深入理解设计模式之中介者模式：解耦对象交互的利器

为什么需要中介者？

在软件开发中，我们经常会遇到对象之间需要相互通信的场景。当系统规模较小时，对象直接相互引用并通信可能不会带来太大问题。但随着系统复杂度增加，对象间的交互关系会变得错综复杂，形成一个复杂的网状结构。这种高度耦合的设计会导致以下问题：

可维护性差：牵一发而动全身，修改一个对象可能需要修改多个相关对象
复用性低：由于对象间高度依赖，很难单独复用某个对象
扩展困难：新增或修改交互逻辑需要改动大量现有代码

中介者模式正是为解决这些问题而生的。它通过引入一个中介对象来封装对象间的交互，使对象间不再直接引用，而是通过中介者进行间接通信，从而将网状结构转化为星型结构，大大降低了系统的耦合度。

中介者模式的核心概念

模式定义

中介者模式(Mediator Pattern)的定义是：用一个中介对象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。

模式结构

中介者模式包含四个关键角色：

Mediator（中介者接口）：
- 定义同事对象到中介者对象的接口
- 通常包含一个或多个事件处理方法
ConcreteMediator（具体中介者）：
- 实现中介者接口
- 协调各同事对象的行为
- 知道并维护它的各个同事
Colleague（同事类接口）：
- 定义同事类的接口
- 通常持有中介者的引用
ConcreteColleague（具体同事类）：
- 实现同事类接口
- 每个具体同事类只知道自己的行为
- 需要与其他同事通信时，通过中介者转发

UML类图

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

深入解析中介者模式

工作原理

对象注册：同事对象在创建时向中介者注册自己
通信机制：当同事对象需要与其他同事通信时，不是直接调用对方的方法，而是通知中介者
消息转发：中介者接收到消息后，根据业务逻辑决定如何转发给其他同事对象
解耦实现：同事对象之间不再相互持有引用，所有交互都通过中介者进行

代码实现详解

让我们通过一个完整的聊天室示例来深入理解中介者模式的实现：

// 1. 定义中介者接口
public interface ChatMediator {void sendMessage(String msg, User user);void addUser(User user);
}// 2. 实现具体中介者
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) {// 消息不发送给发送者自己if (u != user) {u.receive(msg);}}}@Overridepublic void addUser(User user) {this.users.add(user);}
}// 3. 定义同事类（用户）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. 实现具体同事类
public class UserImpl extends User {public UserImpl(ChatMediator med, String name) {super(med, name);}@Overridepublic void send(String msg) {System.out.println(this.name + " 发送消息: " + msg);mediator.sendMessage(msg, this);}@Overridepublic void receive(String msg) {System.out.println(this.name + " 收到消息: " + msg);}
}// 5. 客户端使用
public class ChatClient {public static void main(String[] args) {ChatMediator mediator = new ChatMediatorImpl();User user1 = new UserImpl(mediator, "张三");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("欢迎新人！");}
}

输出结果

张三 发送消息: 大家好！
李四 收到消息: 大家好！
王五 收到消息: 大家好！
李四 发送消息: 欢迎新人！
张三 收到消息: 欢迎新人！
王五 收到消息: 欢迎新人！

中介者模式的优缺点

优点

降低耦合度：将对象间多对多的关系转化为一对多的关系，减少对象间的直接依赖
集中控制：将交互逻辑集中在中介者中，使交互行为更容易理解和维护
简化对象协议：用中介者和同事间的一对多交互替代了同事之间的多对多交互
提高灵活性：可以独立地改变和复用各个同事类和中介者类
减少子类生成：将原本分布于多个对象间的行为集中在一起，减少子类的生成

缺点

中介者可能变得复杂：随着交互逻辑的增加，中介者可能变得过于庞大和复杂
性能考虑：所有通信都通过中介者转发，可能带来一定的性能开销
单点故障风险：中介者成为系统的关键点，一旦出现问题会影响整个系统

中介者模式的应用场景

中介者模式特别适用于以下场景：

GUI开发：各种UI组件（按钮、文本框等）之间的交互
聊天应用：多个用户之间的消息传递
航空管制系统：飞机与塔台之间的通信协调
事件分发系统：多个对象需要响应同一事件
工作流引擎：协调多个处理节点之间的交互
游戏开发：游戏对象之间的交互管理

实际应用案例

案例1：机场塔台控制系统

在航空领域，飞机之间的通信不是直接进行的，而是通过塔台这个中介者来协调：

// 中介者：塔台
public interface Tower {void registerFlight(Flight flight);void sendWarning(String message, Flight sender);
}// 具体同事：飞机
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("前方有气流，请注意");flight2.sendWarning("收到，正在调整高度");}
}

案例2：电子商务订单系统

在电商系统中，订单处理涉及多个组件（库存、支付、物流等），可以使用中介者协调：

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 {// 实现各种订单处理逻辑// 协调库存、支付、物流等子系统
}// 同事类：支付系统
public class PaymentSystem {private OrderMediator mediator;public void processPayment(Order order) {// 处理支付mediator.updateInventory(order);}
}