));
    return resourceFiles;
  }
}

上面的代码中的extractor.extract2txt(resourceFile);其实编译通过不了的。 resourceFiles 包含的对象的声明类型都是 ResourceFile,而我们并没有在 Extractor 类中定义参数类型是 ResourceFile 的 extract2txt() 重载函数,所以在编译阶段就通过不了,更别说在运行时根据对象的实际类型执行不同的重载函数了。那如何解决这个问题呢?

第三版


public abstract class ResourceFile {
  protected String filePath;
  public ResourceFile(String filePath) {
    this.filePath = filePath;
  }
  abstract public void accept(Extractor extractor);
}

public class PdfFile extends ResourceFile {
  public PdfFile(String filePath) {
    super(filePath);
  }

  @Override
  public void accept(Extractor extractor) {
    // this 类型是 PdfFile 的,在编译的时候就确定了,所以会调用 extractor 的 extract2txt(PdfFile pdfFile) 这个重载函数。
    // 这个实现思路是不是很有技巧?这是理解访问者模式的关键所在,也是我之前所说的访问者模式不好理解的原因。
    extractor.extract2txt(this); 
  }

  //...
}

//...PPTFile、WordFile跟PdfFile类似,这里就省略了...
//...Extractor代码不变...

public class ToolApplication {
  public static void main(String[] args) {
    Extractor extractor = new Extractor();
    List<ResourceFile> resourceFiles = listAllResourceFiles(args[0]);
    for (ResourceFile resourceFile : resourceFiles) {
      resourceFile.accept(extractor);
    }
  }

  private static List<ResourceFile> listAllResourceFiles(String resourceDirectory) {
    List<ResourceFile> resourceFiles = new ArrayList<>();
    //...根据后缀(pdf/ppt/word)由工厂方法创建不同的类对象(PdfFile/PPTFile/WordFile)
    resourceFiles.add(new PdfFile("a.pdf"));
    resourceFiles.add(new WordFile("b.word"));
    resourceFiles.add(new PPTFile("c.ppt"));
    return resourceFiles;
  }
}

在执行第 30 行的时候,根据多态特性,程序会调用实际类型的 accept 函数,比如 PdfFile 的 accept 函数,也就是第 16 行代码。而 16 行代码中的 this 类型是 PdfFile 的,在编译的时候就确定了,所以会调用 extractor 的 extract2txt(PdfFile pdfFile) 这个重载函数。这个实现思路是不是很有技巧?这是理解访问者模式的关键所在,也是我之前所说的访问者模式不好理解的原因。 现在,如果要继续添加新的功能,比如前面提到的压缩功能,根据不同的文件类型,使用不同的压缩算法来压缩资源文件,那我们该如何实现呢?我们需要实现一个类似 Extractor 类的新类 Compressor 类,在其中定义三个重载函数,实现对不同类型资源文件的压缩。除此之外,我们还要在每个资源文件类中定义新的 accept 重载函数。

第四版


public abstract class ResourceFile {
  protected String filePath;
  public ResourceFile(String filePath) {
    this.filePath = filePath;
  }
  abstract public void accept(Extractor extractor);
  abstract public void accept(Compressor compressor);
}

public class PdfFile extends ResourceFile {
  public PdfFile(String filePath) {
    super(filePath);
  }

  @Override
  public void accept(Extractor extractor) {
    extractor.extract2txt(this);
  }

  @Override
  public void accept(Compressor compressor) {
    compressor.compress(this);
  }

  //...
}
}
//...PPTFile、WordFile跟PdfFile类似,这里就省略了...
//...Extractor代码不变

public class ToolApplication {
  public static void main(String[] args) {
    Extractor extractor = new Extractor();
    List<ResourceFile> resourceFiles = listAllResourceFiles(args[0]);
    for (ResourceFile resourceFile : resourceFiles) {
      resourceFile.accept(extractor);
    }

    Compressor compressor = new Compressor();
    for(ResourceFile resourceFile : resourceFiles) {
      resourceFile.accept(compressor);
    }
  }

  private static List<ResourceFile> listAllResourceFiles(String resourceDirectory) {
    List<ResourceFile> resourceFiles = new ArrayList<>();
    //...根据后缀(pdf/ppt/word)由工厂方法创建不同的类对象(PdfFile/PPTFile/WordFile)
    resourceFiles.add(new PdfFile("a.pdf"));
    resourceFiles.add(new WordFile("b.word"));
    resourceFiles.add(new PPTFile("c.ppt"));
    return resourceFiles;
  }
}

上面代码还存在一些问题,添加一个新的业务,还是需要修改每个资源文件类,违反了开闭原则。

第五版(最终版)

针对这个问题,我们抽象出来一个 Visitor 接口,包含是三个命名非常通用的 visit() 重载函数,分别处理三种不同类型的资源文件。 具体做什么业务处理,由实现这个 Visitor 接口的具体的类来决定,比如 Extractor 负责抽取文本内容,Compressor 负责压缩。当我们新添加一个业务功能的时候,资源文件类不需要做任何修改,只需要修改 ToolApplication 的代码就可以了。


public abstract class ResourceFile {
  protected String filePath;
  public ResourceFile(String filePath) {
    this.filePath = filePath;
  }
  abstract public void accept(Visitor vistor);
}

public class PdfFile extends ResourceFile {
  public PdfFile(String filePath) {
    super(filePath);
  }

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

  //...
}
//...PPTFile、WordFile跟PdfFile类似,这里就省略了...

public interface Visitor {
  void visit(PdfFile pdfFile);
  void visit(PPTFile pdfFile);
  void visit(WordFile pdfFile);
}

public class Extractor implements Visitor {
  @Override
  public void visit(PPTFile pptFile) {
    //...
    System.out.println("Extract PPT.");
  }

  @Override
  public void visit(PdfFile pdfFile) {
    //...
    System.out.println("Extract PDF.");
  }

  @Override
  public void visit(WordFile wordFile) {
    //...
    System.out.println("Extract WORD.");
  }
}

public class Compressor implements Visitor {
  @Override
  public void visit(PPTFile pptFile) {
    //...
    System.out.println("Compress PPT.");
  }

  @Override
  public void visit(PdfFile pdfFile) {
    //...
    System.out.println("Compress PDF.");
  }

  @Override
  public void visit(WordFile wordFile) {
    //...
    System.out.println("Compress WORD.");
  }

}

public class ToolApplication {
  public static void main(String[] args) {
    Extractor extractor = new Extractor();
    List<ResourceFile> resourceFiles = listAllResourceFiles(args[0]);
    for (ResourceFile resourceFile : resourceFiles) {
      resourceFile.accept(extractor);
    }

    Compressor compressor = new Compressor();
    for(ResourceFile resourceFile : resourceFiles) {
      resourceFile.accept(compressor);
    }
  }

  private static List<ResourceFile> listAllResourceFiles(String resourceDirectory) {
    List<ResourceFile> resourceFiles = new ArrayList<>();
    //...根据后缀(pdf/ppt/word)由工厂方法创建不同的类对象(PdfFile/PPTFile/WordFile)
    resourceFiles.add(new PdfFile("a.pdf"));
    resourceFiles.add(new WordFile("b.word"));
    resourceFiles.add(new PPTFile("c.ppt"));
    return resourceFiles;
  }
}

在上面例子中,经过层层重构之后的最终代码,就是标准的访问者模式的实现代码。这里,我又总结了一张类图,贴在了下面,你可以对照着前面的例子代码一块儿来看一下。

file

访问者模式针对的是一组类型不同的对象(PdfFile、PPTFile、WordFile)。不过,尽管这组对象的类型是不同的,但是,它们继承相同的父类(ResourceFile)或者实现相同的接口。在不同的应用场景下,我们需要对这组对象进行一系列不相关的业务操作(抽取文本、压缩等),但为了避免不断添加功能导致类(PdfFile、PPTFile、WordFile)不断膨胀,职责越来越不单一,以及避免频繁地添加功能导致的频繁代码修改,我们使用访问者模式,将对象与操作解耦,将这些业务操作抽离出来,定义在独立细分的访问者类(Extractor、Compressor)中。

重点回顾

好了,今天的内容到此就讲完了。我们一块来总结回顾一下,你需要重点掌握的内容。访问者模式允许一个或者多个操作应用到一组对象上,设计意图是解耦操作和对象本身,保持类职责单一、满足开闭原则以及应对代码的复杂性。对于访问者模式,学习的主要难点在代码实现。而代码实现比较复杂的主要原因是,函数重载在大部分面向对象编程语言中是静态绑定的。也就是说,调用类的哪个重载函数,是在编译期间,由参数的声明类型决定的,而非运行时,根据参数的实际类型决定的。正是因为代码实现难理解,所以,在项目中应用这种模式,会导致代码的可读性比较差。如果你的同事不了解这种设计模式,可能就会读不懂、维护不了你写的代码。所以,除非不得已,不要使用这种模式。

本文源自《设计模式之美》68 | 访问者模式(上):手把手带你还原访问者模式诞生的思维过程

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