深入理解設計模式之中介者模式：解耦對象交互的利器

為什么需要中介者？

在軟件開發中，我們經常會遇到對象之間需要相互通信的場景。當系統規模較小時，對象直接相互引用并通信可能不會帶來太大問題。但隨著系統復雜度增加，對象間的交互關系會變得錯綜復雜，形成一個復雜的網狀結構。這種高度耦合的設計會導致以下問題：

可維護性差：牽一發而動全身，修改一個對象可能需要修改多個相關對象
復用性低：由于對象間高度依賴，很難單獨復用某個對象
擴展困難：新增或修改交互邏輯需要改動大量現有代碼

中介者模式正是為解決這些問題而生的。它通過引入一個中介對象來封裝對象間的交互，使對象間不再直接引用，而是通過中介者進行間接通信，從而將網狀結構轉化為星型結構，大大降低了系統的耦合度。

中介者模式的核心概念

模式定義

中介者模式(Mediator Pattern)的定義是：用一個中介對象來封裝一系列的對象交互。中介者使各對象不需要顯式地相互引用，從而使其耦合松散，而且可以獨立地改變它們之間的交互。

模式結構

中介者模式包含四個關鍵角色：

Mediator（中介者接口）：
- 定義同事對象到中介者對象的接口
- 通常包含一個或多個事件處理方法
ConcreteMediator（具體中介者）：
- 實現中介者接口
- 協調各同事對象的行為
- 知道并維護它的各個同事
Colleague（同事類接口）：
- 定義同事類的接口
- 通常持有中介者的引用
ConcreteColleague（具體同事類）：
- 實現同事類接口
- 每個具體同事類只知道自己的行為
- 需要與其他同事通信時，通過中介者轉發

UML類圖

┌─────────────┐       ┌─────────────┐
│   Mediator  │<------│  Colleague  │
└─────────────┘       └─────────────┘^                      ^|                      |
┌─────────────┐       ┌─────────────┐
│ConcreteMedi │       │ConcreteColl │
└─────────────┘       └─────────────┘

深入解析中介者模式

工作原理

對象注冊：同事對象在創建時向中介者注冊自己
通信機制：當同事對象需要與其他同事通信時，不是直接調用對方的方法，而是通知中介者
消息轉發：中介者接收到消息后，根據業務邏輯決定如何轉發給其他同事對象
解耦實現：同事對象之間不再相互持有引用，所有交互都通過中介者進行

代碼實現詳解

讓我們通過一個完整的聊天室示例來深入理解中介者模式的實現：

// 1. 定義中介者接口
public interface ChatMediator {void sendMessage(String msg, User user);void addUser(User user);
}// 2. 實現具體中介者
public class ChatMediatorImpl implements ChatMediator {private List<User> users;public ChatMediatorImpl() {this.users = new ArrayList<>();}@Overridepublic void sendMessage(String msg, User user) {for (User u : this.users) {// 消息不發送給發送者自己if (u != user) {u.receive(msg);}}}@Overridepublic void addUser(User user) {this.users.add(user);}
}// 3. 定義同事類（用戶）抽象
public abstract class User {protected ChatMediator mediator;protected String name;public User(ChatMediator med, String name) {this.mediator = med;this.name = name;}public abstract void send(String msg);public abstract void receive(String msg);
}// 4. 實現具體同事類
public class UserImpl extends User {public UserImpl(ChatMediator med, String name) {super(med, name);}@Overridepublic void send(String msg) {System.out.println(this.name + " 發送消息: " + msg);mediator.sendMessage(msg, this);}@Overridepublic void receive(String msg) {System.out.println(this.name + " 收到消息: " + msg);}
}// 5. 客戶端使用
public class ChatClient {public static void main(String[] args) {ChatMediator mediator = new ChatMediatorImpl();User user1 = new UserImpl(mediator, "張三");User user2 = new UserImpl(mediator, "李四");User user3 = new UserImpl(mediator, "王五");mediator.addUser(user1);mediator.addUser(user2);mediator.addUser(user3);user1.send("大家好！");user2.send("歡迎新人！");}
}

輸出結果

張三 發送消息: 大家好！
李四 收到消息: 大家好！
王五 收到消息: 大家好！
李四 發送消息: 歡迎新人！
張三 收到消息: 歡迎新人！
王五 收到消息: 歡迎新人！

中介者模式的優缺點

優點

降低耦合度：將對象間多對多的關系轉化為一對多的關系，減少對象間的直接依賴
集中控制：將交互邏輯集中在中介者中，使交互行為更容易理解和維護
簡化對象協議：用中介者和同事間的一對多交互替代了同事之間的多對多交互
提高靈活性：可以獨立地改變和復用各個同事類和中介者類
減少子類生成：將原本分布于多個對象間的行為集中在一起，減少子類的生成

缺點

中介者可能變得復雜：隨著交互邏輯的增加，中介者可能變得過于龐大和復雜
性能考慮：所有通信都通過中介者轉發，可能帶來一定的性能開銷
單點故障風險：中介者成為系統的關鍵點，一旦出現問題會影響整個系統

中介者模式的應用場景

中介者模式特別適用于以下場景：

GUI開發：各種UI組件（按鈕、文本框等）之間的交互
聊天應用：多個用戶之間的消息傳遞
航空管制系統：飛機與塔臺之間的通信協調
事件分發系統：多個對象需要響應同一事件
工作流引擎：協調多個處理節點之間的交互
游戲開發：游戲對象之間的交互管理

實際應用案例

案例1：機場塔臺控制系統

在航空領域，飛機之間的通信不是直接進行的，而是通過塔臺這個中介者來協調：

// 中介者：塔臺
public interface Tower {void registerFlight(Flight flight);void sendWarning(String message, Flight sender);
}// 具體同事：飛機
public abstract class Flight {protected Tower tower;protected String flightNumber;public Flight(Tower tower, String flightNumber) {this.tower = tower;this.flightNumber = flightNumber;tower.registerFlight(this);}public abstract void receiveWarning(String message);public abstract void sendWarning(String message);
}// 使用示例
public class AviationExample {public static void main(String[] args) {Tower tower = new ControlTower();Flight flight1 = new CommercialFlight(tower, "CA123");Flight flight2 = new CargoFlight(tower, "FX456");flight1.sendWarning("前方有氣流，請注意");flight2.sendWarning("收到，正在調整高度");}
}

案例2：電子商務訂單系統

在電商系統中，訂單處理涉及多個組件（庫存、支付、物流等），可以使用中介者協調：

public interface OrderMediator {void placeOrder(Order order);void cancelOrder(Order order);void processPayment(Order order);void updateInventory(Order order);void arrangeShipping(Order order);
}public class OrderProcessor implements OrderMediator {// 實現各種訂單處理邏輯// 協調庫存、支付、物流等子系統
}// 同事類：支付系統
public class PaymentSystem {private OrderMediator mediator;public void processPayment(Order order) {// 處理支付mediator.updateInventory(order);}
}