设计模式の命令访问者迭代器模式

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前言

  本篇是关于设计模式中命令模式、访问者模式、以及迭代器模式的学习笔记。

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一、命令模式

  命令模式是一种行为型设计模式，其核心目的在于将命令的发送者和接受者解耦，提供一个中间层对命令进行统一的管理，请求的发送者不需要知道接收者的具体实现，而只需依赖一个抽象的命令接口。
  命令模式通常包括以下的角色：

• 抽象/接口命令层：定义了执行命令的抽象方法，例如执行，撤销。
• 具体命令类：继承/实现了命令层，对命令的具体内容做一个描述。
• 接收者：实际执行操作的对象，包含与请求相关的逻辑。
• 调用者：调用命令对象以触发请求的执行。
• 客户端：创建具体的命令对象，并将其绑定到调用者上。

  举一个生活中的案例，假设对于家电，想要通过一个万能遥控器去控制某个家电的开/关，而不需要每个家电都配一个遥控器，则可以将开，关设为具体命令类：

/*** 命令抽象类*/
public interface Command {/*** 执行命令*/void execute();/*** 回滚操作*/void undo();
}

  以对灯的开关操作为例，开灯的命令类：

/*** 开灯*/
public class LightOnCommand implements Command{private Light light;public LightOnCommand(Light light) {this.light = light;}@Overridepublic void execute() {light.on();}@Overridepublic void undo() {light.off();}
}

  关灯的命令类：

/*** 关灯*/
public class LightOffCommand implements Command{private Light light;public LightOffCommand(Light light) {this.light = light;}@Overridepublic void execute() {light.off();}@Overridepublic void undo() {light.on();}
}

  具体的电器，有开关的操作。

public class Light {public void on(){System.out.println("把灯打开");}public void off(){System.out.println("关灯了");}
}

  以及一个空的命令类：

public class NoCommand implements Command{/*** 执行命令*/@Overridepublic void execute() {}/*** 回滚操作*/@Overridepublic void undo() {}
}

  命令的统一管理类，主要作用：

• 对命令组进行初始化。
• 设置操控某一个对象的具体命令。
• 执行具体的命令。
• 撤销命令。

public class RemoteController {//存放各种设备的开命令Command[] onCommands;//存放各种设备的关命令Command[] offCommands;//撤销的命令Command unCommand;/*** 初始化空命令*/public RemoteController(int number) {onCommands = new Command[number];offCommands = new Command[number];for (int i = 0; i < number; i++) {onCommands[i] = new NoCommand();offCommands[i] = new NoCommand();}}/*** 设置具体的命令** @param no         设备组编号* @param onCommand  具体设备组设备的开命令* @param offCommand 具体设备组设备的关命令*/public void setCommand(int no, Command onCommand, Command offCommand) {onCommands[no] = onCommand;offCommands[no] = offCommand;}/*** 按下某个设备的开按钮** @param no 设备组编号*/public void onButtonWasPushed(int no) {onCommands[no].execute();//记录本次操作，便于撤销unCommand = onCommands[no];}/*** 按下某个设备的关按钮** @param no 设备组编号*/public void offButtonWasPushed(int no) {offCommands[no].execute();//记录本次操作，便于撤销unCommand = offCommands[no];}/*** 撤销*/public void undo() {unCommand.undo();}
}

  客户端：

public class Client {public static void main(String[] args) {Light light = new Light();//初始化开启电灯命令LightOnCommand lightOnCommand = new LightOnCommand(light);//初始化关闭电灯命令LightOffCommand lightOffCommand = new LightOffCommand(light);//初始化遥控器面板RemoteController remoteController = new RemoteController(5);remoteController.setCommand(0, lightOnCommand, lightOffCommand);System.out.println("--------开启电灯--------");remoteController.onButtonWasPushed(0);System.out.println("--------关闭电灯--------");remoteController.offButtonWasPushed(0);System.out.println("--------撤销上一步操作--------");remoteController.undo();}
}

  如果需要进行扩展，比如电视，只需要去增加一个电视机对象，以及两个实现了命令接口的具体命令类，最后在客户端进行初始化即可，无需对命令管理类进行修改。

二、访问者模式

  访问者模式是一种行为型设计模式，主要用来将操作与对象结构分离。核心思想在不修改对象结构的前提下，定义作用于这些对象的新操作。
  访问者模式通过引入一个访问者对象，将对结构中各个元素的操作从元素类中抽离出来。这样，当需要添加新操作时，无需修改元素类，而只需添加新的访问者类，访问者模式由以下几个角色组成：

• 访问者接口：声明对每种元素类型的访问操作方法。
• 具体访问者：实现访问者接口，定义具体的操作逻辑。
• 元素接口：定义接受访问者对象的方法。
• 具体元素：实现元素接口，在接受访问者对象的方法中调用访问者的相应方法。
• 对象结构：包含一组元素，可以遍历这些元素并让访问者访问它们。

  举一个生活中的案例，例如在网上商城将商品加入购物车，需要计算商品总价，还需要获取商品的详细清单，利用访问者模式，可以将商品作为被访问的类：

/*** 被访问的元素接口*/
public interface Item {void accept(Visitor visitor);
}

/*** 被访问的元素：书籍*/
public class Book implements Item {private String title;private double price;public Book(String title, double price) {this.title = title;this.price = price;}public String getTitle() {return title;}public double getPrice() {return price;}@Overridepublic void accept(Visitor visitor) {visitor.visit(this);}
}

/*** 被访问的元素：电子产品*/
public class Electronic implements Item {private String name;private double price;public Electronic(String name, double price) {this.name = name;this.price = price;}public String getName() {return name;}public double getPrice() {return price;}@Overridepublic void accept(Visitor visitor) {visitor.visit(this);}
}

  定义一个访问者接口层，访问具体的商品（书籍，电子产品）：

public interface Visitor {void visit(Book book);void visit(Electronic electronic);
}

  定义计算价格和打印清单具体的行为：

/*** 打印清单*/
public class ItemPrinterVisitor implements Visitor {@Overridepublic void visit(Book book) {System.out.println("Book: " + book.getTitle() + " - Price: " + book.getPrice());}@Overridepublic void visit(Electronic electronic) {System.out.println("Electronic: " + electronic.getName() + " - Price: " + electronic.getPrice());}
}

/*** 计算书籍和电子产品的价格*/
public class PriceCalculatorVisitor implements Visitor{private double totalPrice = 0;@Overridepublic void visit(Book book) {totalPrice = totalPrice+book.getPrice();}@Overridepublic void visit(Electronic electronic) {totalPrice = totalPrice + electronic.getPrice();}public double getTotalPrice(){return totalPrice;}
}

  以及具体的对象接口，让访问者去操作书籍和电子产品：

/*** 对象接口*/
public class ShoppingCart {private List<Item> items = new ArrayList<>();public void addItem(Item item) {items.add(item);}public void accept(Visitor visitor) {for (Item item : items) {item.accept(visitor);}}
}

  客户端：

public class Client {public static void main(String[] args) {// 创建购物车ShoppingCart cart = new ShoppingCart();cart.addItem(new Book("Spring源码深度解析", 50));cart.addItem(new Electronic("Iphone17", 6300));// 计算总价PriceCalculatorVisitor priceCalculator = new PriceCalculatorVisitor();cart.accept(priceCalculator);System.out.println("Total Price: " + priceCalculator.getTotalPrice());// 打印清单ItemPrinterVisitor itemPrinter = new ItemPrinterVisitor();cart.accept(itemPrinter);}
}

  这样的好处在于，将具体的操作和对象结构分离，后续增加具体的操作，无需对对象结构进行修改。因此适用于需要对对象结构中的对象执行多种不相关的操作，而操作的实现细节需要彼此独立的场景。
  同时也可以体会一下如果不使用访问者模式，会存在怎么样的弊端：

1. 代码耦合度高：在ShoppingCart类中，我们需要判断每个商品的类型，并为不同类型的商品执行不同的操作。这导致了ShoppingCart 类与具体商品类型的紧密耦合。如果要新增一种商品？就又要加一个条件分支。
2. 扩展性差：同样地，除了计算价格和打印清单，如果还需要再增加一种操作？那么购物车的代码还需要进行修改。

// 书籍类（Book）
public class Book {private String title;private double price;public Book(String title, double price) {this.title = title;this.price = price;}public String getTitle() {return title;}public double getPrice() {return price;}
}// 电子产品类（ElectronicProduct）
public class ElectronicProduct {private String name;private double price;public ElectronicProduct(String name, double price) {this.name = name;this.price = price;}public String getName() {return name;}public double getPrice() {return price;}
}

  在购物车中直接计算总价，打印清单：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class ShoppingCart {private List<Object> items;public ShoppingCart() {items = new ArrayList<>();}public void addItem(Object item) {items.add(item);}public List<Object> getItems() {return items;}// 计算总价public double calculateTotalPrice() {double totalPrice = 0;for (Object item : items) {if (item instanceof Book) {totalPrice += ((Book) item).getPrice();} else if (item instanceof ElectronicProduct) {totalPrice += ((ElectronicProduct) item).getPrice();}}return totalPrice;}// 打印订单清单public void printOrderDetails() {System.out.println("Shopping Cart Details:");for (Object item : items) {if (item instanceof Book) {Book book = (Book) item;System.out.println("Book: " + book.getTitle() + ", Price: " + book.getPrice());} else if (item instanceof ElectronicProduct) {ElectronicProduct product = (ElectronicProduct) item;System.out.println("Product: " + product.getName() + ", Price: " + product.getPrice());}}}
}

三、迭代器模式

  迭代器模式是一种行为型设计模式，核心思想是将集合的遍历操作与集合的实现分离，从而不暴露集合的内部结构，只需要依赖一个公共的接口来访问集合中的元素。通过这种方式，可以在不改变集合结构的情况下，提供不同的遍历方式和逻辑，通常包含以下的角色：

• 迭代器接口：定义遍历集合元素的方法，可以使用JDK的Iterator接口。
• 具体迭代器：实现迭代器接口，负责具体的遍历逻辑。
• 聚合接口：定义返回一个迭代器的方法。
• 具体聚合：实现聚合接口，维护集合的实际数据结构，并提供创建迭代器的方法。

  假设现在有一个电商项目，需要管理多个订单。每个订单由多个商品组成。希望能够顺序遍历订单中的商品，而不暴露订单内部的实现细节，首先创建一个商品的实例：

public class Product {private String productName;private double price;public Product(String productName, double price) {this.productName = productName;this.price = price;}public String getProductName() {return productName;}public double getPrice() {return price;}
}

  再编写一个聚合接口：

public interface Aggregate {Iterator createIterator();
}

  创建具体聚合和迭代器接口

public class Order implements Aggregate{private String orderId;private Product[] items;public Order(String orderId, Product[] items) {this.orderId = orderId;this.items = items;}public String getOrderId() {return orderId;}public Product[] getItems() {return items;}@Overridepublic Iterator createIterator() {return new OrderIterator(this);}
}

public class OrderIterator implements Iterator {private Order order;private int index;public OrderIterator(Order order) {this.order = order;this.index = 0;}@Overridepublic boolean hasNext() {return index < order.getItems().length;}@Overridepublic Object next() {if (hasNext()) {return order.getItems()[index++];}return null;}
}

  客户端，创建产品并且遍历:

public class Client {public static void main(String[] args) {Product p1 = new Product("产品1", 5);Product p2 = new Product("产品2", 6);Product p3 = new Product("产品3", 7);Order order = new Order("10001", new Product[]{p1, p2, p3});Iterator iterator = order.createIterator();while (iterator.hasNext()){Product next = (Product) iterator.next();System.out.println(next);}}
}

  同时也可以对比一下不使用迭代器模式，在客户端中直接遍历，体会一下存在哪些弊端：

1. 客户端直接操作 Order 类的内部实现，如果以后把商品的存储方式改为其他数据结构，所有使用 Order 类的代码都需要修改。
2. 遍历商品数组的逻辑直接写在了客户端，每个需要遍历商品的地方，都必须重复写遍历逻辑。
3. 以及如果需要进行不同方式的遍历，需要修改遍历逻辑以及所有使用到的客户端的代码。

public class Product {private String productName;private double price;public Product(String productName, double price) {this.productName = productName;this.price = price;}public String getProductName() {return productName;}public double getPrice() {return price;}
}public class Order {private String orderId;private Product[] items;public Order(String orderId, Product[] items) {this.orderId = orderId;this.items = items;}public String getOrderId() {return orderId;}public Product[] getItems() {return items;}
}public class Client {public static void main(String[] args) {// 创建产品Product p1 = new Product("Laptop", 1000);Product p2 = new Product("Smartphone", 800);Product p3 = new Product("Headphones", 150);// 创建订单Product[] products = {p1, p2, p3};Order order = new Order("O1001", products);// 直接在客户端遍历商品Product[] items = order.getItems();for (int i = 0; i < items.length; i++) {System.out.println("Product: " + items[i].getProductName() + ", Price: " + items[i].getPrice());}}
}

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