• 中介者模式 调停者 Mediator 行为型 设计模式(二十一)


     
    中介者模式(Mediator)
     
    调度、调停
     
    image_5c171b2a_4f0c

    意图

    用一个中介对象(中介者)来封装一系列的对象交互,中介者使各对象不需要显式地相互引用,从而使其耦合松散
    而且可以独立地改变它们之间的交互。
    中介者模式又称为调停者模式。
     
    面向对象的程序设计中,我们通常将功能进行分解,按照职责以类为维度进行划分,也就是使用时功能最终将分布在多个对象中
    并且我们会尽可能的保持对象功能的单一(单一职责原则)
    相对于对象的单一职责来说,任何的系统或者模块的功能却并不会单一,往往都是有多个对象交互协作来实现所有的功能
    对象之间不可避免的需要建立连接
    换句话说
    系统(或者某模块)必然是复杂的(没有什么系统可以几个对象就轻松搞定,那样或许也不能称之为系统了吧)
    功能必然会分布在多个对象中
    多个对象协作必然需要联系必然导致耦合的产生
    image_5c171b2a_724a
    如上图所示,虽然系统对外呈现是一个统一的整体,但是,内部各个模块之间很可能是紧密的耦合 
    各个模块相互联系,可能互相持有引用,会出现网状结构,完全不符合迪米特法则
    如果对系统进行改动,将会变得困难

    我们以装修为例
    一般装修公司都会给每一个项目配备一个项目经理(这个项目也就是你家这个单子了,项目经理就是包工头)
    装修的一般阶段分为:前期设计→拆改→水电→瓦工→木工→油漆→安装→保洁→软装
     
    项目经理手上经常同时有几个工地在同步进行,只要错的开就好了
    因为每个阶段都是有先后顺序的,你不可能先木工,然后再去拆改;
    因为每个阶段也都需要一定时间,也意味着这一拨人不可能同时在你家工作
     
    开工后项目经理会进行工作安排
    水电工结束了A之后,项目经理会安排他到B,然后安排瓦工到A,然后........
    所有的顺序都是由项目经理负责调度,水电工可以完全不认识瓦工,他们也完全不需要进行联系
    有事儿找项目经理
     
    如果没有项目经理,会是什么场景?
    那就是人人都是项目经理,人人都需要管自己,还需要管别人
    也就是每个人安排分配自己的时间与任务
    水电工结束后需要联系瓦工进场,如果瓦工发现有遗留问题,需要联系水电工进行沟通
    木工需要联系瓦工确认进展情况,油漆工又需要确认木工状况...
    你会发现他们必须要经常保持联系,以获得进展情况,进而安排自己的工作
     
    一个包工队尚且如此,如果是一个大的装修公司,怎么办?
    而且装修而言,阶段之间还会有顺序,油漆工用不到联系水电工
    但是在系统中,对象岂会仅仅与一个对象联系?
    那岂不是更复杂、乱套?

     
    中介者模式就是为了解决系统内部的调度问题,降低系统内部各模块之间的耦合度。
    装修公司的项目经理、小组组长、班长,团队leader等其实这都是中介者模式的体现。
     
    有很多书中以“房屋中介”作为中介者模式的一种场景
    个人认为对于某一个房东或者租客而言,“房屋中介”的含义是为你服务的中介人员,此时的含义更接近代理模式
    而从广义上看,有很多租客、买家,也存在很多房东,“房屋中介”将他们联系在一起,此时的“房租中介”应该是中介公司,这时才更符合中介者模式的含义
    中介者模式的重点在于“调度、协调”,含义更接近“指挥中心”被指挥的是该系统内部的成员
     
    如果在一个系统中对象之间存在多对多的相互关系
    我们可以将对象之间的一些交互行为从各个对象中分离出来,并集中封装在一个中介者对象中,并由该中介者进行统一协调
    image_5c171b2a_66af
    如上图所示,对象之间多对多的复杂关系就转化为相对简单的一对多关系
    简化了对象之间的复杂交互
    显然,中介者模式是迪米特法则(不要和陌生人说话)的典型。  

    结构  

    image_5c171b2a_260e
    同事角色Colleague
    系统中所有组成部件的抽象角色
    具体的同事角色ConcreteColleague
    系统的每一个具体的组成部分,就像公司的每个同事
    提供自身职责功能的方法接口,供中介者调用
    定义中介者到同事对象的接口,也就是提供接口给中介者调用
    中介者(项目经理)根据你的技能分配任务,也就是调用你的方法
    中介者角色Mediator
    定义了同事Colleague对象到中介者的接口,也就是所有同事通信的接口(同事间的通信借助于中介者提供的这个方法)
    也就是提供一个方法给同事们调用,用来请求其他同事协助协助,这个方法是中介者提供的
    这个方法典型的示例就是事件处理方法
    具体的中介者ConcreteMediator
    具体的中介者,实现Mediator定义的接口,协调各同事进行协作
      
    所有的成员之间,可以相互协调工作,但是却又不直接相互管理
    这些对象都与项目经理“中介者”进行紧密联系
    由项目经理进行工作协调,每个组成部分就如同我们项目组中的一个成员,也就是同事一样,这也是上文中Colleague 角色的由来
    如何相互协调工作但是却又不直接相互管理?比如
    class A{
    void f(){
    //do sth
    B b = new B();
    b.g();
    }
    上面伪代码中
    类A有一个方法f ,做了一些事情之后,创建了一个B的对象b,然后调用b的方法g,做了一些处理
    这就是A与B的协作,A也同时具有管理B的职责
    如果转换为下面的形式,就是中介者模式
    A和B的协作不在具有对象管理关系,而是项目经理Mediator统一进行管理 
    class Mediator{
    A a = new A();
    B b = new B();
    void cooperation(){
    a.f();
    b.g();
    }
    }

    代码示例

    使用《设计模式 可复用面向对象软件的基础》中的例子为原型
    考虑一个图形用户界面中对话框的实现。
    对话框使用一个窗口来展现一系列的窗口组件,比如按钮菜单输入域等
    比如下图,IDEA的字体设置窗口,当进行Font字体设置时
    • 预览区域内的字体将会发生变化
    • 右下角的Apply 应用按钮将成为可点击状态
    image_5c171b2b_350a
     
    一种可能的解决方法
    package mediator.simple;
     
    /**
    * 设置字体类,提供字体设置方法.
    * 并且创建展示Display对象,调用reDisplay方法重新展示
    * 并且创建按钮Button对象,调用applyButton方法使能应用按钮
    */
    public class Font {
     
        public void setFont() {
        System.out.println("设置字体...");
        Display display = new Display();
        display.reDisplay();
        Button button = new Button();
        button.applyButton();
        }
    }
    package mediator.simple;
    
    public class Display {
        public void reDisplay() {
            System.out.println("字体重新展示...");
        }
    }
    package mediator.simple;
     
    public class Button {
        public void applyButton() {
            System.out.println("应用按钮可用...");
        }
    }
    package mediator.simple;
    public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            Font font = new Font();
        font.setFont();
        }
    } 
    image_5c171b2b_398c
    上面的示例很简单
    为了实现“点击设置字体,选择字体后预览框字体的改变以及使能应用按钮的功能”
    也就是联动的功能
    设置字体后,分别创建展示和按钮对象,调用对象的方法
    很显然,字体不仅操心自己的事情,还管理着展示Display和按钮Button
     
    而且,如果直接点击取消会发生什么?一切将会还原,又伴随着一系列的调用
    难道仍旧需要:“不仅操心自己的事情,还要负责管理别人么”?
    就像没有项目经理的包工队一样了,既操心自己又要管理别人
    成了我们上面所说的网状结构,内部各个同事之间的耦合度极高

    重构中介者模式

    重构的业务逻辑:
    • 通过引入mediator中介者,作为同事之间协作的中间人,提供operation()方法,用于同事间请求协助、事件处理
    • 每个同事类都知道这个中介,所以在抽象角色Colleague中设置了Mediator属性,构造方法注入,并且提供notifyEvent方法,封装了mediator的operation()方法
    • 当具体的同事ConcreteColleague,执行操作后,需要其他同事协作时,直接调用notifyEvent()方法
    • 每个具体的同事提供自身的职责接口
    简单地说就是,提供中介者“项目经理”mediator,提供事件处理方法
    所有的同事都只知道“项目经理”,如果有事需要其他同事办,就叫“项目经理”。
     
     
    Mediator抽象中介者角色定义了operation方法
    各个Colleague对象通过此方法进行通信,接受参数类型为Colleague的对象 
    package mediator;
    public abstract class Mediator {
    abstract void operation(Colleague event);
    }
    Colleague抽象同事角色拥有Mediator,通过构造方法注入
    提供了notifyEvent方法,调用中介者的operation方法,并且将自身作为参数
    package mediator;
    public abstract class Colleague {
    private Mediator mediator;
        Colleague(Mediator mediator) {
            this.mediator = mediator;
        }
        public void notifyEvent() {
            mediator.operation(this);
        }
    }
    package mediator;
    public class Button extends Colleague {
        Button(Mediator mediator){
            super(mediator);
        }
         
        public void applyButton() {
            System.out.println("应用按钮可用...");
        }
    }
    package mediator;
     
    public class Display extends Colleague {
        Display(Mediator mediator) {
            super(mediator);
        }
        public void reDisplay() {
            System.out.println("字体重新展示...");
        }
    }

     

    package mediator;
     
    public class Font extends Colleague {
    private String fontName;
     
        public String getFontName() {
            return fontName;
        }
         
        Font(Mediator mediator) {
            super(mediator);
        }
         
        public void changeFont() {
            System.out.println("设置字体......");
            fontName = "微软雅黑";
            notifyEvent();
        }
    }
    ConcreteMediator实现了Mediator定义的接口
    并且内部维护三个对象
    如果事件类型是Font,那么调用设置字体的事件
    package mediator;
    public class ConcreteMediator extends Mediator {
        private Button button;
        private Display display;
        private Font font;
         
        ConcreteMediator() {
            button = new Button(this);
            display = new Display(this);
            font = new Font(this);
        }
         
        @Override
        void operation(Colleague event) {
            if (event instanceof Font) {
            setFontEvent(event);
        }
        }
         
        private void setFontEvent(Colleague event) {
            System.out.println(((Font) event).getFontName());
            button.applyButton();
            display.reDisplay();
        }
    }
    测试代码
    package mediator;
     
    public class Test {
        public static void main(String[] args){
            Mediator mediator = new ConcreteMediator();
            Font font = new Font(mediator);
            font.changeFont();
        }
    }
    image_5c171b2b_3c66
    上面的示例中,以设置字体为例,当字体变化时,请求“项目经理”安排其他同事协助
    “项目经理”operation(Colleague event)  发现是设置字体的事件后,调用对应的事件处理方法,也就是寻找其他同事进行协助
     
    中介者模式将每个场景中对象之间的协作进行封装  

    小结

    当你需要其他同事协助时,肯定不需要项目经理每次都创建具体的同事对象
    上面的示例中,在ConcreteMediator的构造方法中创建的各个具体同事的实例(可以理解为项目经理手下有你和你的一帮同事)
    你还可以提取出来工厂类用于管理同事类和中介者类
    比如通过一个工厂对象管理各个同事实例(如果可以还可以将各个同事都设置为单例 )
    并且中介者类作为这个工厂对象的内部类
     
    同事对象的传递可以达到信息的获取与回调
    通过给Font加了一个fontName属性,通过打印信息可以看得出来
    通过将当时发生事件的对象传递了过来,可以获得事件的更多信息,可以根据信息进一步的进行操作
    比如,此处的设置了字体,设置了什么字体?这一进一步的信息就通过参数携带进来
    而且,这种方式还可以通知到Font本身
    也就是可以在setFontEvent(Colleague event) 事件处理中,调用Font的方法进行结果返回,有回调的韵味
     
    良好的扩展性
    如果需要增加一个新的事件处理过程,比如点击取消按钮,还原字体设置,还原预览按钮
    只需要在Button新增加一个职责(方法),然后在ConcreteMediator中新增加一种类型的事件处理程序即可
     
    上面的示例中仅仅定义了几个简单的方法,实践中每个具体同事角色自然不会仅仅只有几个方法
    不管有多少方法,都可以通过中介者将他们的协作逻辑进行封装
    通过具体的中介者ConcreteMediator的处理方法进行安排
    中介者模式可以很好地应用于事件通知的处理

    中介者模式时序图

    image_5c171b2b_1ce5
    当某一个同事对象产生事件后,如果需要其他同事进行协助,他将调用中介者的方法
    中介者接到消息后,调用其他同事的方法(安排其他同时干活),然后最终还可以将消息进行返回

    与门面模式对比

    image_5c171b2b_31b0
    门面模式和中介者模式都是通过中间类降低系统的耦合度
    但是门面模式是为了子系统提供一个简单一致的接口,客户端透过门面类向子系统发送消息,可以认为消息的发送是单方向的
    客户端--->门面--->子系统方法,子系统提供功能给客户端
    门面是在外部客户端和内部子系统之间
    中介者模式中,则是主要复杂系统内部多个对象之间的相互协作
    中介者是各个内部对象同事之间  

    扩展

    任何模式都不是一成不变的,模式结构图只是一种相对比较合适准确的方案
    但是涉及到具体的业务中,一切都是可变的
    中介者模式也有多种灵活性
     
    如果只有一个中介者对象,显然抽象Mediator角色是可以隐藏的
    那么ConcreteMediator就兼顾了这个角色,提供通信接口给同事角色
     
    中介者模式的本质含义是负责协调系统内部的多个交互的对象,将同事进行解耦
    也就是说实现共同的接口并不是必须的
    而实际上,一个系统中协作的多个对象,很可能是不同的类型,如果去掉了抽象角色Colleague
    那么就可以将任意的有关联的对象组织在一起,通过中介者协同工作
     
    而且,也并不意味着一定要中介者持有同事角色,如果合适,直接创建中介者也并非不可以
    虽然上面提到你可以使用另外的工厂管理,那也只是一种常用用法而已。
     
    只需要记住中介者的本质在于“行为与协作的分离,中介者封装了对象间的协作

    总结

    中介者模式将对象的行为和协作进行分离,使对象更加专注于对象的行为,也就是自身的功能
    将协作分离出来封装到中介者内部
     
    迪米特法则,不要和陌生人讲话,只与你的朋友通信,中介者模式是迪米特法则的典型应用
    通过引入中介者对象,在同事之间的请求调用中,增加了“项目经理”,如果有事搞不定,需要协助,那么就找他 
    每个人只和项目经理对话,也就是仅仅和项目经理这个朋友聊天,其他的同事都不理了    ̄□ ̄||
     
    中介者将网状结构,转换为了星型结构
    将多对多的关系,转换为了一对多的关系
    所以中介者模式将系统中对象对其他对象的引用数目降到最低,简化了对象之间的交互
    image_5c171b2b_3f1e
    中介者模式将各个同事对象之间进行解耦,增加新的中介者或者同事都比较方便,符合开闭原则
    MVC模式,也是一种典型的中介者模式,控制器负责视图层和模型层的调度处理,是一个明显的中介者。
     
    中介者模式将同事进行解耦,但是各个Colleague类必须同中介者进行交互
    更准确的说,解耦后的关系植入到了中介者自身,如果原来的同事对象间的相互调用非常复杂
    那么,这个中介者也很可能非常的复杂难以维护
     
    换言之,同事间的复杂性与耦合性转移到了中介者内部
    中介者内部对于各个同事之间的协调代码不太可能复用,所以具体同事类的复用性也是以中介者的不可复用为代价的
     
    如果系统中的各个对象之间存在复杂的引用关系,希望能够通过中间类将他们进行解耦
    或者系统中对象间的引用混乱,交互太多,导致难以进行类的复用
    你就可以考虑中介者模式
    但是并不意味着任何涉及到多个类交互的地方都用中介者模式,如果原本并不复杂,使用中介者将会增加复杂度
    基本前提就是紧密耦合,比如出现了网状结构
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