理解访问者模式

前言

访问者模式使用的场景不少，但是实际使用的并不是很多，比较难理解是一个方面，这篇主要记录下访问者模式相关的学习内容，通过本文你可以了解到

什么是访问者模式，访问者模式想要解决的问题是什么？
访问者模式的经典应用有哪些?

什么是访问者模式？

很多设计模式文档给在介绍访问者模式时给了一个很抽象的定义，很容易让人摸不到头脑。不妨先从访问者模式的适用场景出发，来看下访问者模式想要解决的是什么问题。在介绍设计模式之前，先了解几个基础的概念。了解概念的含义并不是为了咬文嚼字，而是希望能从原理上理解设计模式背后想要解决的问题和其含义。

在Java的多态，重写（override）和重载（overload）

重写，就是子类重写了父类的方法，返回值和形参都不能改变。当子类对象调用重写的方法时，调用的是子类的方法，而不是父类中被重写的方法。
重载，在一个类里面，方法名字相同，而参数不同。返回类型可以相同也可以不同。

什么是分派，单分派和双重分派

分派（Dispatch），在面向对象的语言中，可以把一次函数调动理解成一个消息事件的分发，如a.test(b)，a就是消息的接受者，这个函数的调用方就是消息的发送者。
单分派（Single Dispatch），这里的单（Single）指的是，哪个对象的方法会被执行，只跟这个对象的运行时类型有关。以a.test(b)为例，如在Java中，在被执行的test函数，只跟a对象的运行时类型有关。
双重分派(Double Dispatch)，这里的双（double）指的是，哪个对象的方法被执行，跟对象和方法参数的运行时类型都有关。还是以a.test(b)为例，哪个test函数被执行，不单单和a对象的类型有关还和b对象的类型有关。

可以看到所谓分派就是函数的调用，所谓单分派和双分派就是和语言的多态特性有关，在常见的Java，C++，C#语言中，在语言层面都是只支持单分派的。想要实现双重分派，就要借助设计模式，比如访问者模式。你肯定会问，双重分派的作用是什么？不解决双重分派的问题不行吗？其实这种问题在项目代码中一定俯拾皆是，类似下面的这种代码，我们想要针对不同类型的文件（pdf，ppt，word）执行不同的文件提前和文件压缩操作。试想下，可能要怎么处理？

class Extractor extends Processor {
	void processFile(ResourceFile file) {
	    if (file instanceof PdfFile) {
	        processPrdFile((PdfFile)file);
	    } else if (file instanceof PowerPointFile) {
	        processPowerPointFile((PowerPointFile)e);
	    } else if (file instanceof WordFile) {
	        processWordFile((WordFile)e);
	    }
    }
}

class Compressor extends Processor {
	void processFile(ResourceFile file) {
	    if (file instanceof PdfFile) {
	        processPrdFile((PdfFile)file);
	    } else if (file instanceof PowerPointFile) {
	        processPowerPointFile((PowerPointFile)e);
	    } else if (file instanceof WordFile) {
	        processWordFile((WordFile)e);
	    }
    }
}

是不是很容易写出这样的代码（这里省略了部分抽象类和抽象方法的定义）？可以看到这段代码的逻辑执行，既要根据接收者的运行时类型来决定processXXXFile(file)的执行，这里的接收者可以理解成是当前方法所对应的Processor对象。又要根据ResourceFile file对象的运行时的实际类型来做类型的判断，这里就会有很多instanceof和else if,switch case的多重嵌套。这种设计的代码虽然可以实现功能，但是在面对需求变更和扩展时会非常不灵活，既要加很多else if，也不利于功能的内聚和复用。

这里就可以利用访问者模式来解决这样的双重分派问题，如上面的类图所示，通过几个角色来做功能的区分，将文件的访问和处理分离成两个独立的接口。

访问者（Visitor），这里指不同类型的文件操作。用一个接口和一组不同类型的具体实现来定义不同的操作类型。
被访问者（Element），这里指不同类型的文件。定义了accept操作，以Visitor作为参数，来接受不同类型visitor的对象访问。在accept方法中将this传递给访问者，通过回调再回调的操作，实现了双重分派。
对象结构（ObjectStructure），访问的组织者，可以是组合也可以是集合；能够枚举它包含的元素；提供一个接口，允许Vistor访问它的元素。

这里借用王争在<<设计模式之美>>课程中的实例代码：

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) {
    List<ResourceFile> resourceFiles = listAllResourceFiles(args[0]);

    Extractor extractor = new Extractor();
    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;
  }
}

ASM中的访问者模式

上面介绍了访问者模式设计初衷和设计方法，这里再看下访问者模式在实际工程中的应用。访问者模式最常见的应用场景就是访问复杂的结构或者对象，在不改变数据结构的情况下，将数据访问和数据操作分离出来，用回调的方式在访问者中处理业务逻辑。在面对不同的访问处理时，只需要新定义一个访问者实现不同的访问处理逻辑就可以了。这样说可能也很抽象，可以在在ASM中，是如何利用访问者的设计模式，实现字节码文件的读取和修改的。 ASM使用ClassReader遍历class文件结构获取文件中的类和对象信息，在其accept方法中接收ClassVisitor，在ClassVisitor的不同回调方法中完成不同的字节码操作。可以通过代码示例看到主要有以下几个类：

ClassReader cr = new ClassReader(inputStream);
ClassWriter cw = new ClassWriter(cr, 0);

ClassVisitor cv = new InjectCassVisitor(ASM6, cw, methodName);
cr.accept(cv, 0);
return cw.toByteArray();

ClassReader（Element）：将不同输入类型的字节码读取到内存中，通过accept方法接受ClassVisitor的访问。
ClassVisitor（Visitor）：完全由开发者自定义不同类型的Visitor，在Visitor的visitXXX回调中接收读取到的字节码信息并进行相应的处理。

总结

理解访问者模式的设计，我觉得重点在理解所谓的回调再回调。这里有两次回调就意味着有两种类型接口，第一次回调是被访问者通过accept接受访问者，第二次回调是访问者通过visit方法访问被访问者，通过两次互相调换类型的调用，也就是通过两次单分派实现了双重分派。

参考文档

王争<<设计模式之美>>

www.jianshu.com/p/cd17bae4e… www.liaoxuefeng.com/wiki/125259…