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Java设计模式之java中介者模式详解

2024-04-02 19:04:59 670人浏览安东尼

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摘要

目录引言介绍角色数据库同步数据案例不使用中介者模式的数据同步方案，各数据源维护各自的同步作业其实这样已经实现了我们的需求，但是存在一些问题中介者模式来重构，将数据同步的功能迁移到中介

引言

一般来说，同事类之间的关系是比较复杂的，多个同事类之间互相关联时，他们之间的关系会呈现为复杂的网状结构，这是一种过度耦合的架构，即不利于类的复用，也不稳定。例如在下图中，有六个同事类对象，假如对象1发生变化，那么将会有4个对象受到影响。如果对象2发生变化，那么将会有5个对象受到影响。也就是说，同事类之间直接关联的设计是不好的。

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如果引入中介者模式，那么同事类之间的关系将变为星型结构，从图中可以看到，任何一个类的变动，只会影响的类本身，以及中介者，这样就减小了系统的耦合。一个好的设计，必定不会把所有的对象关系处理逻辑封装在本类中，而是使用一个专门的类来管理那些不属于自己的行为。

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介绍

中介者模式(Mediator Pattern)：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，它是一种对象行为型模式。

角色

Mediator（抽象中介者）：它定义一个接口，该接口用于与各同事对象之间进行通信。
ConcreteMediator（具体中介者）：它是抽象中介者的子类，通过协调各个同事对象来实现协作行为，它维持了对各个同事对象的引用。
Colleague（抽象同事类）：它定义各个同事类公有的方法，并声明了一些抽象方法来供子类实现，同时它维持了一个对抽象中介者类的引用，其子类可以通过该引用来与中介者通信。
ConcreteColleague（具体同事类）：它是抽象同事类的子类；每一个同事对象在需要和其他同事对象通信时，先与中介者通信，通过中介者来间接完成与其他同事类的通信；在具体同事类中实现了在抽象同事类中声明的抽象方法。

中介者模式的核心在于中介者类的引入，在中介者模式中，中介者类承担了两方面的职责：

中转作用（结构性）：通过中介者提供的中转作用，各个同事对象就不再需要显式引用其他同事，当需要和其他同事进行通信时，可通过中介者来实现间接调用。该中转作用属于中介者在结构上的支持。
协调作用（行为性）：中介者可以更进一步的对同事之间的关系进行封装，同事可以一致的和中介者进行交互，而不需要指明中介者需要具体怎么做，中介者根据封装在自身内部的协调逻辑，对同事的请求进行进一步处理，将同事成员之间的关系行为进行分离和封装。

开发中常见的场景

mvc模式(Controller 是中介者，根据 View 层的请求来操作 Model 层)
窗口游戏程序，窗口软件开发中窗口对象也是一个中介者对象
图形界面开发GUI中，多个组件之间的交互，可以通过引入一个中介者对象来解决，可以是整体的窗口对象或者DOM对象
Java.lang.reflect.Method#invoke()

数据库同步数据案例

我们来实现一个简化版的数据同步方案，有三种数据库 Mysql、Redis、elasticsearch，

其中的 mysql 作为主数据库，当增加一条数据时需要同步到另外两个数据库中；
Redis 作为缓存数据库，当增加一条数据时不需要同步到另外另个数据库；
而 Elasticsearch 作为大数据查询数据库，有一个统计功能，当增加一条数据时只需要同步到 Mysql，

所以它们之间的关系图如下所示。

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不使用中介者模式的数据同步方案，各数据源维护各自的同步作业

抽象数据库


public abstract class AbstractDatabase
{
    //存储数据
    protected LinkedList<String> datas=new LinkedList<>();
    //向自己的数据库中增加数据的方法
    public abstract void aDDData(String data);
    //同步数据的方法--默认空实现
    public void DataStore(String data){}
    //展示当前数据库所有数据
    public void display()
    {
        datas.forEach(x->System.out.println(x));
    }
}

具体数据库 Mysql，维护同步到 Redis和Elasticsearch 的同步作业


public class MySql extends AbstractDatabase
{
    @Setter
     private Elasticsearch elasticsearch;
    @Setter
    private Redis redis;
     //向自己的数据库增加数据
    @Override
    public void addData(String data)
    {
        System.out.println("====向Mysql数据库增加一条数据====");
        System.out.println("增加的数据为:"+data);
        System.out.println("=====================================");
        datas.add(data);
    }
     //重写父类数据同步的方法
    @Override
    public void DataStore(String data)
    {
        addData(data);
        elasticsearch.addData(data);
        redis.addData(data);
    }
}

Elasticsearch ，只需要同步到Mysql


public class Elasticsearch  extends AbstractDatabase
{
    @Setter
    private  MySql mySql;
    //给自己增加数据的方法
    @Override
    public void addData(String data)
    {
        System.out.println("====向Elasticsearch数据库增加一条数据====");
        System.out.println("增加的数据为:"+data);
        System.out.println("=====================================");
        datas.add(data);
    }
    //重写父类数据同步的方法
    @Override
    public void DataStore(String data) {
        addData(data);
        //数据同步
        mySql.addData(data);
    }
}

具体数据库 Redis，不需要同步到其它数据库


public class Redis extends AbstractDatabase
{
 //给自己增加数据的方法
    @Override
    public void addData(String data)
    {
        System.out.println("====向Redis数据库增加一条数据====");
        System.out.println("增加的数据为:"+data);
        System.out.println("=====================================");
        datas.add(data);
    }
}

客户端测试:


public class Client
{
    public static void main(String[] args) {
        Elasticsearch elasticsearch=new Elasticsearch();
        MySql mySql=new MySql();
        Redis redis=new Redis();
        elasticsearch.setMySql(mySql);
        mySql.setElasticsearch(elasticsearch);
        mySql.setRedis(redis);
        //增加数据
        mySql.DataStore("大忽悠");
        elasticsearch.DataStore("李窈");
        redis.addData("小朋友");
        System.out.println("mysql数据库中的数据如下：");
        mySql.display();
        System.out.println("elasticsearch数据库中的数据如下:");
        elasticsearch.display();
        System.out.println("redis数据库中数据如下:");
        redis.display();
    }
}

在这里插入图片描述

其实这样已经实现了我们的需求，但是存在一些问题

系统结构复杂且耦合度高。数据源需要维护目标端数据库的引用，以便完成数据同步
组件的可重用性差。由于每一个数据源和目标端之间具有很强的关联，若没有目标端的支持，这个组件很难被另一个系统或模块重用
系统的可扩展性差：如果需要增加、修改或删除其中一个数据库、将导致多个类的源代码需要修改，这违反了“开闭原则”，可扩展性和灵活性欠佳。

中介者模式来重构，将数据同步的功能迁移到中介者中，由中介者来管理数据同步作业

抽象中介者:


//抽象中介者
@Data
public abstract class AbstractMediator {
    protected MySql mySql;
    protected Elasticsearch elasticsearch;
    protected Redis redis;
    public abstract void sync(String databaseName, String data);
}

首先还是抽象数据库类（抽象同事类），维护了一个中介者


public abstract class AbstractDatabase
{
    public static final String MYSQL="mysql";
    public static final String Elasticsearch="elasticsearch";
    public static final String REDIS="redis";
    //保存一个中介者对象
    @Setter
    protected AbstractMediator Mediator;
    //存储数据
    protected LinkedList<String> datas=new LinkedList<>();
    //向自己的数据库中增加数据的方法
    public abstract void addData(String data);
    //同步数据的方法--默认空实现
    public void DataStore(String data){}
    //展示当前数据库所有数据
    public void display()
    {
        datas.forEach(x->System.out.println(x));
    }
}

Mysql 数据库（具体同事类）


public class MySql extends AbstractDatabase
{
     //向自己的数据库增加数据
    @Override
    public void addData(String data)
    {
        System.out.println("====向Mysql数据库增加一条数据====");
        System.out.println("增加的数据为:"+data);
        System.out.println("=====================================");
        datas.add(data);
    }
     //重写父类数据同步的方法
    @Override
    public void DataStore(String data)
    {
        addData(data);
       //将数据同步到redis和elasticsearch的工作由中介完成
        mediator.sync(AbstractDatabase.MYSQL,data);
    }
}

Redis 数据库（具体同事类）


public class Redis extends AbstractDatabase
{
 //给自己增加数据的方法
    @Override
    public void addData(String data)
    {
        System.out.println("====向Redis数据库增加一条数据====");
        System.out.println("增加的数据为:"+data);
        System.out.println("=====================================");
        datas.add(data);
    }
 //重新父类同步数据的方法
    @Override
    public void DataStore(String data) {
        addData(data);
        //同步数据的工作交给中介
        mediator.sync(AbstractDatabase.REDIS,data);
    }
}

Elasticsearch（具体同事类）


public class Elasticsearch  extends AbstractDatabase
{
    //给自己增加数据的方法
    @Override
    public void addData(String data)
    {
        System.out.println("====向Elasticsearch数据库增加一条数据====");
        System.out.println("增加的数据为:"+data);
        System.out.println("=====================================");
        datas.add(data);
    }
    //重写父类数据同步的方法
    @Override
    public void DataStore(String data) {
        addData(data);
        //数据同步
        mediator.sync(AbstractDatabase.Elasticsearch,data);
    }
}

具体中介者:


public class SyncMediator extends AbstractMediator {
    @Override
    public void sync(String databaseName, String data) {
        if (AbstractDatabase.MYSQL.equals(databaseName)) {
            // mysql 同步到 redis 和 Elasticsearch
            this.redis.addData(data);
            this.elasticsearch.addData(data);
        } else if (AbstractDatabase.REDIS.equals(databaseName)) {
            // redis 缓存同步，不需要同步到其他数据库
        } else if (AbstractDatabase.Elasticsearch.equals(databaseName)) {
            // Elasticsearch 同步到 Mysql
            this.mySql.addData(data);
        }
    }
}

测试客户端


public class Client
{
    public static void main(String[] args) {
        AbstractMediator mediator=new SyncMediator();

        Elasticsearch elasticsearch=new Elasticsearch();
        MySql mySql=new MySql();
        Redis redis=new Redis();

        elasticsearch.setMediator(mediator);
        mySql.setMediator(mediator);
        redis.setMediator(mediator);
        mediator.setMySql(mySql);
        mediator.setElasticsearch(elasticsearch);
        mediator.setRedis(redis);

        //增加数据
        mySql.DataStore("大忽悠");
        elasticsearch.DataStore("李窈");
        redis.DataStore("小朋友");
        System.out.println("mysql数据库中的数据如下：");
        mySql.display();
        System.out.println("elasticsearch数据库中的数据如下:");
        elasticsearch.display();
        System.out.println("redis数据库中数据如下:");
        redis.display();
    }
}

在这里插入图片描述

小结

主要优点

中介者模式简化了对象之间的交互，它用中介者和同事的一对多交互代替了原来同事之间的多对多交互，一对多关系更容易理解、维护和扩展，将原本难以理解的网状结构转换成相对简单的星型结构。
中介者模式可将各同事对象解耦。中介者有利于各同事之间的松耦合，我们可以独立的改变和复用每一个同事和中介者，增加新的中介者和新的同事类都比较方便，更好地符合 “开闭原则”。
可以减少子类生成，中介者将原本分布于多个对象间的行为集中在一起，改变这些行为只需生成新的中介者子类即可，这使各个同事类可被重用，无须对同事类进行扩展。

中介者模式的主要缺点

在具体中介者类中包含了大量同事之间的交互细节，可能会导致具体中介者类非常复杂，使得系统难以维护。（也就是把具体同事类之间的交互复杂性集中到了中介者类中，结果中介者成了最复杂的类）

适用场景

系统中对象之间存在复杂的引用关系，系统结构混乱且难以理解。
一个对象由于引用了其他很多对象并且直接和这些对象通信，导致难以复用该对象。
想通过一个中间类来封装多个类中的行为，而又不想生成太多的子类。可以通过引入中介者类来实现，在中介者中定义对象交互的公共行为，如果需要改变行为则可以增加新的具体中介者类

具体应用

Java Timer 中的中介者模式

敲一个 java.util.Timer 的Demo

两个任务类


public class MyOneTask extends TimerTask {
    private static int num = 0;
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("I'm MyOneTask " + ++num);
    }
}
public class MyTwoTask extends TimerTask {
    private static int num = 1000;
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("I'm MyTwoTask " + num--);
    }
}

客户端测试，3秒后开始执行，循环周期为 1秒


public class TimerTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 注意：多线程并行处理定时任务时，Timer运行多个TimeTask时，只要其中之一没有捕获抛出的异常，
        // 其它任务便会自动终止运行，使用ScheduledExecutorService则没有这个问题
        Timer timer = new Timer();
        timer.schedule(new MyOneTask(), 3000, 1000); // 3秒后开始运行，循环周期为 1秒
        timer.schedule(new MyTwoTask(), 3000, 1000);
    }
}

Timer 的部分关键源码如下


public class Timer {
    private final TaskQueue queue = new TaskQueue();
    private final TimerThread thread = new TimerThread(queue);
    public void schedule(TimerTask task, long delay) {
        if (delay < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Negative delay.");
        sched(task, System.currentTimeMillis()+delay, 0);
    }
    public void schedule(TimerTask task, Date time) {
        sched(task, time.getTime(), 0);
    }
    private void sched(TimerTask task, long time, long period) {
        if (time < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal execution time.");
        if (Math.abs(period) > (Long.MAX_VALUE >> 1))
            period >>= 1;
        // 获取任务队列的锁(同一个线程多次获取这个锁并不会被阻塞,不同线程获取时才可能被阻塞)
        synchronized(queue) {
            // 如果定时调度线程已经终止了,则抛出异常结束
            if (!thread.newTasksMayBeScheduled)
                throw new IllegalStateException("Timer already cancelled.");
            // 再获取定时任务对象的锁(为什么还要再加这个锁呢?想不清)
            synchronized(task.lock) {
                // 判断线程的状态,防止多线程同时调度到一个任务时多次被加入任务队列
                if (task.state != TimerTask.VIRGIN)
                    throw new IllegalStateException(
                        "Task already scheduled or cancelled");
                // 初始化定时任务的下次执行时间
                task.nextExecutionTime = time;
                // 重复执行的间隔时间
                task.period = period;
                // 将定时任务的状态由TimerTask.VIRGIN(一个定时任务的初始化状态)设置为TimerTask.SCHEDULED
                task.state = TimerTask.SCHEDULED;
            }
            // 将任务加入任务队列
            queue.add(task);
            // 如果当前加入的任务是需要第一个被执行的(也就是他的下一次执行时间离现在最近)
            // 则唤醒等待queue的线程(对应到上面提到的queue.wait())
            if (queue.getMin() == task)
                queue.notify();
        }
    }
    // cancel会等到所有定时任务执行完后立刻终止定时线程
    public void cancel() {
        synchronized(queue) {
            thread.newTasksMayBeScheduled = false;
            queue.clear();
            queue.notify();  // In case queue was already empty.
        }
    }
    // ...
}

Timer 中在 schedulexxx 方法中通过 TaskQueue 协调各种 TimerTask 定时任务，Timer 是中介者，TimerTask 是抽象同事类，而我们自己写的任务则是具体同事类

TimerThread 是 Timer 中定时调度线程类的定义，这个类会做为一个线程一直运行来执行 Timer 中任务队列中的任务。

Timer 这个中介者的功能就是定时调度我们写的各种任务，将任务添加到 TaskQueue 任务队列中，给 TimerThread 执行，让任务与执行线程解耦