设计模式-责任链模式学习之旅

Mark_Zoe
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一、什么是责任链模式？

责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）是将链中每一个节点看作是一个对象，每一个节点处理的请求均不同，且内部自动维护一个下一个节点对象。当一个请求从链式的首端发出时，会沿着链的路径依次传递给每一个节点对象，直至有对象处理这个请求为止。属于行为型模式。

多个对象都有机会处理请求，从而避免了请求的发送者和接收者之间的耦合关系。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它为止。

二、责任链模式的应用场景

在日常生活中责任链模式还是比较常见的，我们平时工作处理一些事情，往往是各部门之间协同合作的完成某一个任务。而每个部门都有各自的职责，因此，很多时候事情完成一半，便会转交给下一个部门，直到所有部门都过一遍之后事情才能完成。还有我们平时俗话说的过五关、斩六将其实也是一种责任链。

责任链模式主要是解耦了请求与处理，客户只需要将请求发送到链上即可，无需关心请求的具体内容和处理细节，请求会自动进行传递直至有节点对象进行处理。适用于以下应用场景：

  1. 多个对象可以处理同一请求，但具体由哪个对象处理则在运行时动态决定。
  2. 可动态指定一组对象处理请求。

三、责任链模式涉及的角色

首先来看下责任链模式的通用UML类图：

image.png

从UML类图中，我们可以看到，责任链模式主要包含两种角色：

  1. 抽象处理者（Handler）：定义一个请求处理的方法，并维护一个下一个处理节点Handler对象的引用。
  2. 具体处理者（ConcreteHandler）：对请求进行处理，如果不感兴趣，则进行转发。

责任链模式的本质是解耦请求与处理，让请求在处理链中能进行传递与被处理，理解责任链模式应当理解的是其模式（道）而不是其具体实现（术），责任链模式的独到之处是其将节点处理者组合成了链式结构，并允许节点自身决定是否进行请求处理或转发，相当于让请求流动了起来。

四、利用责任链模式进行数据校验拦截

首先，创建一个实体类Member：

@Data
public class Member {

    private String loginName;
    private String loginPass;
    private String roleName;

    public Member(String loginName, String loginPass) {
        this.loginName = loginName;
        this.loginPass = loginPass;
    }
}

然后看一段我们经常写的代码：

public class MemberService {

    public void login(String loginName, String loginPass) {
        if (null == loginName || loginName.trim().equals("")) {
            return;
        }
        if (null == loginPass || loginPass.trim().equals("")) {
            return;
        }
        Member member = checkExists(loginName, loginPass);
        if (member == null) {
            System.out.println("用户不存在~~~");
            return;
        }
        if (!"管理员".equals(member.getRoleName())) {
            System.out.println("您不是管理员，没有操作权限~");
            return;
        }
        System.out.println("允许操作");
    }

    private Member checkExists(String loginName, String loginPass) {
        Member member = new Member(loginName, loginPass);
        member.setRoleName("管理员");
        return member;
    }

    public static void main(String[] args) {
        MemberService memberService = new MemberService();
        memberService.login("mark", "666888");
    }

}

请问各位小伙伴，你们是不是经常这么干？上面的代码中，主要功能是做了登录前的数据校验，然后判断逻辑是有先后顺序的。首先做非空判断，然后检查账号是否有效，最终获得用户角色。然后根据用户角色所拥有的的权限再匹配是否有操作权限。那么这样的校验性代码一般都是必不可少的，但是写在具体的业务代码又显得代码非常臃肿，因此我们可以用责任链模式，将这些检查步骤串联起来，而且不影响代码美观。可以使得我们在编码时可以更加专注于某一个具体的业务逻辑处理。

下面我们用责任链模式来优化一下代码，首先创建一个Handler类：

public abstract class Handler {

    protected Handler chain;

    public void next(Handler handler) {
        this.chain = handler;
    }

    public abstract void doHandle(Member member);
}

我们分别创建非空校验ValidateHandler类、登录校验LoginHandler类和权限校验AuthHandler类，来看代码ValidateHandler类：

public class ValidateHandler extends Handler {
    @Override
    public void doHandle(Member member) {
        if (null == member.getLoginName() || member.getLoginName().trim().equals("")) {
            return;
        }
        if (null == member.getLoginPass() || member.getLoginPass().equals("")) {
            return;
        }
        System.out.println("用户名和密码校验成功，可以往下执行");
        chain.doHandle(member);
    }
}

LoginHandler类：

public class LoginHandler extends Handler {
    @Override
    public void doHandle(Member member) {
        System.out.println("登录成功");
        member.setRoleName("管理员");
        chain.doHandle(member);
    }
}

AuthHandler类：

public class AuthHandler extends Handler {
    @Override
    public void doHandle(Member member) {
        if (!"管理员".equals(member.getRoleName())) {
            System.out.println("您不是管理员，没有操作权限~");
            return;
        }
        System.out.println("您是管理员，允许操作");
    }
}

接下来，修改MemberService中的代码，其实我们只需要将前面定义好的几个Handler，根据业务需求串联起来，形成一条链即可。

public class MemberService {

    public void login(String loginName, String loginPass) {
        Handler validateHandler = new ValidateHandler();
        Handler loginHandler = new LoginHandler();
        Handler authHandler = new AuthHandler();

        validateHandler.next(loginHandler);
        loginHandler.next(authHandler);

        validateHandler.doHandle(new Member(loginName, loginPass));
    }
  
}

来看客户端调用代码：

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        MemberService memberService = new MemberService();
        memberService.login("mark", "666888");
    }
}

image.png

其实我们平时使用的很多权限校验框架都是运用这样一个原理，将各个维度的权限处理解耦之后再串联起来，各自只处理各自相关的职责。如果职责与自己不相关则抛给链上的下一个Handler，俗称踢皮球。

五、责任链模式和建造者模式结合使用

因为责任链模式具备链式结构，而上面代码中，我们看到，负责组装链式结构的角色是MemberService，当链式结构较长时，MemberService的工作会非常繁琐，并且MemberService代码相对臃肿，且后续更改处理者或消息类型时，都必须在MemberService中进行修改，不符合开闭原则。产生这些问题的原因就是因为链式结构的组装过于复杂，而对于复杂结构的创建，很自然我们就会想到建造者模式，使用建造者模式，我们完全可以对MemberService指定的处理节点对象进行自动链式组装，客户只需指定处理节点对象，其他任何事情都无需关心，并且客户指定的处理节点对象顺序不同，构造出来的链式结构也随之不同。我们来改造一下，修改Handler代码：

public abstract class Handler<T> {

    protected Handler chain;

    public void next(Handler handler) {
        this.chain = handler;
    }

    public abstract void doHandle(T t);

    public static class Builder<T> {
        private Handler<T> head;
        private Handler<T> tail;

        public Builder<T> addHandler(Handler<T> handler) {
            if (this.head == null) {
                this.head = this.tail = handler;
                return this;
            }
            this.tail.next(handler);
            this.tail = handler;
            return this;
        }

        public Handler<T> build() {
            return this.head;
        }
    }
}

然后修改MemberService代码：

public class MemberService {

    public void login(String loginName, String loginPass) {
        Handler.Builder builder = new Handler.Builder();
        builder.addHandler(new ValidateHandler())
                .addHandler(new LoginHandler())
                .addHandler(new AuthHandler());

        builder.build().doHandle(new Member(loginName, loginPass));
    }
  
}

因为建造者模式要构建的是节点处理者，因此我们把Builder作为Handler的静态内部类，并且因为客户端无需进行链式组装，因此我们还可以把链式组装方法next()方法设置为private，使Handler更加高内聚，代码如下：

public abstract class Handler<T> {

    protected Handler chain;

    private void next(Handler handler) {
        this.chain = handler;
    }

    public abstract void doHandle(T t);

    public static class Builder<T> {
        private Handler<T> head;
        private Handler<T> tail;

        public Builder<T> addHandler(Handler<T> handler) {
            if (this.head == null) {
                this.head = this.tail = handler;
                return this;
            }
            this.tail.next(handler);
            this.tail = handler;
            return this;
        }

        public Handler<T> build() {
            return this.head;
        }
    }
}

通过这个案例，小伙伴们应该已经感受到责任链和建造者结合的精髓了。

六、责任链模式在源码中的体现

首先我们来看责任链模式在JDK中的应用，来看一个J2EE标准中非常常见的Filter类：

public interface Filter {

    public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException;

    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException;

    public void destroy();
}

这个Filter接口的定义非常简单，相当于责任链模型中的Handler抽象角色，那么它是如何形成一条责任链的呢？来看另外一个类，其实在doFilter()方法的最后一个参数我们已经看到其类型是FilterChain类，来看它的源码：

public interface FilterChain {

    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response) throws IOException, ServletException;
}

FilterChain类中也只定义了一个doFilter()方法，那么它们是怎么串联成一个责任链的呢？实际上J2EE只是定义了一个规范，具体处理逻辑是由使用者自己实现。我们来看一个Spring的实现MockFilterChain类：

public class MockFilterChain implements FilterChain {
    @Nullable
    private ServletRequest request;
    @Nullable
    private ServletResponse response;
    private final List<Filter> filters;
    @Nullable
    private Iterator<Filter> iterator;

    ......

    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response) throws IOException, ServletException {
        Assert.notNull(request, "Request must not be null");
        Assert.notNull(response, "Response must not be null");
        Assert.state(this.request == null, "This FilterChain has already been called!");
        if (this.iterator == null) {
            this.iterator = this.filters.iterator();
        }

        if (this.iterator.hasNext()) {
            Filter nextFilter = (Filter)this.iterator.next();
            nextFilter.doFilter(request, response, this);
        }

        this.request = request;
        this.response = response;
    }

    ......
}

它把链条中的所有Filter放到List中，然后在调用doFilter()方法时循环迭代List，也就是说List中的Filter会顺序执行。

七、责任链模式的优缺点

优点：

  1. 将请求与处理解耦。
  2. 请求处理者（节点对象）只需关注自己感兴趣的请求进行处理即可，对于不感兴趣的请求，直接转发给下一级节点对象。
  3. 具备链式传递处理请求功能，请求发送者无需知晓链路结构，只需等待请求处理结果。
  4. 链路结构灵活，可以通过改变链路结构动态地新增或删减责任。
  5. 易于扩展新的请求处理类（节点），符合开闭原则。

缺点：

  1. 责任链太长或者处理时间过长，会影响整体性能。
  2. 如果节点对象存在循环引用时，会造成死循环，导致系统崩溃。

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