Design-Patterns

Visitor

Khái Niệm

Visitor Pattern là một mẫu thiết kế thuộc loại mẫu thiết kế hành vi (behavioral design pattern) trong phát triển phần mềm. Mẫu này giúp chúng ta tách biệt các phép toán khỏi đối tượng mà chúng hoạt động trên. Thông qua Visitor Pattern, chúng ta có thể thêm các chức năng mới mà không làm thay đổi các lớp của các đối tượng mà chúng tương tác.

Tổng quan

Đặt vấn đề

Trong nhiều ứng dụng phần mềm, các lớp khác nhau thường phải thực hiện những nhiệm vụ tương tự nhưng với một số biến thể nhỏ dựa trên đặc điểm cụ thể của đối tượng. Khi một hệ thống được mở rộng để xử lý các loại đối tượng mới, việc thêm code mới vào các lớp hiện có có thể làm tăng sự phức tạp và giảm tính linh hoạt. Đặc biệt, trong các hệ thống xử lý nhiều đối tượng khác nhau, việc cập nhật và bảo trì mã nguồn trở nên khó khăn do sự chồng chéo và lặp lại code. Ví dụ, một ứng dụng phân tích tài liệu cần xử lý các loại tài liệu khác nhau như văn bản, bảng biểu và hình ảnh. Mặc dù các tài liệu này có thể chia sẻ một quy trình xử lý cơ bản, nhưng mỗi loại cần một số thao tác đặc biệt để phân tích hiệu quả.

graph TD;
    A[Tài liệu tổng quát] --> B[Văn bản]
    A --> C[Bảng biểu]
    A --> D[Hình ảnh]
    B --> E{Quy trình xử lý chung}
    C --> E
    D --> E
    E --> F[Tuỳ chỉnh theo loại]

Giải pháp

Visitor Pattern giải quyết vấn đề này bằng cách cho phép thêm các thao tác mới vào một hệ thống đối tượng mà không cần sửa đổi cấu trúc của các lớp đối tượng. Pattern này sử dụng một lớp visitor mà có thể thực hiện một tập hợp các thao tác trên các đối tượng thuộc các lớp khác nhau mà không cần làm cho mã nguồn trở nên rối bời bởi logic dành riêng cho từng loại đối tượng. Trong ví dụ của ứng dụng phân tích tài liệu, có thể tạo các visitor khác nhau cho các thao tác như in, kiểm tra lỗi và phân tích sâu.

Khi áp dụng Visitor Pattern, cấu trúc của hệ thống trở nên rõ ràng và linh hoạt hơn, cho phép dễ dàng thêm vào hoặc sửa đổi các thao tác mà không làm ảnh hưởng đến các lớp đối tượng. Pattern này tách biệt được logic xử lý khỏi cấu trúc dữ liệu, từ đó làm giảm sự phụ thuộc giữa chúng và tăng khả năng tái sử dụng code.

classDiagram
    class DocumentElement {
        <<interface>>
        +accept(Visitor)
    }
    class Text  {
        +accept(Visitor)
    }
    class Table  {
        +accept(Visitor)
    }
    class Image {
        +accept(Visitor)
    }
    class Visitor {
        <<interface>>
        +visitText(Text)
        +visitTable(Table)
        +visitImage(Image)
    }

    DocumentElement <|-- Text : implements
    DocumentElement <|-- Table : implements
    DocumentElement <|-- Image : implements

Trong sơ đồ này, DocumentElement là một interface đại diện cho các loại phần tử của tài liệu mà có thể được “thăm” bởi các visitor. Text, Table, và Image là các lớp cụ thể biểu diễn các loại phần tử khác

Cấu trúc của Visitor Pattern

classDiagram
      class Visitor {
        +visitConcreteElementA(ConcreteElementA)
        +visitConcreteElementB(ConcreteElementB)
      }
      class ConcreteVisitor1 {
        +visitConcreteElementA(ConcreteElementA) 
        +visitConcreteElementB(ConcreteElementB)
      }
      class ConcreteVisitor2 {
        +visitConcreteElementA(ConcreteElementA) 
        +visitConcreteElementB(ConcreteElementB)
      }
      class Element {
        +accept(Visitor)
      }
      class ConcreteElementA {
        +accept(Visitor)
      }
      class ConcreteElementB {
        +accept(Visitor)
      }
      
      Visitor <|.. ConcreteVisitor1 : Extends
      Visitor <|.. ConcreteVisitor2 : Extends
      Element <|.. ConcreteElementA : Extends
      Element <|.. ConcreteElementB : Extends
      ConcreteElementA ..> Visitor : Uses
      ConcreteElementB ..> Visitor : Uses

Cách triển khai Visitor Pattern

Hãy tưởng tượng một ứng dụng Zoo, nơi bạn muốn thực hiện các hoạt động khác nhau đối với các loài động vật mà không cần thay đổi các lớp động vật. Ví dụ, bạn muốn thực hiện “Feeding” và “Exercising” cho các loài động vật khác nhau. Đây là một tình huống lý tưởng để sử dụng Visitor Pattern.

1. Interface Visitor

Đây là Visitor, định nghĩa các hoạt động (trong trường hợp này là Feeding và Exercising) cho mỗi loại động vật.

public interface AnimalVisitor {
    void visit(Lion lion);
    void visit(Tiger tiger);
    void visit(Elephant elephant);
}

2. Interface Element

Đây là Element, mô tả các loài động vật trong zoo.

public interface Animal {
    void accept(AnimalVisitor visitor);
}

3. Concrete Visitor Classes

Các lớp này triển khai AnimalVisitor để xác định cách thức thực hiện các hoạt động cho từng loài động vật.

public class FeedingVisitor implements AnimalVisitor {
    @Override
    public void visit(Lion lion) {
        System.out.println("Feeding the lion with some meat.");
    }

    @Override
    public void visit(Tiger tiger) {
        System.out.println("Feeding the tiger with chicken.");
    }

    @Override
    public void visit(Elephant elephant) {
        System.out.println("Feeding the elephant with fruits and vegetables.");
    }
}

public class ExercisingVisitor implements AnimalVisitor {
    @Override
    public void visit(Lion lion) {
        System.out.println("Taking the lion for a run.");
    }

    @Override
    public void visit(Tiger tiger) {
        System.out.println("Making the tiger jump through hoops.");
    }

    @Override
    public void visit(Elephant elephant) {
        System.out.println("Walking the elephant around the zoo.");
    }
}

4. Concrete Element Classes

Các lớp động vật cụ thể, mỗi loài sẽ có cách tiếp nhận (accept) khách thăm (visitor) riêng.

public class Lion implements Animal {
    @Override
    public void accept(AnimalVisitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
}

public class Tiger implements Animal {
    @Override
    public void accept(AnimalVisitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
}

public class Elephant implements Animal {
    @Override
    public void accept(AnimalVisitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
}

5. Sử dụng Pattern

Đoạn mã sau đây mô tả cách các động vật được thăm bởi các visitor khác nhau để thực hiện các hoạt động như feeding và exercising.

public class ZooVisitorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Animal[] animals = new Animal[]{new Lion(), new Tiger(), new Elephant()};

        AnimalVisitor feedingVisitor = new FeedingVisitor();
        AnimalVisitor exercisingVisitor = new ExercisingVisitor();

        System.out.println("Zoo Feeding Time:");
        for (Animal animal : animals) {
            animal.accept(feedingVisitor);
        }

        System.out.println("\nZoo Exercise Time:");
        for (Animal animal : animals) {
            animal.accept(exercisingVisitor);
        }
    }
}

Trong ví dụ này, FeedingVisitor và ExercisingVisitor đại diện cho các hoạt động cụ thể được thực hiện trên các loài động vật. Mỗi loài động vật (Lion, Tiger, Elephant) đều triển khai interface Animal và định nghĩa phương thức accept() để chấp nhận AnimalVisitor. Phần demo ZooVisitorDemo minh họa cách thức các Animal được “thăm” bởi các AnimalVisitor để thực hiện feeding và exercising mà không cần sửa đổi code trong các lớp Animal.

Khi nào nên sử dụng Visitor Pattern

This site is open source. Improve this page.