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Java实现在访问者模式中使用反射的示例代码分享

黄舟

Mar 23, 2017 am 11:13 AM

集合类型在面向对象编程中很常用，这也带来一些代码相关的问题。比如，“怎么操作集合中不同类型的对象？”

一种做法就是遍历集合中的每个元素，然后根据它的类型而做具体的操作。这会很复杂，尤其当你不知道集合中元素的类型时。如果y要打印集合中的元素，可以写一个这样的方法：

public void messyPrintCollection(Collection collection) {
    Iterator iterator = collection.iterator()
    while (iterator.hasNext())
        System.out.println(iterator.next().toString())
}

看起来很简单。仅仅调用了Object.toString()方法并打印出了对象，对吧？但如果你的集合是一个包含hashtable的vector呢？那会变得更复杂。你必须检查集合返回对象的类型：

public void messyPrintCollection(Collection collection) {
    Iterator iterator = collection.iterator()
    while (iterator.hasNext()) {
        Object o = iterator.next();
        if (o instanceof Collection)
            messyPrintCollection((Collection)o);
        else
            System.out.println(o.toString());
        }
}

好了，现在可以处理内嵌的集合对象，但其他对象返回的字符串不是你想要的呢？假如你想在字符串对象加上引号，想在Float对象后加一个f，你该怎么做？代码会变得更加复杂：

public void messyPrintCollection(Collection collection) {
    Iterator iterator = collection.iterator()
    while (iterator.hasNext()) {
        Object o = iterator.next();
        if (o instanceof Collection)
            messyPrintCollection((Collection)o);
        else if (o instanceof String)
            System.out.println("&#39;"+o.toString()+"&#39;");
        else if (o instanceof Float)
            System.out.println(o.toString()+"f");
        else
            System.out.println(o.toString());
    }
}

代码很快就变杂乱了。你不想让代码中包含一大堆的if-else语句！怎么避免呢？访问者模式可以帮助你。

为实现访问者模式，你需要创建一个Visitor接口，为被访问的集合对象创建一个Visitable接口。接下来需要创建具体的类来实现Visitor和Visitable接口。这两个接口大致如下：

public interface Visitor
{
    public void visitCollection(Collection collection);
    public void visitString(String string);
    public void visitFloat(Float float);
}
public interface Visitable
{
    public void accept(Visitor visitor);
}

对于一个具体的String类，可以这么实现：

public class VisitableString implements Visitable
{
    private String value;
    public VisitableString(String string) {
        value = string;
    }
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visitString(this);
    }
}

在accept方法中，根据不同的类型，调用visitor中对应的方法：

visitor.visitString(this)

具体Visitor的实现方式如下：

public class PrintVisitor implements Visitor
{
    public void visitCollection(Collection collection) {
        Iterator iterator = collection.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Object o = iterator.next();
            if (o instanceof Visitable)
                ((Visitable)o).accept(this);
    }
    public void visitString(String string) {
        System.out.println("&#39;"+string+"&#39;");
    }
    public void visitFloat(Float float) {
        System.out.println(float.toString()+"f");
    }
}

到时候，只要实现了VisitableFloat类和VisitableCollection类并调用合适的visitor方法，你就可以去掉包含一堆if-else结构的messyPrintCollection方法，采用一种十分清爽的方式实现了同样的功能。visitCollection()方法调用了Visitable.accept(this)，而accept()方法又反过来调用了visitor中正确的方法。这就是双分派：Visitor调用了一个Visitable类中的方法，这个方法又反过来调用了Visitor类中的方法。

尽管实现visitor后，if-else语句不见了，但还是引入了很多附加的代码。你不得不将原始的对象——String和Float，打包到一个实现Visitable接口的类中。虽然很烦人，但这一般来说不是个问题。因为你可以限制被访问集合只能包含Visitable对象。

然而，这还有很多附加的工作要做。更坏的是，当你想增加一个新的Visitable类型时怎么办，比如VisitableInteger？这是访问者模式的一个主要缺点。如果你想增加一个新的Visitable类型，你不得不改变Visitor接口以及每个实现Visitor接口方法的类。你可以不把Visitor设计为接口，取而代之，可以把Visitor设计为一个带有空操作的抽象基类。这与Java GUI中的Adapter类很相似。这么做的问题是你会用尽单次继承，而常见的情形是你还想用继承实现其他功能，比如继承StringWriter类。这同样只能成功访问实现Visitable接口的对象。

幸运的是，Java可以让你的访问者模式更灵活，你可以按你的意愿增加Visitable对象。怎么实现呢？答案是使用反射。使用反射的ReflectiveVisitor接口只需要一个方法：

public interface ReflectiveVisitor {
    public void visit(Object o);
}

好了，上面很简单。Visitable接口先不动，待会我会说。现在，我使用反射实现PrintVisitor类。

public class PrintVisitor implements ReflectiveVisitor {
    public void visitCollection(Collection collection)
    { ... same as above ... }
    public void visitString(String string)
    { ... same as above ... }
    public void visitFloat(Float float)
    { ... same as above ... }
    public void default(Object o)
    {
        System.out.println(o.toString());
    }
    public void visit(Object o) {
        // Class.getName() returns package information as well.
        // This strips off the package information giving us
        // just the class name
        String methodName = o.getClass().getName();
        methodName = "visit"+
                    methodName.substring(methodName.lastIndexOf(&#39;.&#39;)+1);
        // Now we try to invoke the method visit<methodName>
        try {
            // Get the method visitFoo(Foo foo)
            Method m = getClass().getMethod(methodName,
                new Class[] { o.getClass() });
            // Try to invoke visitFoo(Foo foo)
            m.invoke(this, new Object[] { o });
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            // No method, so do the default implementation
            default(o);
        }
    }
}

现在你无需使用Visitable包装类（包装了原始类型String、Float）。你可以直接访问visit()，它会调用正确的方法。visit()的一个优点是它会分派它认为合适的方法。这不一定使用反射，可以使用完全不同的一种机制。

在新的PrintVisitor类中，有对应于Collections、String和Float的操作方法；对于不能处理的类型，可以通过catch语句捕捉。对于不能处理的类型，可以通过扩展visit()方法来尝试处理它们的所有超类。首先，增加一个新的方法getMethod(Class c)，返回值是一个可被触发的方法。它会搜索Class c的所有父类和接口，以找到一个匹配方法。

protected Method getMethod(Class c) {
    Class newc = c;
    Method m = null;
    // Try the superclasses
    while (m == null && newc != Object.class) {
        String method = newc.getName();
        method = "visit" + method.substring(method.lastIndexOf(&#39;.&#39;) + 1);
        try {
            m = getClass().getMethod(method, new Class[] {newc});
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            newc = newc.getSuperclass();
        }
    }
    // Try the interfaces.  If necessary, you
    // can sort them first to define &#39;visitable&#39; interface wins
    // in case an object implements more than one.
    if (newc == Object.class) {
        Class[] interfaces = c.getInterfaces();
        for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {
            String method = interfaces[i].getName();
            method = "visit" + method.substring(method.lastIndexOf(&#39;.&#39;) + 1);
            try {
                m = getClass().getMethod(method, new Class[] {interfaces[i]});
            } catch (NoSuchMethodException e) {}
        }
    }
    if (m == null) {
        try {
            m = thisclass.getMethod("visitObject", new Class[] {Object.class});
        } catch (Exception e) {
            // Can&#39;t happen
        }
    }
    return m;
}

这看上去很复杂，实际上并不。大致来说，首先根据传入的class名称搜索可用方法；如果没找到，就尝试从父类搜索；如果还没找到，就从接口中尝试。最后，（仍没找到）可以使用visitObject()作为默认方法。

由于大家对传统的访问者模式比较熟悉，这里沿用了之前方法命名的惯例。但是，有些人可能注意到，把所有的方法都命名为“visit”并通过参数类型不同来区分，这样更高效。然而，如果你这么做，你必须把visit(Object o)方法的名称改为其他，比如dispatch(Object o)。否则，（当没有对应处理方法时），你无法退回到默认的处理方法，并且当你调用visit(Object o)方法时，为了确保正确的方法调用，你必须将参数强制转化为Object。

为了利用getMethod()方法，现在需要修改一下visit()方法。

public void visit(Object object) {
    try {
        Method method = getMethod(getClass(), object.getClass());
        method.invoke(this, new Object[] {object});
    } catch (Exception e) { }
}

现在，visitor类更加强大了——可以传入任意的对象并且有对应的处理方法。另外，有一个默认处理方法，visitObject(Object o)，的好处就是就可以捕捉到任何没有明确说明的类型。再稍微修改下，你甚至可以添加一个visitNull()方法。

我仍保留Visitable接口是有原因的。传统访问者模式的另一个好处是它可以通过Visitable对象控制对象结构的遍历顺序。举例来说，假如有一个实现了Visitable接口的类TreeNode，它在accept()方法中遍历自己的左右节点。

public void accept(Visitor visitor) {
    visitor.visitTreeNode(this);
    visitor.visitTreeNode(leftsubtree);
    visitor.visitTreeNode(rightsubtree);
}

这样，只要修改下Visitor类，就可以通过Visitable类控制遍历：

public void visit(Object object) throws Exception
{
    Method method = getMethod(getClass(), object.getClass());
    method.invoke(this, new Object[] {object});
    if (object instanceof Visitable)
    {
        callAccept((Visitable) object);
    }
}
public void callAccept(Visitable visitable) {
    visitable.accept(this);
}

如果你实现了Visitable对象的结构，你可以保持callAccept()不变，就可以使用Visitable控制的对象遍历。如果你想在visitor中遍历对象结构，你只需重写allAccept()方法，让它什么都不做。

当使用几个不同的visitor去操作同一个对象集合时，访问者模式的力量就会展现出来。比如，当前有一个解释器、中序遍历器、后续遍历器、XML编写器以及SQL编写器，它们可以处理同一个对象集合。我可以轻松地为这个集合再写一个先序遍历器或者一个SOAP编写器。另外，它们可以很好地兼容它们不识别的类型，或者我愿意的话可以让它们抛出异常。