大白话聊访问者模式：从入门到实践

访问者模式，重点在于访问者二字。说到访问，我们脑海中必定会想起新闻访谈，两个人面对面坐在一起。从字面上的意思理解：其实就相当于被访问者（某个公众人物）把访问者（记者）当成了外人，不想你随便动。你想要什么，我弄好之后给你（调用你的方法）。

01 什么是访问者模式？

访问者模式的定义如下所示，说的是在不改变数据结构的提前下，定义新操作。

封装一些作用于某种数据结构中的各元素的操作，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。

但在实际的应用中，我发现有些例子并不是如此。有些例子中并没有稳定的数据结构，而是稳定的算法。在树义看来，访问者模式是：把不变的固定起来，变化的开放出去。

我们举生活中一个例子来聊聊：某科学家接受记着访谈。我们都知道科学家接受访问，肯定是有流程上的限制的，不可能让你随便问。我们假设这个过程是：先问科学家的学校经历，再聊你的工作经历，最后聊你的科研成果。那么在这个过程中，固定的是什么东西呢？固定的是接受采访的流程。变化的是什么呢？变化的是不同的记者，针对学校经历，可能会提不同的问题。

根据我们之前的理解，访问者模式其实就是要把不变的东西固定起来，变化的开放出去。那么对于科学家接受访谈这个事情，我们可以这么将其抽象化。

首先，我们需要有一个 Visitor 类，这里定义了一些外部（记者）可以做的事情（提学校经历、工作经历、科研成就的问题）。

public interface Visitor {
    public void askSchoolExperience(String name);
    public void askWorkExperience(String name);
    public void askScienceAchievement(String name);
}

接着声明一个 XinhuaVisitor 类去实现 Visitor 类，这表示是新华社的一个记者（访问者）想去访问科学家。

public class XinhuaVisitor implements Visitor{
    @Override
    public void askSchoolExperience(String name) {
        System.out.printf("请问%s：在学校取得的最大成就是什么？\n", name);
    }

    @Override
    public void askWorkExperience(String name) {
        System.out.printf("请问%s：工作上最难忘的事情是什么？\n", name);
    }

    @Override
    public void askScienceAchievement(String name) {
        System.out.printf("请问%s：最大的科研成果是什么？", name);
    }
}

接着声明一个 Scientist 类，表明是一个科学家。科学家通过一个 accept() 方法接收记者（访问者）的访问申请，将其存储起来。科学家定义了一个 interview 方法，将访问的流程固定死了，只有教你问什么的时候，我才会让你（记者）提问。

public class Scientist {

    private Visitor visitor;

    private String name;

    private Scientist(){}

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

    public void accept(Visitor visitor) {
        this.visitor = visitor;
    }

    public void interview(){
        System.out.println("------------访问开始------------");
        System.out.println("---开始聊学校经历---");
        visitor.askSchoolExperience(name);
        System.out.println("---开始聊工作经历---");
        visitor.askWorkExperience(name);
        System.out.println("---开始聊科研成果---");
        visitor.askScienceAchievement(name);
    }
}

最后我们声明一个场景类 Client，来模拟访谈这一过程。

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Scientist yang = new Scientist("杨振宁");
        yang.accept(new XinhuaVisitor());
        yang.interview();
    }
}

运行的结果为：

------------访问开始------------
---开始聊学校经历---
请问杨振宁：在学校取得的最大成就是什么？
---开始聊工作经历---
请问杨振宁：工作上最难忘的意见事情是什么？
---开始聊科研成果---
请问杨振宁：最大的科研成果是什么？

看到这里，大家对于访问者模式的本质有了更感性的认识（把不变的固定起来，变化的开放出去）。在这个例子中，不变的固定的就是访谈流程，变化的就是你可以提不同的问题。

一般来说，访问者模式的类结构如下图所示：

Visitor 访问者接口。访问者接口定义了访问者可以做的事情。这个需要你去分析哪些是可变的，将这些可变的内容抽象成访问者接口的方法，开放出去。而被访问者的信息，其实就是通过访问者的参数传递过去。
ConcreteVisitor 具体访问者。具体访问者定义了具体某一类访问者的实现。对于新华社记者来说，他们更关心杨振宁科学成果方面的事情，于是他们提问的时候更倾向于挖掘成果。但对于青年报记者来说，他们的读者是青少年，他们更关心杨振宁在学习、工作中的那种精神。
Element 具体元素。这里指的是具体被访问的类，在我们这个例子中指的是 Scientist 类。一般情况下，我们会提供一个 accept() 方法，接收访问者参数，将相当于接受其范文申请。但这个方法也不是必须的，只要你能够拿到 visitor 对象，你怎么定义这个参数传递都可以。

对于访问者模式来说，最重要的莫过于 Visitor、ConcreteVisitor、Element 这三个类了。Visitor、ConcreteVisitor 定义访问者具体能做的事情，被访问者的参数通过参数传递给访问者。Element 则通过各种方法拿到被访问者对象，常用的是通过 accept() 方法，但这并不是绝对的。

需要注意的是，我们学习设计模式重点是理解类与类之间的关系，以及他们传递的信息。至于是通过什么方式传递的，是通过 accept() 方法，还是通过构造函数，都不是重点。

02 访问者模式的实际应用

前面我们用一个生活的例子帮助大家理解访问者模式，相信大家对访问者模式应该有了个感性的理解了。为了回归编程实践本身，让大家对访问者模式能有更好的实践理解。下面我们将从软件编程上讲讲访问者模式在开源框架中的应用。

文件树遍历

JDK 中有文件操作，我们自然是清楚的。有文件操作，那自然就会有文件夹的遍历操作，即访问某个文件夹下面的所有文件或文件夹。试想一下，如果我们想要打印出某个文件夹下所有文件及文件夹的名字，我们需要怎么做？

很简单的做法，其实就是直接做一个树的遍历，然后将名字打印出来呀！

没错，这确实是正确答案！

那么如果我希望统计一下所有文件及文件夹的个数呢？

那就再遍历一次，然后用一个计数器去一直加一呗！

没错，这也是正确答案！

但你是否发现了这两个过程中，我们有一个相同的操作：遍历文件树。无论是打印文件名，还是计算文件树，我们都需要去遍历文件树。而无论哪一个过程，我们最终要的其实就是访问文件。

还记得我们说过设计模式的本质是什么吗？设计模式的本质是找出不变的东西，再找出变化的东西，然后找到合适的数据结构（设计模式）去承载这种变化。

在这个例子里，不变的东西是文件树的遍历，变化的是对于文件的不同访问操作。很显然，访问者模式是比较适合承载这种变化的。我们可以把这种不变的东西（文件树的遍历）固定起来，把变化的东西（文件的具体操作）开放出去。JDK 对于文件树的遍历，其实就是使用访问者模式实现的。

JDK 中声明了一个 FileVisitor 接口，定义了遍历者可以做的操作。

public interface FileVisitor<T> {
    FileVisitResult preVisitDirectory(T dir, BasicFileAttributes attrs);
    FileVisitResult visitFile(T file, BasicFileAttributes attrs)
        throws IOException;
    FileVisitResult visitFileFailed(T file, IOException exc)
        throws IOException;
    FileVisitResult postVisitDirectory(T dir, IOException exc)
        throws IOException;
}

FileVisitor 中定义的 visitFile() 方法，其实就是对于文件的访问。被访问者（文件）的信息通过第一个参数 file 传递过来。这样遍历者就可以访问文件的内容了。

SimpleFileVisitor 则是对于 FileVisitor 接口的实现，该类中仅仅是做了简单的参数校验，并没有太过的逻辑。

public class SimpleFileVisitor<T> implements FileVisitor<T> {
    @Override
    public FileVisitResult preVisitDirectory(T dir, BasicFileAttributes attrs)
        throws IOException
    {
        Objects.requireNonNull(dir);
        Objects.requireNonNull(attrs);
        return FileVisitResult.CONTINUE;
    }

    @Override
    public FileVisitResult visitFile(T file, BasicFileAttributes attrs)
        throws IOException
    {
        Objects.requireNonNull(file);
        Objects.requireNonNull(attrs);
        return FileVisitResult.CONTINUE;
    }
    //....其他省略
}

FileVisitor 类和 SimpleFileVisitor 类对应的就是 UML 类图中的 Visitor 和 ConcreteVisitor 类。而 Element 元素，对应的其实是 JDK 中的 Files 类。

Files 文件中遍历文件树是通过 walkFileTree() 方法实现的。在 walkFileTree() 方法中实现了树的遍历，在遍历到文件的时候会通过 visitor 类的 visitFile 方法调用遍历者的方法，将遍历到的文件传递给遍历者，从而达到分离变化的目的。

ASM修改字节码

ASM 是 Java 的字节码增强技术，这里面就用到了访问者模式，主要是用来进行字节码的修改。在 ASM 中于此相关的三个类分别是：ClassReader、ClassVisitor、ClassWriter。

ClassReader 类相当于访问者模式中的 Element 元素。它将字节数组或 class 文件读入内存中，并以树的数据结构表示。该类定义了一个 accept 方法用来和 visitor 交互。

ClassVisitor 相当于抽象访问者接口。ClassReader 对象创建之后，需要调用 accept() 方法，传入一个 ClassVisitor 对象。在 ClassReader 的不同时期会调用 ClassVisitor 对象中不同的 visit() 方法，从而实现对字节码的修改。

ClassWriter 是 ClassVisitor 的是实现类，它负责将修改后的字节码输出为字节数组。

对于 ASM 这种场景而言，字节码规范是非常严格且稳定的，如果随便更改可能出问题。但我们又需要对字节码进行动态修改，从而达到某些目的。在这种情况下，ASM 的设计者采用了访问者模式将变化的部分隔离开来，将不变的部分固定下来，从而达到了灵活扩展的目的。

03 我们该如何使用？

从上面几个例子，我们大致可以明白访问者模式的使用场景：某些较为稳定的东西（数据结构或算法），不想直接被改变但又想扩展功能，这时候适合用访问者模式。

说到对于访问者模式使用场景的定义，我们会觉得模板方法模式与这个使用场景的定义很像。但它们还是有些许差别的。访问者模式的变化与非变化（即访问者与被访问者）之间，它们只是简单的包含关系，而模板方法模式的变化与非变化则是继承关系。 但它们也确实有类似的地方，即都是封装了固定不变的东西，开放了变动的东西。

访问者模式的优点很明显，即隔离了变化的东西，固定了不变的东西，使得整体的可维护性更强、具有更强的扩展性。但它也带来了设计模式通用的一些缺点，例如：

类结构变得复杂。之前我们可是简单的调用关系，现在则是多个类之间的继承和组合关系。从一定程度上，提高了对开发人员的要求，提高了研发成本。
被访问者的变更变得更加困难。例如我们上面科学家访谈的例子，如果科学家访谈希望新增一个环节，那么 Scientist 类需要修改，Visitor 类、XinhuaVisitor 类都需要修改。

有这些多优点，但也有这么多缺点，那实际工作中我们应该怎么判断是否用访问者模式呢？

总的原则就是扬长避短，即当场景完全利用了访问者模式的优点，规避了访问者模式的缺点的时候，就是使用访问者模式的最佳时机。

虽然使用访问者模式会让被访问者的变更变得更加困难，但如果被访问者很稳定，基本不会变更，那这个缺点不就去除了么。例如在 ASM 的例子中，元素是 ClassReader，其存储了字节码的结构。而字节码结构完全不会轻易改变，所以在这个「被访问者的变更变得更加困难」的缺点也就不存在了。

而「类结构变得复杂」这个缺点，则是需要根据当时业务的复杂程度来看的。如果当时业务很简单，而且变化也不大，那么使用设计模式完全是多余的。但是如果当时业务很复杂了，我们还是在一个类里做修改，那么很大可能性会出大问题。这时候就需要用设计模式来承载复杂的业务结构了。

大白话聊访问者模式：从入门到实践

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大白话聊访问者模式：从入门到实践

01 什么是访问者模式？

02 访问者模式的实际应用

文件树遍历

ASM修改字节码

03 我们该如何使用？

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