設計模式 | 中介者模式及典型應用
摘要：
本文的主要內容：
介紹中介者模式
資料同步示例
中介者模式總結
原始碼分析中介者模式的典型應用
Java Timer 中的中介者模式
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本文的主要內容：
- 介紹中介者模式
- 資料同步示例
- 中介者模式總結
- 原始碼分析中介者模式的典型應用
- Java Timer 中的中介者模式
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中介者模式
世界上存在著各種各樣的資料庫，不同資料庫有各自的應用場景，對於同一份資料，最開始可能使用關係型資料庫（如SQL/">MySQL）進行儲存查詢，使用Redis作為快取資料庫，當資料量較大時使用MySQL進行查詢可能較慢，所以需要將資料同步到Elasticsearch或者列式資料庫如Hbase中進行大資料查詢。
如何設計資料同步方案是一個重要的問題。資料來源眾多，目標端也眾多，設計得不好可能 "牽一髮而動全身"。
如果我們這樣設計：每個資料來源直接同步資料到目標端資料庫的，如果資料庫有 N 個，那麼最多可能的同步作業將達到 N * N 個，當修改了其中一個數據庫的某些配置，可能需要修改另外的 N - 1 個數據庫的同步作業。
現在介紹另一種方案，DataX 是阿里巴巴集團內被廣泛使用的離線資料同步工具/平臺，實現包括 MySQL、Oracle、SqlServer、Postgre、HDFS、Hive、ADS、HBase、TableStore(OTS)、MaxCompute(ODPS)、DRDS 等各種異構資料來源之間高效的資料同步功能。
DataX 其實相當於一箇中介，從資料來源讀取資料，寫入到目標端，資料來源不再需要維護到目標端的同步作業，只需要與 DataX 通訊即可。DataX 體現了中介者模式的思想。
中介者模式(Mediator Pattern)：用一箇中介物件（中介者）來封裝一系列的物件互動，中介者使各物件不需要顯式地相互引用，從而使其耦合鬆散，而且可以獨立地改變它們之間的互動。中介者模式又稱為調停者模式，它是一種物件行為型模式。
角色
Mediator（抽象中介者）：它定義一個介面，該介面用於與各同事物件之間進行通訊。
ConcreteMediator（具體中介者）：它是抽象中介者的子類，通過協調各個同事物件來實現協作行為，它維持了對各個同事物件的引用。
Colleague（抽象同事類）：它定義各個同事類公有的方法，並聲明瞭一些抽象方法來供子類實現，同時它維持了一個對抽象中介者類的引用，其子類可以通過該引用來與中介者通訊。
ConcreteColleague（具體同事類）：它是抽象同事類的子類；每一個同事物件在需要和其他同事物件通訊時，先與中介者通訊，通過中介者來間接完成與其他同事類的通訊；在具體同事類中實現了在抽象同事類中宣告的抽象方法。
中介者模式的核心在於中介者類的引入，在中介者模式中， 中介者類承擔了兩方面的職責 ：
- 中轉作用（結構性） ：通過中介者提供的中轉作用，各個同事物件就不再需要顯式引用其他同事，當需要和其他同事進行通訊時，可通過中介者來實現間接呼叫。該中轉作用屬於中介者在結構上的支援。
- 協調作用（行為性） ：中介者可以更進一步的對同事之間的關係進行封裝，同事可以一致的和中介者進行互動，而不需要指明中介者需要具體怎麼做，中介者根據封裝在自身內部的協調邏輯，對同事的請求進行進一步處理，將同事成員之間的關係行為進行分離和封裝。
示例
我們來實現一個簡化版的資料同步方案，有三種資料庫 Mysql、Redis、Elasticsearch，其中的 Mysql 作為主資料庫，當增加一條資料時 需要 同步到另外兩個資料庫中；Redis 作為快取資料庫，當增加一條資料時 不需要 同步到另外另個數據庫；而 Elasticsearch 作為大資料查詢資料庫，有一個統計功能，當增加一條資料時 只需要 同步到 Mysql，所以它們之間的關係圖如下所示。
首先我們來實現第一種 不使用 中介者模式的資料同步方案，各資料來源維護各自的同步作業。
抽象資料庫
public abstract class AbstractDatabase {
public abstract void add(String data);
public abstract void addData(String data);
}
複製程式碼
具體資料庫 Mysql，維護同步到 Redis和Elasticsearch 的同步作業
public class MysqlDatabase extends AbstractDatabase {
private List<String> dataset = new ArrayList<String>();
@Setter
private RedisDatabase redisDatabase;
@Setter
private EsDatabase esDatabase;
@Override
public void addData(String data) {
System.out.println("Mysql 新增資料：" + data);
this.dataset.add(data);
}
@Override
public void add(String data) {
addData(data);
this.redisDatabase.addData(data);// 維護同步到Redis的同步作業
this.esDatabase.addData(data);// 維護同步到Elasticsearch的同步作業
}
public void select() {
System.out.println("- Mysql 查詢，資料：" + this.dataset.toString());
}
}
複製程式碼
具體資料庫 Redis，不需要同步到其它資料庫
public class RedisDatabase extends AbstractDatabase {
private List<String> dataset = new LinkedList<String>();
@Override
public void addData(String data) {
System.out.println("Redis 新增資料：" + data);
this.dataset.add(data);
}
@Override
public void add(String data) {
addData(data); // 不同步到其它資料庫
}
public void cache() {
System.out.println("- Redis 快取的資料：" + this.dataset.toString());
}
}
複製程式碼
Elasticsearch ，只需要同步到Mysql
public class EsDatabase extends AbstractDatabase {
private List<String> dataset = new CopyOnWriteArrayList<String>();
@Setter
private MysqlDatabase mysqlDatabase;
@Override
public void addData(String data) {
System.out.println("ES 新增資料：" + data);
this.dataset.add(data);
}
@Override
public void add(String data) {
addData(data);
this.mysqlDatabase.addData(data);// 維護同步到MySQL的同步作業
}
public void count() {
int count = this.dataset.size();
System.out.println("- Elasticsearch 統計，目前有 " + count + " 條資料，資料：" + this.dataset.toString());
}
}
複製程式碼
測試客戶端，分別往三個資料庫中加入一些資料檢視同步效果
public class Client {
public static void main(String[] args) {
MysqlDatabase mysqlDatabase = new MysqlDatabase();
RedisDatabase redisDatabase = new RedisDatabase();
EsDatabase esDatabase = new EsDatabase();
mysqlDatabase.setRedisDatabase(redisDatabase);
mysqlDatabase.setEsDatabase(esDatabase);
esDatabase.setMysqlDatabase(mysqlDatabase);
System.out.println("\n---------mysql 新增資料 1，將同步到Redis和ES中-----------");
mysqlDatabase.add("1");
mysqlDatabase.select();
redisDatabase.cache();
esDatabase.count();
System.out.println("\n---------Redis新增資料 2，將不同步到其它資料庫-----------");
redisDatabase.add("2");
mysqlDatabase.select();
redisDatabase.cache();
esDatabase.count();
System.out.println("\n---------ES 新增資料 3，只同步到 Mysql-----------");
esDatabase.add("3");
mysqlDatabase.select();
redisDatabase.cache();
esDatabase.count();
}
}
複製程式碼
輸出結果
---------mysql 新增資料 1，將同步到Redis和ES中----------- Mysql 新增資料：1 Redis 新增資料：1 ES 新增資料：1 - Mysql 查詢，資料：[1] - Redis 快取的資料：[1] - Elasticsearch 統計，目前有 1 條資料，資料：[1] ---------Redis新增資料 2，將不同步到其它資料庫----------- Redis 新增資料：2 - Mysql 查詢，資料：[1] - Redis 快取的資料：[1, 2] - Elasticsearch 統計，目前有 1 條資料，資料：[1] ---------ES 新增資料 3，只同步到 Mysql----------- ES 新增資料：3 Mysql 新增資料：3 - Mysql 查詢，資料：[1, 3] - Redis 快取的資料：[1, 2] - Elasticsearch 統計，目前有 2 條資料，資料：[1, 3] 複製程式碼
其實這樣已經實現了我們的需求，但是 存在一些問題 ：
- 系統結構複雜且耦合度高 。資料來源需要維護目標端資料庫的引用，以便完成資料同步
- 元件的可重用性差 。由於每一個數據源和目標端之間具有很強的關聯，若沒有目標端的支援，這個元件很難被另一個系統或模組重用
- 系統的可擴充套件性差 ：如果需要增加、修改或刪除其中一個數據庫、將導致多個類的原始碼需要修改，這違反了 "開閉原則"，可擴充套件性和靈活性欠佳。
我們 使用中介者模式來重構 ，將資料同步的功能遷移到中介者中，由中介者來管理資料同步作業
首先還是抽象資料庫類（抽象同事類），維護了一箇中介者
public abstract class AbstractDatabase {
public static final String MYSQL = "mysql";
public static final String REDIS = "redis";
public static final String ELASTICSEARCH = "elasticsearch";
protected AbstractMediator mediator;// 中介者
public AbstractDatabase(AbstractMediator mediator) {
this.mediator = mediator;
}
public abstract void addData(String data);
public abstract void add(String data);
}
複製程式碼
Mysql 資料庫（具體同事類）
public class MysqlDatabase extends AbstractDatabase {
private List<String> dataset = new ArrayList<String>();
public MysqlDatabase(AbstractMediator mediator) {
super(mediator);
}
@Override
public void addData(String data) {
System.out.println("Mysql 新增資料：" + data);
this.dataset.add(data);
}
@Override
public void add(String data) {
addData(data);
this.mediator.sync(AbstractDatabase.MYSQL, data); // 資料同步作業交給中介者管理
}
public void select() {
System.out.println("Mysql 查詢，資料：" + this.dataset.toString());
}
}
複製程式碼
Redis 資料庫（具體同事類）
public class RedisDatabase extends AbstractDatabase {
private List<String> dataset = new LinkedList<String>();
public RedisDatabase(AbstractMediator mediator) {
super(mediator);
}
@Override
public void addData(String data) {
System.out.println("Redis 新增資料：" + data);
this.dataset.add(data);
}
@Override
public void add(String data) {
addData(data);
this.mediator.sync(AbstractDatabase.REDIS, data);// 資料同步作業交給中介者管理
}
public void cache() {
System.out.println("Redis 快取的資料：" + this.dataset.toString());
}
}
複製程式碼
Elasticsearch（具體同事類）
public class EsDatabase extends AbstractDatabase {
private List<String> dataset = new CopyOnWriteArrayList<String>();
public EsDatabase(AbstractMediator mediator) {
super(mediator);
}
@Override
public void addData(String data) {
System.out.println("ES 新增資料：" + data);
this.dataset.add(data);
}
@Override
public void add(String data) {
addData(data);
this.mediator.sync(AbstractDatabase.ELASTICSEARCH, data);// 資料同步作業交給中介者管理
}
public void count() {
int count = this.dataset.size();
System.out.println("Elasticsearch 統計，目前有 " + count + " 條資料，資料：" + this.dataset.toString());
}
}
複製程式碼
抽象中介者
@Data
public abstract class AbstractMediator {
protected MysqlDatabase mysqlDatabase;
protected RedisDatabase redisDatabase;
protected EsDatabase esDatabase;
public abstract void sync(String databaseName, String data);
}
複製程式碼
具體中介者
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.redisDatabase.addData(data);
this.esDatabase.addData(data);
} else if (AbstractDatabase.REDIS.equals(databaseName)) {
// redis 快取同步，不需要同步到其他資料庫
} else if (AbstractDatabase.ELASTICSEARCH.equals(databaseName)) {
// Elasticsearch 同步到 Mysql
this.mysqlDatabase.addData(data);
}
}
}
複製程式碼
測試客戶端
public class Client {
public static void main(String[] args) {
AbstractMediator syncMediator = new SyncMediator();
MysqlDatabase mysqlDatabase = new MysqlDatabase(syncMediator);
RedisDatabase redisDatabase = new RedisDatabase(syncMediator);
EsDatabase esDatabase = new EsDatabase(syncMediator);
syncMediator.setMysqlDatabase(mysqlDatabase);
syncMediator.setRedisDatabase(redisDatabase);
syncMediator.setEsDatabase(esDatabase);
System.out.println("\n---------mysql 新增資料 1，將同步到Redis和ES中-----------");
mysqlDatabase.add("1");
mysqlDatabase.select();
redisDatabase.cache();
esDatabase.count();
System.out.println("\n---------Redis新增資料 2，將不同步到其它資料庫-----------");
redisDatabase.add("2");
mysqlDatabase.select();
redisDatabase.cache();
esDatabase.count();
System.out.println("\n---------ES 新增資料 3，只同步到 Mysql-----------");
esDatabase.add("3");
mysqlDatabase.select();
redisDatabase.cache();
esDatabase.count();
}
}
複製程式碼
輸出結果，與預期一致
---------mysql 新增資料 1，將同步到Redis和ES中----------- Mysql 新增資料：1 Redis 新增資料：1 ES 新增資料：1 - Mysql 查詢，資料：[1] - Redis 快取的資料：[1] - Elasticsearch 統計，目前有 1 條資料，資料：[1] ---------Redis新增資料 2，將不同步到其它資料庫----------- Redis 新增資料：2 - Mysql 查詢，資料：[1] - Redis 快取的資料：[1, 2] - Elasticsearch 統計，目前有 1 條資料，資料：[1] ---------ES 新增資料 3，只同步到 Mysql----------- ES 新增資料：3 Mysql 新增資料：3 - Mysql 查詢，資料：[1, 3] - Redis 快取的資料：[1, 2] - Elasticsearch 統計，目前有 2 條資料，資料：[1, 3] 複製程式碼
畫出類圖如下
中介者模式總結
中介者模式的主要優點
-
中介者模式 簡化了物件之間的互動 ，它用中介者和同事的一對多互動代替了原來同事之間的多對多互動，一對多關係更容易理解、維護和擴充套件，將原本難以理解的網狀結構轉換成相對簡單的星型結構。
-
中介者模式可 將各同事物件解耦 。中介者有利於各同事之間的鬆耦合，我們可以獨立的改變和複用每一個同事和中介者，增加新的中介者和新的同事類都比較方便，更好地符合 "開閉原則"。
-
可以 減少子類生成 ，中介者將原本分佈於多個物件間的行為集中在一起，改變這些行為只需生成新的中介者子類即可，這使各個同事類可被重用，無須對同事類進行擴充套件。
中介者模式的主要缺點
- 在 具體中介者類中包含了大量同事之間的互動細節 ，可能會導致具體中介者類非常複雜，使得系統難以維護。（也就是把具體同事類之間的互動複雜性集中到了中介者類中，結果中介者成了最複雜的類）
適用場景
-
系統中物件之間存在複雜的引用關係，系統結構混亂且難以理解。
-
一個物件由於引用了其他很多物件並且直接和這些物件通訊，導致難以複用該物件。
-
想通過一箇中間類來封裝多個類中的行為，而又不想生成太多的子類。可以通過引入中介者類來實現，在中介者中定義物件互動的公共行為，如果需要改變行為則可以增加新的具體中介者類。
中介者模式的典型應用
Java Timer 中的中介者模式
敲一個 java.util.Timer 的Demo
兩個任務類
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--);
}
}
複製程式碼
客戶端測試，3秒後開始執行，迴圈週期為 1秒
public class TimerTest {
public static void main(String[] args) {
// 注意：多執行緒並行處理定時任務時，Timer執行多個TimeTask時，只要其中之一沒有捕獲丟擲的異常，
// 其它任務便會自動終止執行，使用ScheduledExecutorService則沒有這個問題
Timer timer = new Timer();
timer.schedule(new MyOneTask(), 3000, 1000); // 3秒後開始執行，迴圈週期為 1秒
timer.schedule(new MyTwoTask(), 3000, 1000);
}
}
複製程式碼
輸出
I'm MyOneTask 1 I'm MyTwoTask 1000 I'm MyTwoTask 999 I'm MyOneTask 2 I'm MyOneTask 3 I'm MyTwoTask 998 I'm MyTwoTask 997 I'm MyOneTask 4 I'm MyOneTask 5 I'm MyTwoTask 996 I'm MyTwoTask 995 I'm MyOneTask 6 ... 複製程式碼
Timer 的部分關鍵原始碼如下
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;
// 獲取任務佇列的鎖(同一個執行緒多次獲取這個鎖並不會被阻塞,不同執行緒獲取時才可能被阻塞)
synchronized(queue) {
// 如果定時排程執行緒已經終止了,則丟擲異常結束
if (!thread.newTasksMayBeScheduled)
throw new IllegalStateException("Timer already cancelled.");
// 再獲取定時任務物件的鎖(為什麼還要再加這個鎖呢?想不清)
synchronized(task.lock) {
// 判斷執行緒的狀態,防止多執行緒同時排程到一個任務時多次被加入任務佇列
if (task.state != TimerTask.VIRGIN)
throw new IllegalStateException(
"Task already scheduled or cancelled");
// 初始化定時任務的下次執行時間
task.nextExecutionTime = time;
// 重複執行的間隔時間
task.period = period;
// 將定時任務的狀態由TimerTask.VIRGIN(一個定時任務的初始化狀態)設定為TimerTask.SCHEDULED
task.state = TimerTask.SCHEDULED;
}
// 將任務加入任務佇列
queue.add(task);
// 如果當前加入的任務是需要第一個被執行的(也就是他的下一次執行時間離現在最近)
// 則喚醒等待queue的執行緒(對應到上面提到的queue.wait())
if (queue.getMin() == task)
queue.notify();
}
}
// cancel會等到所有定時任務執行完後立刻終止定時執行緒
public void cancel() {
synchronized(queue) {
thread.newTasksMayBeScheduled = false;
queue.clear();
queue.notify();// In case queue was already empty.
}
}
// ...
}
複製程式碼
Timer 中在 schedulexxx 方法中通過 TaskQueue 協調各種 TimerTask 定時任務， Timer 是中介者， TimerTask 是抽象同事類，而我們自己寫的任務則是具體同事類
TimerThread 是 Timer 中定時排程執行緒類的定義，這個類會做為一個執行緒一直執行來執行 Timer 中任務佇列中的任務。
Timer 這個中介者的功能就是 定時排程我們寫的各種任務 ，將任務新增到 TaskQueue 任務佇列中，給 TimerThread 執行，讓任務與執行執行緒解耦