Java设计模式（八）—访问者模式、迭代器模式、观察者模式
本章目录标题
- 第18章 访问者模式
-
- 18.1 应用场景：测评系统
- 18.2 传统方式
- 18.3 访问者模式
- 18.4 应用案例：测评系统
- 18.5 访问者模式的注意事项
- 第19章 迭代器模式
-
- 19.1 需求：院系展示
- 19.2 传统方式
- 19.3 迭代器模式
- 19.4 应用案例：院系展示
- 19.5 迭代器模式在JDK-ArrayList 集合应用
- 19.6 迭代器模式的注意事项
- 第20章 观察者模式
-
- 20.1 应用场景：天气预报
- 20.2 传统模式
- 20.3 观察者模式
- 20.4 应用案例：天气预报
- 20.5 观察者模式在Jdk应用的源码分析
第18章 访问者模式
18.1 应用场景：测评系统
将观众分为男人和女人，对歌手进行测评，当看完某个歌手表演后，得到他们对该歌手不同的评价(评价 有不同的种类，比如 成功、失败 等)。
18.2 传统方式
- 模型
- 传统方式的问题分析
（1）如果系统比较小，还是 ok 的，但是考虑系统增加越来越多新的功能时，对代码改动较大，违反了 ocp 原则， 不利于维护
（2）扩展性不好，比如 增加了 新的人员类型，或者管理方法，都不好做
18.3 访问者模式
- 基本介绍
（1）访问者模式（Visitor Pattern），封装一些作用于某种数据结构的各元素的操作，它可以在不改变数据结构的前提下定义作用于这些元素的新的操作。
（2）主要将数据结构与数据操作分离，解决数据结构和操作耦合性问题
（3）访问者模式的基本工作原理是：在被访问的类里面加一个对外提供接待访问者的接口
（4）访问者模式主要应用场景是：需要对一个对象结构中的对象进行很多不同操作(这些操作彼此没有关联)，同时需要避免让这些操作"污染"这些对象的类，可以选用访问者模式解决 - 类图
说明
（1）Visitor 是抽象访问者，为该对象结构中的 ConcreteElement 的每一个类声明一个 visit 操作
（2）ConcreteVisitor ：是一个具体的访问值 实现每个有 Visitor 声明的操作，是每个操作实现的部分.
（3） ObjectStructure 能枚举它的元素， 可以提供一个高层的接口，用来允许访问者访问元素
（4）Element 定义一个 accept 方法，接收一个访问者对象
（5）ConcreteElement 为具体元素，实现了 accept 方法
18.4 应用案例：测评系统
- 类图
- 代码实现
（1）抽象action类
public abstract class Action {
//得到男性 的测评
public abstract void getManResult(Man man);
//得到女的 测评
public abstract void getWomanResult(Woman woman);
}
（2）评价：Success、Fail、Wait。
public class Success extends Action {
@Override
public void getManResult(Man man) {
System.out.println(" 男人给的评价该歌手很成功 !");
}
@Override
public void getWomanResult(Woman woman) {
System.out.println(" 女人给的评价该歌手很成功 !");
}
}
Fail类、Wait类同理
（3）Person类
public abstract class Person {
//提供一个方法，让访问者可以访问
public abstract void accept(Action action);
}
（4）Person实现类：Man、Woman。
public class Man extends Person {
@Override
public void accept(Action action) {
action.getManResult(this); //将自己传过去
}
}
//说明
//1. 这里我们使用到了双分派, 即首先在客户端程序中，将具体状态作为参数传递Woman中(第一次分派)
//2. 然后Woman 类调用作为参数的 "具体方法" 中方法getWomanResult, 同时将自己(this)作为参数
// 传入，完成第二次的分派
public class Woman extends Person{
@Override
public void accept(Action action) {
action.getWomanResult(this);
}
}
（5）结构体：负责评价的管理
//数据结构，管理很多人（Man , Woman）
public class ObjectStructure {
//维护了一个集合
private List persons = new LinkedList<>();
//增加到list
public void attach(Person p) {
persons.add(p);
}
//移除
public void detach(Person p) {
persons.remove(p);
}
//显示测评情况
public void display(Action action) {
for(Person p: persons) {
p.accept(action);
}
}
}
（6）客户端
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//创建ObjectStructure
ObjectStructure objectStructure = new ObjectStructure();
objectStructure.attach(new Man());
objectStructure.attach(new Woman());
//成功
Success success = new Success();
objectStructure.display(success);
System.out.println("===============");
Fail fail = new Fail();
objectStructure.display(fail);
System.out.println("=======给的是待定的测评========");
Wait wait = new Wait();
objectStructure.display(wait);
}
}
- 双分派
所谓双分派是指不管类怎么变化，我们都能找到期望的方法运行。双分派意味着得到执行的操作取决于请求的种类和两个接收者的类型。
以上述实例为例，假设我们要添加一个 Wait 的状态类，考察 Man 类和 Woman 类的反应，由于使用了双分 派，只需增加一个 Action 子类即可在客户端调用即可，不需要改动任何其他类的代码。
18.5 访问者模式的注意事项
- 优点
（1）访问者模式符合单一职责原则、让程序具有优秀的扩展性、灵活性非常高
（2）访问者模式可以对功能进行统一，可以做报表、UI、拦截器与过滤器，适用于数据结构相对稳定的系统 - 缺点
（1）具体元素对访问者公布细节，也就是说访问者关注了其他类的内部细节，这是迪米特法则所不建议的, 这样造成了具体元素变更比较困难
（2）违背了依赖倒转原则。访问者依赖的是具体元素，而不是抽象元素
（3）因此，如果一个系统有比较稳定的数据结构，又有经常变化的功能需求，那么访问者模式就是比较合适的.
第19章 迭代器模式
19.1 需求：院系展示
编写程序展示一个学校院系结构：需求是这样，要在一个页面中展示出学校的院系组成，一个学校有多个学院， 一个学院有多个系。
19.2 传统方式
传统方案问题分析
（1）将学院看做是学校的子类，系是学院的子类，这样实际上是站在组织大小来进行分层次的
（2）实际上我们的要求是 ：在一个页面中展示出学校的院系组成，一个学校有多个学院，一个学院有多个系， 因此这种方案，不能很好实现的遍历的操作
说明：计算机学院用数组存储系，信息工程学院用集合来存储系，遍历不方便
19.3 迭代器模式
- 要解决的问题
提供统一的接口，遍历不同的存储方式。 - 基本介绍
（1）迭代器模式（Iterator Pattern）是常用的设计模式，属于行为型模式
（2）如果我们的集合元素是用不同的方式实现的，有数组，还有 java 的集合类，或者还有其他方式，当客户端要遍历这些集合元素的时候就要使用多种遍历方式，而且还会暴露元素的内部结构，可以考虑使用迭代器模式解决。
（3）迭代器模式，提供一种遍历集合元素的统一接口，用一致的方法遍历集合元素，不需要知道集合对象的底层表示，即：不暴露其内部的结构。 - 类图
对原理类图的说明-即(迭代器模式的角色及职责)
（1）Iterator ： 迭代器接口，是系统提供，含有hasNext, next, remove
（2）ConcreteIterator : 具体的迭代器类，管理迭代
（3）Aggregate :一个统一的聚合接口， 将客户端和具体聚合解耦
（4）ConcreteAggreage : 具体的聚合持有对象集合， 并提供一个方法，返回一个迭代器， 该迭代器可以正确遍历集合
（5）Client :客户端， 通过 Iterator 和 Aggregate 依赖子类
19.4 应用案例：院系展示
- 类图
- 代码实现
（1）Iterator是系统提供的，不用自己写
（2）系
//系
public class Department {
private String name;
private String desc;
public Department(String name, String desc) {
super();
this.name = name;
this.desc = desc;
}
//nae和desc的get、set方法
}
（3）学院类
计算机学院
public class ComputerCollegeIterator implements Iterator {
//这里我们需要Department 是以怎样的方式存放=>数组
Department[] departments;
int position = 0; //遍历的位置
public ComputerCollegeIterator(Department[] departments) {
this.departments = departments;
}
//判断是否还有下一个元素
@Override
public boolean hasNext() {
if(position >= departments.length || departments[position] == null) {
return false;
}else {
return true;
}
}
@Override
public Object next() {
Department department = departments[position];
position += 1;
return department;
}
//删除的方法，默认空实现
public void remove() {
}
}
信息工程学院
public class InfoColleageIterator implements Iterator {
List departmentList; // 信息工程学院是以List方式存放系
int index = -1;//索引
public InfoColleageIterator(List departmentList) {
this.departmentList = departmentList;
}
//判断list中还有没有下一个元素
@Override
public boolean hasNext() {
if(index >= departmentList.size() - 1) {
return false;
} else {
index += 1;
return true;
}
}
@Override
public Object next() {
return departmentList.get(index);
}
//空实现remove
public void remove() {
}
}
（4）College：学院接口
public interface College {
public String getName();
//增加系的方法
public void addDepartment(String name, String desc);
//返回一个迭代器,遍历
public Iterator createIterator();
}
（5）具体学院
计算机学院
public class ComputerCollege implements College {
Department[] departments;
int numOfDepartment = 0 ;// 保存当前数组的对象个数
public ComputerCollege() {
departments = new Department[5];
addDepartment("Java专业", " Java专业 ");
addDepartment("PHP专业", " PHP专业 ");
addDepartment("大数据专业", " 大数据专业 ");
}
@Override
public String getName() {
return "计算机学院";
}
@Override
public void addDepartment(String name, String desc) {
Department department = new Department(name, desc);
departments[numOfDepartment] = department;
numOfDepartment += 1;
}
@Override
public Iterator createIterator() {
return new ComputerCollegeIterator(departments);
}
}
信息工程学院
public class InfoCollege implements College {
List departmentList;
public InfoCollege() {
departmentList = new ArrayList();
addDepartment("信息安全专业", " 信息安全专业 ");
addDepartment("网络安全专业", " 网络安全专业 ");
addDepartment("服务器安全专业", " 服务器安全专业 ");
}
@Override
public String getName() {
return "信息工程学院";
}
@Override
public void addDepartment(String name, String desc) {
Department department = new Department(name, desc);
departmentList.add(department);
}
@Override
public Iterator createIterator() {
return new InfoColleageIterator(departmentList);
}
}
（6）输出类
public class OutPutImpl {
//学院集合
List collegeList;
public OutPutImpl(List collegeList) {
this.collegeList = collegeList;
}
//遍历所有学院,然后调用printDepartment 输出各个学院的系
public void printCollege() {
//从collegeList 取出所有学院, Java 中的 List 已经实现Iterator
Iterator iterator = collegeList.iterator();
while(iterator.hasNext()) {
//取出一个学院
College college = iterator.next();
System.out.println("=== "+college.getName() +"=====" );
printDepartment(college.createIterator()); //得到对应迭代器
}
}
//输出 学院输出 系
public void printDepartment(Iterator iterator) {
while(iterator.hasNext()) {
Department d = (Department)iterator.next();
System.out.println(d.getName());
}
}
}
（7）客户端
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//创建学院
List collegeList = new ArrayList();
ComputerCollege computerCollege = new ComputerCollege();
InfoCollege infoCollege = new InfoCollege();
collegeList.add(computerCollege);
//collegeList.add(infoCollege);
OutPutImpl outPutImpl = new OutPutImpl(collegeList);
outPutImpl.printCollege();
}
}
19.5 迭代器模式在JDK-ArrayList 集合应用
对类图的角色分析和说明
（1）内部类 Itr 充当具体实现迭代器 Iterator 的类， 作为 ArrayList 内部类
（2）List 就是充当了聚合接口，含有一个 iterator() 方法，返回一个迭代器对象 ArrayList 是实现聚合接口 List 的子类，实现了 iterator()
（3）Iterator 接口系统提供
（4）迭代器模式解决了 不同集合(ArrayList ,LinkedList) 统一遍历问题
19.6 迭代器模式的注意事项
- 优点
（1）提供一个统一的方法遍历对象，客户不用再考虑聚合的类型，使用一种方法就可以遍历对象了。
（2）隐藏了聚合的内部结构，客户端要遍历聚合的时候只能取到迭代器，而不会知道聚合的具体组成。
（3）提供了一种设计思想，就是一个类应该只有一个引起变化的原因（叫做单一责任原则）。在聚合类中，我们把迭代器分开，就是要把管理对象集合和遍历对象集合的责任分开，这样一来集合改变的话，只影响到聚合对象。 而如果遍历方式改变的话，只影响到了迭代器。
（4）当要展示一组相似对象，或者遍历一组相同对象时使用, 适合使用迭代器模式
2.缺点
（1）每个聚合对象都要一个迭代器，会生成多个迭代器不好管理类
第20章 观察者模式
20.1 应用场景：天气预报
（1）气象站可以将每天测量到的温度，湿度，气压等等以公告的形式发布出去(比如发布到自己的网站或第三方)。
（2）需要设计开放型 API，便于其他第三方也能接入气象站获取数据。
（3）提供温度、气压和湿度的接口
（4）测量数据更新时，要能实时的通知给第三方
20.2 传统模式
- 解决方案
说明:
（1）通过getXxx方法，可以让第三方接入，并得到相关信息.
（2）当数据有更新时，气象站通过调用dataChange() 去更新数据，当第三方再次获取时，就能得到最新数据，当然也可以推送。 - 代码实现
（1）气象站类
/**
* 显示当前天气情况（可以理解成是气象站自己的网站）
* @author Administrator
*/
public class CurrentConditions {
// 温度，气压，湿度
private float temperature;
private float pressure;
private float humidity;
//更新 天气情况，是由 WeatherData 来调用，我使用推送模式
public void update(float temperature, float pressure, float humidity) {
this.temperature = temperature;
this.pressure = pressure;
this.humidity = humidity;
display();
}
//显示
public void display() {
System.out.println("***Today mTemperature: " + temperature + "***");
System.out.println("***Today mPressure: " + pressure + "***");
System.out.println("***Today mHumidity: " + humidity + "***");
}
}
（2）天气数据
/**
* 类是核心
* 1. 包含最新的天气情况信息
* 2. 含有 CurrentConditions 对象
* 3. 当数据有更新时，就主动的调用 CurrentConditions对象update方法(含 display), 这样他们（接入方）就看到最新的信息
* @author Administrator
*/
public class WeatherData {
private float temperatrue;
private float pressure;
private float humidity;
private CurrentConditions currentConditions;
//加入新的第三方
public WeatherData(CurrentConditions currentConditions) {
this.currentConditions = currentConditions;
}
public float getTemperature() {
return temperatrue;
}
public float getPressure() {
return pressure;
}
public float getHumidity() {
return humidity;
}
public void dataChange() {
//调用 接入方的 update
currentConditions.update(getTemperature(), getPressure(), getHumidity());
}
//当数据有更新时，就调用 setData
public void setData(float temperature, float pressure, float humidity) {
this.temperatrue = temperature;
this.pressure = pressure;
this.humidity = humidity;
//调用dataChange， 将最新的信息 推送给 接入方 currentConditions
dataChange();
}
}
（3）客户端
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//创建接入方 currentConditions
CurrentConditions currentConditions = new CurrentConditions();
//创建 WeatherData 并将 接入方 currentConditions 传递到 WeatherData中
WeatherData weatherData = new WeatherData(currentConditions);
//更新天气情况
weatherData.setData(30, 150, 40);
//天气情况变化
System.out.println("============天气情况变化=============");
weatherData.setData(40, 160, 20);
}
}
- 问题分析
（1）其他第三方接入气象站获取数据的问题
（2）无法在运行时动态的添加第三方 (新浪网站)
（3）违反 ocp 原则=>观察者模式
//在 WeatherData 中，当增加一个第三方，都需要创建一个对应的第三方的公告板对象，并加入到 dataChange, 不利于维护，也不是动态加入
20.3 观察者模式
- 基本介绍
观察者模式类似订牛奶业务
（1）奶站/气象局：Subject
A registerObserver 注册
B removeObserver 移除
C notifyObservers() 通知所有的注册的用户，根据不同需求，可以是更新数据，让用户来取，也可能是实施推送，看具体需求定
（2）用户/第三方网站：Observer：接收输入
- 说明
观察者模式：对象之间多对一依赖的一种设计方案，被依赖的对象为Subject， 依赖的对象为Observer，Subject通知Observer变化,比如这里的奶站是Subject，是1的一方。用户时Observer，是多的一方。 - 观察者模式的优点
（1）观察者模式设计后，会以集合的方式来管理用户(Observer)，包括注册，移除和通知。
（2）这样，我们增加观察者(这里可以理解成一个新的公告板)，就不需要去修改核心类 WeatherData 不会修改代码，遵守了 ocp 原则。
20.4 应用案例：天气预报
- 类图
- 代码实现
（1）Subject接口
//接口, 让WeatherData 来实现
public interface Subject {
public void registerObserver(Observer o);
public void removeObserver(Observer o);
public void notifyObservers();
}
（2）WeatherData类
/**
* 类是核心
* 1. 包含最新的天气情况信息
* 2. 含有 观察者集合，使用ArrayList管理
* 3. 当数据有更新时，就主动的调用 ArrayList, 通知所有的（接入方）就看到最新的信息
* @author Administrator
*/
public class WeatherData implements Subject {
private float temperatrue;
private float pressure;
private float humidity;
//观察者集合
private ArrayList observers;
//加入新的第三方
public WeatherData() {
observers = new ArrayList();
}
public float getTemperature() {
return temperatrue;
}
public float getPressure() {
return pressure;
}
public float getHumidity() {
return humidity;
}
public void dataChange() {
//调用 接入方的 update
notifyObservers();
}
//当数据有更新时，就调用 setData
public void setData(float temperature, float pressure, float humidity) {
this.temperatrue = temperature;
this.pressure = pressure;
this.humidity = humidity;
//调用dataChange， 将最新的信息 推送给 接入方 currentConditions
dataChange();
}
//注册一个观察者
@Override
public void registerObserver(Observer o) {
observers.add(o);
}
//移除一个观察者
@Override
public void removeObserver(Observer o) {
if(observers.contains(o)) {
observers.remove(o);
}
}
//遍历所有的观察者，并通知
@Override
public void notifyObservers() {
// TODO Auto-generated method stub
for(int i = 0; i < observers.size(); i++) {
observers.get(i).update(this.temperatrue, this.pressure, this.humidity);
}
}
}
（3）观察者：Observe类
//观察者接口，有观察者来实现
public interface Observer {
public void update(float temperature, float pressure, float humidity);
}
（4）观察者子类：CurrentConditions
public class CurrentConditions implements Observer {
// 温度，气压，湿度
private float temperature;
private float pressure;
private float humidity;
// 更新 天气情况，是由 WeatherData 来调用，我使用推送模式
public void update(float temperature, float pressure, float humidity) {
this.temperature = temperature;
this.pressure = pressure;
this.humidity = humidity;
display();
}
// 显示
public void display() {
System.out.println("***Today mTemperature: " + temperature + "***");
System.out.println("***Today mPressure: " + pressure + "***");
System.out.println("***Today mHumidity: " + humidity + "***");
}
}
其他子类同理。
（5）客户端
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//创建一个WeatherData
WeatherData weatherData = new WeatherData();
//创建观察者
CurrentConditions currentConditions = new CurrentConditions();
BaiduSite baiduSite = new BaiduSite();
//注册到weatherData
weatherData.registerObserver(currentConditions);
weatherData.registerObserver(baiduSite);
//测试
System.out.println("通知各个注册的观察者, 看看信息");
weatherData.setData(10f, 100f, 30.3f);
weatherData.removeObserver(currentConditions);
//测试
System.out.println();
System.out.println("通知各个注册的观察者, 看看信息");
weatherData.setData(10f, 100f, 30.3f);
}
}
20.5 观察者模式在Jdk应用的源码分析
- Jdk 的 Observable 类就使用了观察者模式
2.代码分析+模式角色分析
- 模式角色分析
（1）Observable 的作用和地位等价于 我们前面讲过 Subject
（2）Observable 是类，不是接口，类中已经实现了核心的方法 ,即管理 Observer 的方法 add… delete … notify…
（3）Observer 的作用和地位等价于我们前面讲过的 Observer, 有 update
（4）Observable 和 Observer 的使用方法和前面讲过的一样，只是 Observable 是类，通过继承来实现观察者模式。