假设我们从网站上爬取了很多资源文件，它们的格式有三种：PDF、PPT、Word。我们现在要开发一个工具来处理这批资源文件。这个工具的其中一个功能是，把这些资源文件中的文本内容抽取出来放到 txt 文件中。如果让你来实现，你会怎么来做呢？
实现这个功能并不难，不同的人有不同的写法，我将其中一种代码实现方式贴在这里。其中，ResourceFile 是一个抽象类，包含一个抽象函数 extract2txt()。
PdfFile、PPTFile、WordFile 都继承 ResourceFile 类，并且重写了 extract2txt() 函数。在 ToolApplication 中，我们可以利用多态特性，根据对象的实际类型，来决定执行哪个方法。
public abstract class ResourceFile {
protected String filePath;
public ResourceFile(String filePath) {
this.filePath = filePath;
}
public abstract void extract2txt();
}
public class PPTFile extends ResourceFile {
public PPTFile(String filePath) {
super(filePath);
}
@Override
public void extract2txt() {
//...省略一大坨从PPT中抽取文本的代码...
//...将抽取出来的文本保存在跟filePath同名的.txt文件中...
System.out.println("Extract PPT.");
}
}
public class PdfFile extends ResourceFile {
public PdfFile(String filePath) {
super(filePath);
}
@Override
public void extract2txt() {
//...
System.out.println("Extract PDF.");
}
}
public class WordFile extends ResourceFile {
public WordFile(String filePath) {
super(filePath);
}
@Override
public void extract2txt() {
//...
System.out.println("Extract WORD.");
}
}
// 运行结果是：
// Extract PDF.
// Extract WORD.
// Extract PPT.
public class ToolApplication {
public static void main(String[] args) {
List<ResourceFile> resourceFiles = listAllResourceFiles(args[0]);
for (ResourceFile resourceFile : resourceFiles) {
resourceFile.extract2txt();
}
}
private static List<ResourceFile> listAllResourceFiles(String resourceDirectory) {
List<ResourceFile> resourceFiles = new ArrayList<>();
//...根据后缀(pdf/ppt/word)由工厂方法创建不同的类对象(PdfFile/PPTFile/WordFile)
resourceFiles.add(new PdfFile("a.pdf"));
resourceFiles.add(new WordFile("b.word"));
resourceFiles.add(new PPTFile("c.ppt"));
return resourceFiles;
}
}
如果工具的功能不停地扩展，不仅要能抽取文本内容，还要支持压缩、提取文件元信息（文件名、大小、更新时间等等）构建索引等一系列的功能，那如果我们继续按照上面的实现思路，就会存在这样几个问题：
- 违背开闭原则，添加一个新的功能，所有类的代码都要修改；
- 虽然功能增多，每个类的代码都不断膨胀，可读性和可维护性都变差了；
- 把所有比较上层的业务逻辑都耦合到 PdfFile、PPTFile、WordFile 类中，导致这些类的职责不够单一，变成了大杂烩。
针对上面的问题，我们常用的解决方法就是拆分解耦，把业务操作跟具体的数据结构解耦，设计成独立的类。
这里我们按照访问者模式的演进思路来对上面的代码进行重构。重构之后的代码如下所示。
public abstract class ResourceFile {
protected String filePath;
public ResourceFile(String filePath) {
this.filePath = filePath;
}
}
public class PdfFile extends ResourceFile {
public PdfFile(String filePath) {
super(filePath);
}
//...
}
//...PPTFile、WordFile代码省略...
public class Extractor {
public void extract2txt(PPTFile pptFile) {
//...
System.out.println("Extract PPT.");
}
public void extract2txt(PdfFile pdfFile) {
//...
System.out.println("Extract PDF.");
}
public void extract2txt(WordFile wordFile) {
//...
System.out.println("Extract WORD.");
}
}
public class ToolApplication {
public static void main(String[] args) {
Extractor extractor = new Extractor();
List<ResourceFile> resourceFiles = listAllResourceFiles(args[0]);
for (ResourceFile resourceFile : resourceFiles) {
extractor.extract2txt(resourceFile); // 第37行
}
}
private static List<ResourceFile> listAllResourceFiles(String resourceDirectory) {
List<ResourceFile> resourceFiles = new ArrayList<>();
//...根据后缀(pdf/ppt/word)由工厂方法创建不同的类对象(PdfFile/PPTFile/WordFile)
resourceFiles.add(new PdfFile("a.pdf"));
resourceFiles.add(new WordFile("b.word"));
resourceFiles.add(new PPTFile("c.ppt"));
return resourceFiles;
}
}
这其中最关键的一点设计是，我们把抽取文本内容的操作，设计成了三个重载函数。
函数重载是 Java、C++ 这类面向对象编程语言中常见的语法机制。所谓重载函数是指，在同一类中函数名相同、参数不同的一组函数。
不过，如果你足够细心，就会发现，上面的代码是编译通过不了的，第 37 行会报错。这是为什么呢？
我们知道，多态是一种动态绑定，可以在运行时获取对象的实际类型，来运行实际类型对应的方法。而函数重载是一种静态绑定，在编译时并不能获取对象的实际类型，而是根据声明类型执行声明类型对应的方法。
在上面代码的第 35～38 行中，resourceFiles 包含的对象的声明类型都是 ResourceFile，而我们并没有在 Extractor 类中定义参数类型是 ResourceFile 的 extract2txt() 重载函数，所以在编译阶段就通过不了，更别说在运行时根据对象的实际类型执行不同的重载函数了。那如何解决这个问题呢？
解决的办法稍微有点难理解，我们先来看代码，然后我再来给你慢慢解释。
public abstract class ResourceFile {
protected String filePath;
public ResourceFile(String filePath) {
this.filePath = filePath;
}
abstract public void accept(Extractor extractor);
}
public class PdfFile extends ResourceFile {
public PdfFile(String filePath) {
super(filePath);
}
@Override
public void accept(Extractor extractor) {
extractor.extract2txt(this); // 第16行
}
//...
}
//...PPTFile、WordFile跟PdfFile类似，这里就省略了...
//...Extractor代码不变...
public class ToolApplication {
public static void main(String[] args) {
Extractor extractor = new Extractor();
List<ResourceFile> resourceFiles = listAllResourceFiles(args[0]);
for (ResourceFile resourceFile : resourceFiles) {
resourceFile.accept(extractor); // 第30行
}
}
private static List<ResourceFile> listAllResourceFiles(String resourceDirectory) {
List<ResourceFile> resourceFiles = new ArrayList<>();
//...根据后缀(pdf/ppt/word)由工厂方法创建不同的类对象(PdfFile/PPTFile/WordFile)
resourceFiles.add(new PdfFile("a.pdf"));
resourceFiles.add(new WordFile("b.word"));
resourceFiles.add(new PPTFile("c.ppt"));
return resourceFiles;
}
}
在执行第 30 行的时候，根据多态特性，程序会调用实际类型的 accept 函数，比如 PdfFile 的 accept 函数，也就是第 16 行代码。而 16 行代码中的 this 类型是 PdfFile 的，在编译的时候就确定了，所以会调用 extractor 的 extract2txt(PdfFile pdfFile) 这个重载函数。
这个实现思路是不是很有技巧？这是理解访问者模式的关键所在，也是我之前所说的访问者模式不好理解的原因。
现在，如果要继续添加新的功能，比如前面提到的压缩功能，根据不同的文件类型，使用不同的压缩算法来压缩资源文件，那我们该如何实现呢？我们需要实现一个类似 Extractor 类的新类 Compressor 类，在其中定义三个重载函数，实现对不同类型资源文件的压缩。
除此之外，我们还要在每个资源文件类中定义新的 accept 重载函数。具体的代码如下所示：
public abstract class ResourceFile {
protected String filePath;
public ResourceFile(String filePath) {
this.filePath = filePath;
}
abstract public void accept(Extractor extractor);
abstract public void accept(Compressor compressor);
}
public class PdfFile extends ResourceFile {
public PdfFile(String filePath) {
super(filePath);
}
@Override
public void accept(Extractor extractor) {
extractor.extract2txt(this);
}
@Override
public void accept(Compressor compressor) {
compressor.compress(this);
}
//...
}
}
//...PPTFile、WordFile跟PdfFile类似，这里就省略了...
//...Extractor代码不变
public class ToolApplication {
public static void main(String[] args) {
Extractor extractor = new Extractor();
List<ResourceFile> resourceFiles = listAllResourceFiles(args[0]);
for (ResourceFile resourceFile : resourceFiles) {
resourceFile.accept(extractor);
}
Compressor compressor = new Compressor();
for(ResourceFile resourceFile : resourceFiles) {
resourceFile.accept(compressor);
}
}
private static List<ResourceFile> listAllResourceFiles(String resourceDirectory) {
List<ResourceFile> resourceFiles = new ArrayList<>();
//...根据后缀(pdf/ppt/word)由工厂方法创建不同的类对象(PdfFile/PPTFile/WordFile)
resourceFiles.add(new PdfFile("a.pdf"));
resourceFiles.add(new WordFile("b.word"));
resourceFiles.add(new PPTFile("c.ppt"));
return resourceFiles;
}
}
上面代码还存在一些问题，添加一个新的业务，还是需要修改每个资源文件类，违反了开闭原则。
针对这个问题，我们抽象出来一个 Visitor 接口，包含是三个命名非常通用的 visit() 重载函数，分别处理三种不同类型的资源文件。
具体做什么业务处理，由实现这个 Visitor 接口的具体的类来决定，比如 Extractor 负责抽取文本内容，Compressor 负责压缩。当我们新添加一个业务功能的时候，资源文件类不需要做任何修改，只需要修改 ToolApplication 的代码就可以了。
按照这个思路我们可以对代码进行重构，重构之后的代码如下所示：
public abstract class ResourceFile {
protected String filePath;
public ResourceFile(String filePath) {
this.filePath = filePath;
}
abstract public void accept(Visitor vistor);
}
public class PdfFile extends ResourceFile {
public PdfFile(String filePath) {
super(filePath);
}
@Override
public void accept(Visitor visitor) {
visitor.visit(this);
}
//...
}
//...PPTFile、WordFile跟PdfFile类似，这里就省略了...
public interface Visitor {
void visit(PdfFile pdfFile);
void visit(PPTFile pdfFile);
void visit(WordFile pdfFile);
}
public class Extractor implements Visitor {
@Override
public void visit(PPTFile pptFile) {
//...
System.out.println("Extract PPT.");
}
@Override
public void visit(PdfFile pdfFile) {
//...
System.out.println("Extract PDF.");
}
@Override
public void visit(WordFile wordFile) {
//...
System.out.println("Extract WORD.");
}
}
public class Compressor implements Visitor {
@Override
public void visit(PPTFile pptFile) {
//...
System.out.println("Compress PPT.");
}
@Override
public void visit(PdfFile pdfFile) {
//...
System.out.println("Compress PDF.");
}
@Override
public void visit(WordFile wordFile) {
//...
System.out.println("Compress WORD.");
}
}
public class ToolApplication {
public static void main(String[] args) {
Extractor extractor = new Extractor();
List<ResourceFile> resourceFiles = listAllResourceFiles(args[0]);
for (ResourceFile resourceFile : resourceFiles) {
resourceFile.accept(extractor);
}
Compressor compressor = new Compressor();
for(ResourceFile resourceFile : resourceFiles) {
resourceFile.accept(compressor);
}
}
private static List<ResourceFile> listAllResourceFiles(String resourceDirectory) {
List<ResourceFile> resourceFiles = new ArrayList<>();
//...根据后缀(pdf/ppt/word)由工厂方法创建不同的类对象(PdfFile/PPTFile/WordFile)
resourceFiles.add(new PdfFile("a.pdf"));
resourceFiles.add(new WordFile("b.word"));
resourceFiles.add(new PPTFile("c.ppt"));
return resourceFiles;
}
}
重新来看访问者模式
刚刚我带你一步一步还原了访问者模式诞生的思维过程，现在，我们回过头来总结一下，这个模式的原理和代码实现。
访问者模式的英文翻译是 Visitor Design Pattern。在 GoF 的《设计模式》一书中，它是这么定义的：
Allows for one or more operation to be applied to a set of objects at runtime, decoupling the operations from the object structure.
翻译成中文就是：允许一个或者多个操作应用到一组对象上，解耦操作和对象本身。
定义比较简单，结合前面的例子不难理解，我就不过多解释了。
对于访问者模式的代码实现，实际上，在上面例子中，经过层层重构之后的最终代码，就是标准的访问者模式的实现代码。
这里，我又总结了一张类图，贴在了下面，你可以对照着前面的例子代码一块儿来看一下。
访问者模式的应用场景。
一般来说，访问者模式针对的是一组类型不同的对象（PdfFile、PPTFile、WordFile）。不过，尽管这组对象的类型是不同的，但是，它们继承相同的父类（ResourceFile）或者实现相同的接口。在不同的应用场景下，我们需要对这组对象进行一系列不相关的业务操作（抽取文本、压缩等），但为了避免不断添加功能导致类（PdfFile、PPTFile、WordFile）不断膨胀，职责越来越不单一，以及避免频繁地添加功能导致的频繁代码修改，我们使用访问者模式，将对象与操作解耦，将这些业务操作抽离出来，定义在独立细分的访问者类（Extractor、Compressor）中。
总结
- 访问者模式允许一个或者多个操作应用到一组对象上，设计意图是解耦操作和对象本身，保持类职责单一、满足开闭原则以及应对代码的复杂性。
- 调用类的哪个重载函数，是在编译期间，由参数的声明类型决定的，而非运行时，根据参数的实际类型决定的。
为什么支持双分派的语言不需要访问者模式？
学习并不只是让你掌握知识，更重要的是锻炼你分析、解决问题的能力，锻炼你的逻辑思维能力，所以，今天我们继续把访问者模式作为引子，一块讨论一下这样两个问题，希望能激发你的深度思考：
- 为什么支持双分派的语言不需要访问者模式呢？
- 除了访问者模式，上一节课中的例子还有其他实现方案吗？
为什么支持双分派的语言不需要访问者模式？
讲到访问者模式，大部分书籍或者资料都会讲到 Double Dispatch，中文翻译为双分派。
虽然学习访问者模式，并不用非得理解这个概念，我们前面的讲解就没有提到它，但是，为了让你在查看其它书籍或者资料的时候，不会卡在这个概念上，我觉得有必要在这里讲一下。
学习 Double Dispatch 还能加深你对访问者模式的理解，而且能一并帮你搞清楚今天文章标题中的这个问题：为什么支持双分派的语言就不需要访问者模式？这个问题在面试中可是会被问到的哦！
既然有 Double Dispatch，对应的就有 Single Dispatch。
所谓 Single Dispatch，指的是执行哪个对象的方法，根据对象的运行时类型来决定；执行对象的哪个方法，根据方法参数的编译时类型来决定。
所谓 Double Dispatch，指的是执行哪个对象的方法，根据对象的运行时类型来决定；执行对象的哪个方法，根据方法参数的运行时类型来决定。
如何理解“Dispatch”这个单词呢？ 在面向对象编程语言中，我们可以把方法调用理解为一种消息传递，也就是“Dispatch”。一个对象调用另一个对象的方法，就相当于给它发送一条消息。这条消息起码要包含对象名、方法名、方法参数。
如何理解“Single”“Double”这两个单词呢？“Single”“Double”指的是执行哪个对象的哪个方法，跟几个因素的运行时类型有关。我们进一步解释一下。
Single Dispatch 之所以称为“Single”，是因为执行哪个对象的哪个方法，只跟“对象”的运行时类型有关。Double Dispatch 之所以称为“Double”，是因为执行哪个对象的哪个方法，跟“对象”和“方法参数”两者的运行时类型有关。
具体到编程语言的语法机制，Single Dispatch 和 Double Dispatch 跟多态和函数重载直接相关。
当前主流的面向对象编程语言（比如，Java、C++、C#）都只支持 Single Dispatch，不支持 Double Dispatch。
接下来，我们拿 Java 语言来举例说明一下。
Java 支持多态特性，代码可以在运行时获得对象的实际类型（也就是前面提到的运行时类型），然后根据实际类型决定调用哪个方法。
尽管 Java 支持函数重载，但 Java 设计的函数重载的语法规则是，并不是在运行时，根据传递进函数的参数的实际类型，来决定调用哪个重载函数，而是在编译时，根据传递进函数的参数的声明类型（也就是前面提到的编译时类型），来决定调用哪个重载函数。
也就是说，具体执行哪个对象的哪个方法，只跟对象的运行时类型有关，跟参数的运行时类型无关。所以，Java 语言只支持 Single Dispatch。
这么说比较抽象，我举个例子来具体说明一下，代码如下所示：
public class ParentClass {
public void f() {
System.out.println("I am ParentClass's f().");
}
}
public class ChildClass extends ParentClass {
public void f() {
System.out.println("I am ChildClass's f().");
}
}
public class SingleDispatchClass {
public void polymorphismFunction(ParentClass p) {
p.f();
}
public void overloadFunction(ParentClass p) {
System.out.println("I am overloadFunction(ParentClass p).");
}
public void overloadFunction(ChildClass c) {
System.out.println("I am overloadFunction(ChildClass c).");
}
}
public class DemoMain {
public static void main(String[] args) {
SingleDispatchClass demo = new SingleDispatchClass();
ParentClass p = new ChildClass();
demo.polymorphismFunction(p);//执行哪个对象的方法，由对象的实际类型决定 第31行
demo.overloadFunction(p);//执行对象的哪个方法，由参数对象的声明类型决定
}
}
//代码执行结果:
I am ChildClass's f().
I am overloadFunction(ParentClass p).
在上面的代码中，第 31 行代码的 polymorphismFunction() 函数，执行 p 的实际类型的 f() 函数，也就是 ChildClass 的 f() 函数。第 32 行代码的 overloadFunction() 函数，匹配的是重载函数中的 overloadFunction(ParentClass p)，也就是根据 p 的声明类型来决定匹配哪个重载函数。
假设 Java 语言支持 Double Dispatch，那下面的代码（摘抄自上节课中第二段代码，建议结合上节课的讲解一块理解）中的第 37 行就不会报错。代码会在运行时，根据参数（resourceFile）的实际类型（PdfFile、PPTFile、WordFile），来决定使用 extract2txt 的三个重载函数中的哪一个。那下面的代码实现就能正常运行了，也就不需要访问者模式了。这也回答了为什么支持 Double Dispatch 的语言不需要访问者模式。
public abstract class ResourceFile {
protected String filePath;
public ResourceFile(String filePath) {
this.filePath = filePath;
}
}
public class PdfFile extends ResourceFile {
public PdfFile(String filePath) {
super(filePath);
}
//...
}
//...PPTFile、WordFile代码省略...
public class Extractor {
public void extract2txt(PPTFile pptFile) {
//...
System.out.println("Extract PPT.");
}
public void extract2txt(PdfFile pdfFile) {
//...
System.out.println("Extract PDF.");
}
public void extract2txt(WordFile wordFile) {
//...
System.out.println("Extract WORD.");
}
}
public class ToolApplication {
public static void main(String[] args) {
Extractor extractor = new Extractor();
List<ResourceFile> resourceFiles = listAllResourceFiles(args[0]);
for (ResourceFile resourceFile : resourceFiles) {
extractor.extract2txt(resourceFile);
}
}
private static List<ResourceFile> listAllResourceFiles(String resourceDirectory) {
List<ResourceFile> resourceFiles = new ArrayList<>();
//...根据后缀(pdf/ppt/word)由工厂方法创建不同的类对象(PdfFile/PPTFile/WordFile)
resourceFiles.add(new PdfFile("a.pdf"));
resourceFiles.add(new WordFile("b.word"));
resourceFiles.add(new PPTFile("c.ppt"));
return resourceFiles;
}
}
除了访问者模式，上一节的例子还有其他实现方案吗？
为了讲解访问者模式，上节课我们选择了用访问者模式来实现。实际上，我们还有其他的实现方法，比如，我们还可以利用工厂模式来实现，定义一个包含 extract2txt() 接口函数的 Extractor 接口。PdfExtractor、PPTExtractor、WordExtractor 类实现 Extractor 接口，并且在各自的 extract2txt() 函数中，分别实现 Pdf、PPT、Word 格式文件的文本内容抽取。ExtractorFactory 工厂类根据不同的文件类型，返回不同的 Extractor。
这个实现思路其实更加简单，我们直接看代码。
public abstract class ResourceFile {
protected String filePath;
public ResourceFile(String filePath) {
this.filePath = filePath;
}
public abstract ResourceFileType getType();
}
public class PdfFile extends ResourceFile {
public PdfFile(String filePath) {
super(filePath);
}
@Override
public ResourceFileType getType() {
return ResourceFileType.PDF;
}
//...
}
//...PPTFile/WordFile跟PdfFile代码结构类似，此处省略...
public interface Extractor {
void extract2txt(ResourceFile resourceFile);
}
public class PdfExtractor implements Extractor {
@Override
public void extract2txt(ResourceFile resourceFile) {
//...
}
}
//...PPTExtractor/WordExtractor跟PdfExtractor代码结构类似，此处省略...
public class ExtractorFactory {
private static final Map<ResourceFileType, Extractor> extractors = new HashMap<>();
static {
extractors.put(ResourceFileType.PDF, new PdfExtractor());
extractors.put(ResourceFileType.PPT, new PPTExtractor());
extractors.put(ResourceFileType.WORD, new WordExtractor());
}
public static Extractor getExtractor(ResourceFileType type) {
return extractors.get(type);
}
}
public class ToolApplication {
public static void main(String[] args) {
List<ResourceFile> resourceFiles = listAllResourceFiles(args[0]);
for (ResourceFile resourceFile : resourceFiles) {
Extractor extractor = ExtractorFactory.getExtractor(resourceFile.getType());
extractor.extract2txt(resourceFile);
}
}
private static List<ResourceFile> listAllResourceFiles(String resourceDirectory) {
List<ResourceFile> resourceFiles = new ArrayList<>();
//...根据后缀(pdf/ppt/word)由工厂方法创建不同的类对象(PdfFile/PPTFile/WordFile)
resourceFiles.add(new PdfFile("a.pdf"));
resourceFiles.add(new WordFile("b.word"));
resourceFiles.add(new PPTFile("c.ppt"));
return resourceFiles;
}
}
当需要添加新的功能的时候，比如压缩资源文件，类似抽取文本内容功能的代码实现，我们只需要添加一个 Compressor 接口，PdfCompressor、PPTCompressor、WordCompressor 三个实现类，以及创建它们的 CompressorFactory 工厂类即可。唯一需要修改的只有最上层的 ToolApplication 类。基本上符合“对扩展开放、对修改关闭”的设计原则。
对于资源文件处理工具这个例子，如果工具提供的功能并不是非常多，只有几个而已，那我更推荐使用工厂模式的实现方式，毕竟代码更加清晰、易懂。相反，如果工具提供非常多的功能，比如有十几个，那我更推荐使用访问者模式，因为访问者模式需要定义的类要比工厂模式的实现方式少很多，类太多也会影响到代码的可维护性。
