中介者模式

引言

在软件系统中，当多个对象（如UI组件、微服务）需高频交互时，直接通信会导致网状耦合（如聊天室中用户相互引用）。中介者模式通过引入协调中枢，将多对多交互转为一对多管理，成为解耦复杂交互关系的核心设计模式。

诞生背景

GoF在《设计模式》中提出中介者模式，解决三大痛点：

• 关系混乱：对象间直接引用形成蜘蛛网结构（如10个UI组件相互调用）
• 复用困难：对象因强耦合无法独立重用
• 变更失控：修改一个对象引发连锁更新

典型案例：航空管制系统（飞机间不直接通信，全部通过塔台调度）

演进过程

• GoF基础（1994）：确立中介者、同事对象核心角色
• 企业级演进：消息中间件（如Kafka、RabbitMQ）成为分布式中介者
• 现代应用：前端状态管理库（Redux Store/Vuex）协调组件通信

核心概念

• 中介者（Mediator）
  • 定义对象间交互协议的抽象接口
• 具体中介者（ConcreteMediator）
  • 实现协调逻辑，持有同事对象引用
• 同事对象（Colleague）
  • 仅与中介者通信，不感知其他对象

通用实现

Java 实现

// 抽象中介者
interface ChatMediator {
    void sendMessage(String msg, User user);
}

// 具体中介者
class ChatRoom implements ChatMediator {
    @Override
    public void sendMessage(String msg, User user) {
        System.out.println(user.getName() + " 发送: " + msg);
    }
}

// 同事对象
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 String getName() { return name; }
}

// 具体同事类
class ChatUser extends User {
    public ChatUser(ChatMediator med, String name) {
        super(med, name);
    }
    
    @Override
    public void send(String msg) {
        mediator.sendMessage(msg, this);
    }
}

// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ChatMediator mediator = new ChatRoom();
        User user1 = new ChatUser(mediator, "Alice");
        User user2 = new ChatUser(mediator, "Bob");
        
        user1.send("你好！");  // 输出: Alice 发送: 你好！
        user2.send("收到！");  // 输出: Bob 发送: 收到！
    }
}

PHP 实现

// 抽象中介者
interface ControlTower {
    public function requestLanding(Airplane $plane);
}

// 具体中介者
class AirportTower implements ControlTower {
    public function requestLanding(Airplane $plane) {
        echo $plane->getName() . " 获准降落\n";
    }
}

// 同事对象
class Airplane {
    private ControlTower $tower;
    private string $name;
    
    public function __construct(ControlTower $tower, string $name) {
        $this->tower = $tower;
        $this->name = $name;
    }
    
    public function requestLand() {
        $this->tower->requestLanding($this);
    }
    
    public function getName(): string {
        return $this->name;
    }
}

// 客户端
$tower = new AirportTower();
$flight1 = new Airplane($tower, "CA123");
$flight2 = new Airplane($tower, "UA456");

$flight1->requestLand();  // 输出: CA123 获准降落
$flight2->requestLand();  // 输出: UA456 获准降落

应用场景

• GUI组件交互：表单控件验证（输入框/按钮通过中介者协调）
• 分布式协调：微服务架构中的消息中间件
• 游戏开发：角色碰撞检测通过中介者处理
• 工作流引擎：审批流程节点路由控制

案例：智能家居控制系统

Java 实现

// 中介者
class HomeAutomationMediator {
    private Light light;
    private Thermostat thermostat;
    
    public void setLight(Light light) { this.light = light; }
    public void setThermostat(Thermostat t) { this.thermostat = t; }
    
    public void goodMorning() {
        light.turnOn();
        thermostat.setTemperature(22);
        System.out.println("早安模式启动");
    }
}

// 同事对象
class Light {
    void turnOn() { System.out.println("灯光开启"); }
}

class Thermostat {
    void setTemperature(int temp) {
        System.out.println("温度设置为: " + temp + "°C");
    }
}

// 客户端
HomeAutomationMediator mediator = new HomeAutomationMediator();
Light light = new Light();
Thermostat thermo = new Thermostat();

mediator.setLight(light);
mediator.setThermostat(thermo);
mediator.goodMorning();

PHP 实现

// 中介者
class ECommerceMediator {
    private $inventory;
    private $payment;
    
    public function __construct(Inventory $inv, Payment $pay) {
        $this->inventory = $inv;
        $this->payment = $pay;
    }
    
    public function placeOrder(string $item) {
        if ($this->inventory->checkStock($item)) {
            $this->payment->process();
            echo "订单完成: $item\n";
        }
    }
}

// 同事对象
class Inventory {
    public function checkStock(string $item): bool {
        echo "检查库存: $item\n";
        return true;
    }
}

class Payment {
    public function process() {
        echo "支付处理中...\n";
    }
}

// 客户端
$inv = new Inventory();
$pay = new Payment();
$mediator = new ECommerceMediator($inv, $pay);
$mediator->placeOrder("手机");

优点

• 解耦核心：对象间依赖降至最低（仅依赖中介者）
• 简化交互：多对多关系转为一对多
• 集中控制：交互逻辑收敛至单一位置
• 复用性提升：同事对象可独立重用

缺点

• 中介者膨胀：协调逻辑复杂化可能导致"上帝对象"
• 性能瓶颈：高频交互场景中中介者可能成为单点瓶颈
• 设计复杂度：需精准定义交互协议

扩展

• 事件驱动中介者：同事对象通过事件通知中介者（如Spring ApplicationEvent）
• 层级中介者：复杂系统分层协调（如全球航空管制→区域塔台）
• 中介者集群：分布式场景下多中介者协同工作（如Kafka多Broker）

模式协作

• 与观察者模式：中介者常用观察者实现消息传递
• 与门面模式：门面封装子系统，中介者协调平等对象
• 与状态模式：中介者可管理对象状态转换规则

延伸思考

• 微服务架构：服务网格（如Istio）是中介者模式的云原生实践
• 区块链应用：智能合约充当去中心化中介者协调交易
• 过度设计风险：简单交互场景使用中介者反而增加复杂度

总结

中介者模式是复杂交互关系的解耦器，通过引入协调中枢将网状结构转为星型结构。其核心价值在于：交互逻辑的集中化管理与对象间的高度解耦。在GUI系统、分布式协调等场景中，中介者模式能显著提升系统可维护性和扩展性，成为架构设计中的"交互指挥官"。