23.设计模式-VISITOR（访问者）

一、模式定义与核心思想

访问者模式是一种行为型设计模式，其核心目标是将算法与对象结构解耦，允许在不修改现有对象结构的前提下定义新的操作。该模式通过双重分派（Double Dispatch）机制实现，使得操作可以独立于元素类进行扩展

核心价值：

1. 算法与结构解耦：将业务逻辑从数据结构中剥离（如薪资计算与员工类解耦）
2. 扩展性增强：新增操作只需添加新的访问者类（如新增XML导出功能无需修改员工类）
3. 开闭原则遵循：对扩展开放，对修改关闭（如Spring框架中动态添加验证逻辑）

典型应用场景：

• 复杂对象结构的遍历与操作（如编译器语法树分析）
• 跨平台数据导出（如XML/JSON格式转换）
• 动态策略应用（如游戏角色状态的多维度计算）

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二、模式组成与UML类图

核心角色

1. Visitor（访问者接口）：

• • 声明visit()方法，为每个具体元素类定义操作接口（如visit(Manager)和visit(Developer)）。

1. ConcreteVisitor（具体访问者）：

• • 实现接口方法，包含具体业务逻辑（如薪资调整、文件导出）

1. Element（元素接口）：

• • 定义accept(Visitor)方法，将自身传递给访问者（如员工类接受薪资计算器访问）

1. ConcreteElement（具体元素）：

• • 实现accept()方法，调用访问者的对应方法（如Manager.accept()触发visit(Manager)）

1. ObjectStructure（对象结构）：

• • 维护元素集合，提供遍历接口（如公司类管理员工列表）。

UML类图

classDiagram
    class Visitor {
        <<interface>>
        +visitConcreteElementA(ConcreteElementA)
        +visitConcreteElementB(ConcreteElementB)
    }

    class ConcreteVisitorA {
        +visitConcreteElementA(ConcreteElementA)
        +visitConcreteElementB(ConcreteElementB)
    }

    class Element {
        <<interface>>
        +accept(Visitor)
    }

    class ConcreteElementA {
        +accept(Visitor)
        +operationA()
    }

    class ConcreteElementB {
        +accept(Visitor)
        +operationB()
    }

    class ObjectStructure {
        -elements: List<Element>
        +addElement(Element)
        +accept(Visitor)
    }

    Visitor <|-- ConcreteVisitorA
    Element <|-- ConcreteElementA
    Element <|-- ConcreteElementB
    ObjectStructure --> Element : 聚合
    ConcreteElementA --> Visitor : 调用visit()
    ConcreteElementB --> Visitor : 调用visit()

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三、代码实现示例

场景：实现电商订单的跨格式导出（JSON/XML）

// 1. 元素接口与具体元素
interface OrderElement {
    void accept(OrderVisitor visitor);
}

class Product implements OrderElement {
    private String name;
    private double price;

    public Product(String name, double price) {
        this.name = name;
        this.price = price;
    }

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

    // Getters
    public String getName() { return name; }
    public double getPrice() { return price; }
}

// 2. 访问者接口与具体访问者
interface OrderVisitor {
    void visit(Product product);
}

class JsonExportVisitor implements OrderVisitor {
    @Override
    public void visit(Product product) {
        System.out.printf("{\"name\":\"%s\",\"price\":%.2f}\n", 
                          product.getName(), product.getPrice());
    }
}

class XmlExportVisitor implements OrderVisitor {
    @Override
    public void visit(Product product) {
        System.out.printf("<product><name>%s</name><price>%.2f</price></product>\n",
                          product.getName(), product.getPrice());
    }
}

// 3. 对象结构
class Order {
    private List<OrderElement> items = new ArrayList<>();

    public void addItem(OrderElement item) {
        items.add(item);
    }

    public void export(OrderVisitor visitor) {
        items.forEach(item -> item.accept(visitor));
    }
}

// 4. 客户端调用
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Order order = new Order();
        order.addItem(new Product("Laptop", 999.99));
        order.addItem(new Product("Mouse", 29.99));

        System.out.println("--- JSON Export ---");
        order.export(new JsonExportVisitor());

        System.out.println("\n--- XML Export ---");
        order.export(new XmlExportVisitor());
    }
}

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四、工业级源码应用

1. Java编译器API：

• • javax.lang.model.element.ElementVisitor处理抽象语法树节点，支持注解处理器开发。

1. Spring框架：

• • BeanDefinitionVisitor遍历Bean定义实现属性加密（如数据库密码脱敏）。

1. Hibernate ORM：

• • 通过Visitor模式实现延迟加载策略，动态生成代理类。

1. Kubernetes客户端：

• • kubectl命令使用Visitor模式遍历API资源（如kubectl get pods的资源解析）。

1. Apache Calcite：

• • SQL查询优化器通过RelNodeVisitor重写关系代数表达式。

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五、模式优劣与最佳实践

优势：

• 新增操作成本降低70%：扩展只需新增Visitor类（如新增CSV导出器）。
• 复合操作集中管理：复杂统计（如订单总价+税费计算）可封装在单一访问者中。

局限性：

• 元素类需稳定：频繁修改元素接口会导致所有访问者类需要同步调整
• 破坏封装性：访问者可能直接操作元素内部状态（需通过接口严格控制访问权限）。

最佳实践：

1. 与组合模式结合：处理树形结构时，通过Composite实现递归遍历
2. 异步访问优化：高并发场景下使用Visitor + CompletableFuture实现并行处理
3. 访问者工厂：通过工厂模式动态创建访问者（如根据配置选择导出格式）

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总结

访问者模式如同软件架构的"算法路由器"，通过双重分派机制和逻辑集中化设计，在编译器、ORM框架等场景中展现出强大的生命力。其核心价值在于将易变的操作逻辑与稳定的数据结构分离，开发者需重点把控元素接口的稳定性，结合具体场景选择访问粒度，从而构建出高扩展、易维护的系统架构。