Java設計模式之中介者模式：從入門到架構級實踐

一、什么是中介者模式？

中介者模式（Mediator Pattern）是一種行為型設計模式，其核心思想是通過引入一個中介對象來封裝多個對象之間的交互關系。這種模式將原本復雜的網狀通信結構轉換為星型結構，類似于現實生活中的機場塔臺調度系統：所有飛機不再需要與其他飛機直接通信，而是統一通過塔臺協調飛行路線和起降順序。

模式特點擴展：

通信標準化：定義統一的交互協議
狀態管理：中介者可以維護全局狀態
事務協調：支持跨對象的事務操作
動態路由：根據運行時條件決定消息流向

二、為什么需要中介者模式？——深入痛點分析

2.1 復雜系統通信問題

在大型軟件系統中，當對象間存在以下通信特征時，系統復雜度會急劇上升：

多對多依賴：一個對象需要與多個對象交互
交叉調用：對象間的調用形成循環依賴
狀態同步：需要保持多個對象狀態的一致性
條件路由：消息傳遞需要基于特定業務規則

典型案例：電商訂單系統

訂單創建需要聯動庫存、支付、物流等多個模塊
庫存鎖定失敗需要回滾支付操作
物流狀態變更需要通知用戶和商家

2.2 傳統實現的問題

// 沒有中介者時的典型代碼結構
class Order {private InventoryService inventory;private PaymentService payment;private LogisticsService logistics;public void createOrder() {if(inventory.lockStock()) {if(payment.processPayment()) {logistics.scheduleDelivery();} else {inventory.releaseStock();}}}
}

存在的問題：

業務邏輯分散在各個對象中
新增模塊需要修改現有代碼
錯誤處理邏輯復雜
難以實現事務一致性

三、模式結構深度解析

3.1 核心角色擴展說明

1. 抽象中介者（Mediator）—— 通信協議設計

public interface OrderMediator {// 注冊組件void register(String componentName, OrderComponent component);// 事件通知方法void notifyEvent(OrderComponent sender, OrderEvent event);// 事務補償接口void rollback(OrderTransaction transaction);// 狀態查詢接口OrderSystemState getCurrentState();
}

2. 具體中介者（ConcreteMediator）—— 業務規則實現

public class OrderCoordinator implements OrderMediator {private Map<String, OrderComponent> components = new ConcurrentHashMap<>();private OrderSystemState systemState = new OrderSystemState();private TransactionLog transactionLog = new TransactionLog();@Overridepublic void notifyEvent(OrderComponent sender, OrderEvent event) {// 使用策略模式處理不同事件類型EventHandler handler = EventHandlerFactory.getHandler(event.getType());handler.handle(this, sender, event);}// 實現事務補償@Overridepublic void rollback(OrderTransaction transaction) {transaction.getSteps().reverse().forEach(step -> {OrderComponent component = components.get(step.getComponentName());component.compensate(step.getParameters());});}
}

3. 抽象同事類（Colleague）—— 組件標準化

public abstract class OrderComponent {protected OrderMediator mediator;protected String componentName;protected ComponentHealth healthStatus;public OrderComponent(String name, OrderMediator mediator) {this.componentName = name;this.mediator = mediator;mediator.register(name, this);}// 統一的生命周期接口public abstract void initialize();public abstract void shutdown();// 事務操作接口public abstract boolean execute(OrderCommand command);public abstract void compensate(Map<String, Object> params);// 健康檢查public ComponentHealth checkHealth() {return healthStatus;}
}

四、代碼實現：智能家居控制系統（增強版）

4.1 場景擴展需求

在原有基礎上增加：

設備離線處理機制
場景模式支持（離家模式、睡眠模式）
能耗監控與報警
異步事件處理

4.2 增強版中介者實現

public class SmartHomeHub implements SmartHomeMediator {private Map<String, Device> devices = new ConcurrentHashMap<>();private ExecutorService asyncExecutor = Executors.newFixedThreadPool(4);private EnergyMonitor energyMonitor = new EnergyMonitor();private AlertSystem alertSystem = new AlertSystem();@Overridepublic void notify(Device sender, DeviceEvent event) {// 異步處理事件asyncExecutor.submit(() -> {try {processEvent(sender, event);} catch (Exception e) {handleError(sender, event, e);}});}private void processEvent(Device sender, DeviceEvent event) {// 記錄設備活動energyMonitor.recordActivity(sender.getId(), event.getType());// 根據事件類型路由處理switch (event.getType()) {case "MOTION_DETECTED":handleMotionEvent(sender, event);break;case "TEMPERATURE_CHANGE":handleTemperatureEvent(sender, event);break;case "DEVICE_OFFLINE":handleOfflineEvent(sender, event);break;// 其他事件類型...}}private void handleOfflineEvent(Device sender, DeviceEvent event) {// 啟動設備健康檢查if (!checkDeviceHealth(sender)) {alertSystem.triggerAlert("設備離線警告: " + sender.getId());// 自動切換到備用設備failoverToBackup(sender);}}// 其他處理方法...
}

4.3 設備類的增強實現

public class SmartThermostat extends Device {private TemperatureSchedule schedule;private boolean isEnergySavingMode;@Overridepublic void execute(DeviceCommand command) {switch (command.getType()) {case "SET_TEMPERATURE":setTemperature((Double) command.getParam("value"));break;case "ENERGY_SAVING_MODE":enableEnergySaving((Boolean) command.getParam("enable"));break;}}private void setTemperature(double temp) {// 實際溫度控制邏輯System.out.println("Setting temperature to: " + temp);// 觸發溫度變化事件mediator.notify(this, new DeviceEvent("TEMPERATURE_CHANGED", Map.of("newTemp", temp, "oldTemp", currentTemp)));}@Overridepublic void handleEvent(DeviceEvent event) {if ("ENERGY_ALERT".equals(event.getType())) {enableEnergySaving(true);}}
}

五、架構級應用實踐（深度擴展）

5.1 微服務API網關的進階實現

增強功能需求：

動態路由配置
服務熔斷降級
請求/響應轉換
分布式鏈路追蹤

public class AdvancedApiGateway implements Mediator {private ServiceRegistry registry;private CircuitBreakerManager circuitBreakers;private RequestTransformer transformer;private TracingContext tracer;public Response handleRequest(Request request) {// 1. 鏈路追蹤初始化Span span = tracer.startSpan("gateway.handle");try {// 2. 協議轉換InternalRequest internalReq = transformer.transform(request);// 3. 服務發現ServiceEndpoint endpoint = registry.discover(internalReq.getService());// 4. 熔斷檢查if (circuitBreakers.isOpen(endpoint)) {return fallbackResponse(internalReq);}// 5. 負載均衡選擇實例ServiceInstance instance = loadBalancer.select(endpoint);// 6. 請求轉發Response response = instance.call(internalReq);// 7. 響應轉換return transformer.transform(response);} catch (Exception e) {span.recordException(e);throw e;} finally {span.end();}}// 服務注冊回調接口public void onServiceRegistered(ServiceEvent event) {// 動態更新路由表registry.update(event.getService(), event.getInstances());// 初始化新的熔斷器circuitBreakers.createIfAbsent(event.getService());}
}

5.2 事件驅動架構中的消息中間件優化

高級特性實現：

消息持久化保證
死信隊列處理
消息優先級支持
事務消息支持

public class ReliableMessageBroker implements Mediator {private MessageStore messageStore;private PriorityDispatcher dispatcher;private DeadLetterQueue dlq;public void publish(String topic, Message message) {// 事務管理Transaction tx = messageStore.beginTransaction();try {// 1. 持久化存儲messageStore.store(topic, message, tx);// 2. 分發到訂閱者List<Consumer> consumers = dispatcher.getSubscribers(topic);for (Consumer consumer : consumers) {dispatchToConsumer(consumer, message);}tx.commit();} catch (Exception e) {tx.rollback();dlq.store(topic, message, e);}}private void dispatchToConsumer(Consumer consumer, Message message) {try {if (consumer.getPriority() > message.getPriority()) {// 低優先級消息延遲處理delayQueue.put(message, 5000);return;}consumer.consume(message);} catch (ConsumerException e) {if (e.isRetryable()) {retryLater(message);} else {dlq.store(message, e);}}}
}

六、模式進階與變體（實戰擴展）

6.1 分布式Saga事務協調器實現

public class SagaMediator implements Mediator {private Map<String, SagaParticipant> participants = new HashMap<>();private SagaLogStore logStore = new SagaLogStore();public void coordinate(Saga saga) {SagaContext context = new SagaContext();try {for (SagaStep step : saga.getSteps()) {SagaParticipant participant = participants.get(step.getService());// 記錄操作日志logStore.logStepStart(step);// 執行正向操作boolean success = participant.execute(step.getAction(), context);if (!success) {throw new SagaAbortException("Step failed: " + step);}// 記錄補償點context.addCompensationPoint(step);}logStore.logSagaComplete(saga);} catch (Exception e) {logStore.logSagaAbort(saga, e);compensate(context);}}private void compensate(SagaContext context) {context.getCompensationPoints().reverse().forEach(step -> {SagaParticipant participant = participants.get(step.getService());try {participant.compensate(step.getAction(), context);} catch (Exception e) {// 記錄補償失敗logStore.logCompensationFailure(step, e);}});}
}

6.2 中介者與CQRS模式的結合

public class CqrsMediator implements Mediator {private CommandBus commandBus;private QueryBus queryBus;private EventPublisher eventPublisher;public <T> T execute(Command<T> command) {// 1. 命令校驗validateCommand(command);// 2. 命令路由CommandHandler<T> handler = commandBus.findHandler(command);// 3. 執行命令T result = handler.handle(command);// 4. 發布領域事件List<DomainEvent> events = handler.getGeneratedEvents();eventPublisher.publish(events);return result;}public <T> T query(Query<T> query) {QueryHandler<T> handler = queryBus.findHandler(query);return handler.handle(query);}
}

七、注意事項與最佳實踐（深度總結）

7.1 性能優化關鍵點

異步處理：

// 使用CompletableFuture實現異步中介
public class AsyncMediator {private Executor executor = ForkJoinPool.commonPool();public <T> CompletableFuture<T> mediateAsync(MediationTask<T> task) {return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {try {return processTask(task);} catch (Exception e) {throw new CompletionException(e);}}, executor);}
}

批量處理優化：

public void batchNotify(List<Notification> notifications) {Map<String, List<Notification>> grouped = notifications.stream().collect(Collectors.groupingBy(Notification::getTargetType));grouped.forEach((type, list) -> {BatchProcessor processor = processorRegistry.getProcessor(type);processor.processBatch(list);});
}

7.2 可靠性設計要點

事務一致性：
- 實現兩階段提交協議
- 使用補償事務模式
- 記錄詳細操作日志

錯誤恢復機制：

public class RetryMediator implements Mediator {private static final int MAX_RETRIES = 3;public void sendWithRetry(Message message) {int attempts = 0;while (attempts < MAX_RETRIES) {try {doSend(message);return;} catch (NetworkException e) {attempts++;waitForRetry(attempts);}}throw new SendFailedException("Max retries exceeded");}
}

7.3 測試策略建議

中介者單元測試：

@Test
void testTemperatureEventHandling() {// 初始化SmartHomeHub hub = new SmartHomeHub();TemperatureSensor sensor = new TemperatureSensor("sensor1", hub);SmartThermostat thermostat = new SmartThermostat("thermo1", hub);// 觸發事件sensor.detectTemperatureChange(25.0);// 驗證結果assertThat(thermostat.getCurrentTemp()).isEqualTo(25.0);assertThat(hub.getEnergyUsage()).isGreaterThan(0);
}

混沌測試場景：
- 隨機斷開設備連接
- 模擬高延遲響應
- 注入錯誤消息
- 測試事務回滾機制

八、總結：模式的選擇與演進

8.1 中介者模式 vs 其他模式

模式	適用場景	關注點
中介者	復雜對象交互	集中控制通信
觀察者	一對多依賴	事件通知
外觀模式	簡化子系統訪問	統一入口
代理模式	訪問控制	對象間接訪問