设计模式-职责链模式

用户6903779807623
68 阅读7分钟

Demo案例-学校采购

需求

采购员采购教学器材

  1. 如果金额小于等于 5000, 由教学主任审批 （0<=x<=5000）
  2. 如果金额小于等于 10000, 由院长审批 (5000<x<=10000)
  3. 如果金额小于等于 30000, 由副校长审批 (10000<x<=30000)
  4. 如果金额超过 30000 以上，有校长审批 ( 30000<x)

传统方式解决方案

  1. 传统方式是：接收到一个采购请求后，根据采购金额来调用对应的 Approver (审批人)完成审批。
  2. 传统方式的问题分析 : 客户端这里会使用到 分支判断(比如 switch) 来对不同的采购请求处理， 这样就存在如下问题 (1) 如果各个级别的人员审批金额发生变化，在客户端的也需要变化 (2) 客户端必须明确的知道有多少个审批级别和访问
  3. 这样对一个采购请求进行处理 和 Approver (审批人) 就存在强耦合关系，不利于代码的扩展和维护

职责链模式方案代码

Approver【抽象类】

public abstract class Approver {

  Approver approver; // 下一个处理者
  String name; // 名字

  public Approver(String name) {
    // TODO Auto-generated constructor stub
    this.name = name;
  }

  // 下一个处理者
  public void setApprover(Approver approver) {
    this.approver = approver;
  }

  // 处理审批请求的方法，得到一个请求, 处理是子类完成，因此该方法做成抽象
  public abstract void processRequest(PurchaseRequest purchaseRequest);
}

PurchaseRequest

// 请求类
public class PurchaseRequest {

  private int type = 0; // 请求类型
  private float price = 0.0f; // 请求金额
  private int id = 0;
  // 构造器
  public PurchaseRequest(int type, float price, int id) {
    this.type = type;
    this.price = price;
    this.id = id;
  }

  public int getType() {
    return type;
  }

  public float getPrice() {
    return price;
  }

  public int getId() {
    return id;
  }
}

DepartmentApprover

// 教学主任
public class DepartmentApprover extends Approver {

  public DepartmentApprover(String name) {
    // TODO Auto-generated constructor stub
    super(name);
  }

  @Override
  public void processRequest(PurchaseRequest purchaseRequest) {
    // TODO Auto-generated method stub
    if (purchaseRequest.getPrice() <= 5000) {
      System.out.println(" 请求编号 id= " + purchaseRequest.getId() + " 被 " + this.name + " 处理");
    } else {
      approver.processRequest(purchaseRequest);
    }
  }
}

public class CollegeApprover extends Approver {

  public CollegeApprover(String name) {
    // TODO Auto-generated constructor stub
    super(name);
  }

  @Override
  public void processRequest(PurchaseRequest purchaseRequest) {
    // TODO Auto-generated method stub
    if (purchaseRequest.getPrice() > 5000 && purchaseRequest.getPrice() <= 10000) {
      System.out.println(" 请求编号 id= " + purchaseRequest.getId() + " 被 " + this.name + " 处理");
    } else {
      approver.processRequest(purchaseRequest);
    }
  }
}

// 副校长
public class ViceSchoolMasterApprover extends Approver {

  public ViceSchoolMasterApprover(String name) {
    // TODO Auto-generated constructor stub
    super(name);
  }

  @Override
  public void processRequest(PurchaseRequest purchaseRequest) {
    // TODO Auto-generated method stub
    if (purchaseRequest.getPrice() > 10000 && purchaseRequest.getPrice() <= 30000) {
      System.out.println(" 请求编号 id= " + purchaseRequest.getId() + " 被 " + this.name + " 处理");
    } else {
      approver.processRequest(purchaseRequest);
    }
  }
}

// 校长
public class SchoolMasterApprover extends Approver {

  public SchoolMasterApprover(String name) {
    // TODO Auto-generated constructor stub
    super(name);
  }

  @Override
  public void processRequest(PurchaseRequest purchaseRequest) {
    // TODO Auto-generated method stub
    if (purchaseRequest.getPrice() > 30000) {
      System.out.println(" 请求编号 id= " + purchaseRequest.getId() + " 被 " + this.name + " 处理");
    } else {
      approver.processRequest(purchaseRequest);
    }
  }
}

Client

public class Client {

  public static void main(String[] args) {
    // TODO Auto-generated method stub
    // 创建一个请求
    PurchaseRequest purchaseRequest = new PurchaseRequest(1, 4000, 1);

    // 创建相关的审批人
    DepartmentApprover departmentApprover = new DepartmentApprover("张主任");
    CollegeApprover collegeApprover = new CollegeApprover("李院长");
    ViceSchoolMasterApprover viceSchoolMasterApprover = new ViceSchoolMasterApprover("王副校");
    SchoolMasterApprover schoolMasterApprover = new SchoolMasterApprover("风校长");

    // 需要将各个审批级别的下一个设置好 (处理人构成环形: )
    departmentApprover.setApprover(collegeApprover);
    collegeApprover.setApprover(viceSchoolMasterApprover);
    viceSchoolMasterApprover.setApprover(schoolMasterApprover);
    schoolMasterApprover.setApprover(departmentApprover);

    departmentApprover.processRequest(purchaseRequest);
    viceSchoolMasterApprover.processRequest(purchaseRequest);
  }
}

职责链模式的原理和实现

  1. 职责链模式的英文翻译是 Chain Of Responsibility Design Pattern。在 GoF 的《设计模式》中，它是这么定义的：

Avoid coupling the sender of a request to its receiver by giving more than one object a chance to handle the request. Chain the receiving objects and pass the request along the chain until an object handles it.

  1. 翻译成中文就是：将请求的发送和接收解耦，让多个接收对象都有机会处理这个请求。将这些接收对象串成一条链，并沿着这条链传递这个请求，直到链上的某个接收对象能够处理它为止。
  2. 这么说比较抽象，我用更加容易理解的话来进一步解读一下。在职责链模式中，多个处理器（也就是刚刚定义中说的“接收对象”）依次处理同一个请求。一个请求先经过 A 处理器处理，然后再把请求传递给 B 处理器，B 处理器处理完后再传递给 C 处理器，以此类推，形成一个链条。链条上的每个处理器各自承担各自的处理职责，所以叫作职责链模式。
  3. 关于职责链模式，我们先来看看它的代码实现。结合代码实现，你会更容易理解它的定义。职责链模式有多种实现方式，我们这里介绍两种比较常用的。
  4. 第一种实现方式如下所示。其中，Handler 是所有处理器类的抽象父类，handle() 是抽象方法。每个具体的处理器类（HandlerA、HandlerB）的 handle() 函数的代码结构类似，如果它能处理该请求，就不继续往下传递；如果不能处理，则交由后面的处理器来处理（也就是调用 successor.handle()）。HandlerChain 是处理器链，从数据结构的角度来看，它就是一个记录了链头、链尾的链表。其中，记录链尾是为了方便添加处理器。
public abstract class Handler {
  protected Handler successor = null;

  public void setSuccessor(Handler successor) {
    this.successor = successor;
  }

  public abstract void handle();
}

public class HandlerA extends Handler {
  @Override
  public boolean handle() {
    boolean handled = false;
    // ...
    if (!handled && successor != null) {
      successor.handle();
    }
  }
}

public class HandlerB extends Handler {
  @Override
  public void handle() {

    boolean handled = false;
    // ...
    if (!handled && successor != null) {
      successor.handle();
    }
  }
}

public class HandlerChain {
  private Handler head = null;
  private Handler tail = null;

  public void addHandler(Handler handler) {
    handler.setSuccessor(null);
    if (head == null) {
      head = handler;
      tail = handler;
      return;
    }
    tail.setSuccessor(handler);
    tail = handler;
  }

  public void handle() {
    if (head != null) {
      head.handle();
    }
  }
}

// 使用举例
public class Application {
  public static void main(String[] args) {
    HandlerChain chain = new HandlerChain();
    chain.addHandler(new HandlerA());
    chain.addHandler(new HandlerB());
    chain.handle();
  }
}
  1. 实际上，上面的代码实现不够优雅。处理器类的 handle() 函数，不仅包含自己的业务逻辑，还包含对下一个处理器的调用，也就是代码中的 successor.handle()。一个不熟悉这种代码结构的程序员，在添加新的处理器类的时候，很有可能忘记在 handle() 函数中调用 successor.handle()，这就会导致代码出现 bug。
  2. 针对这个问题，我们对代码进行重构，利用模板模式，将调用 successor.handle() 的逻辑从具体的处理器类中剥离出来，放到抽象父类中。这样具体的处理器类只需要实现自己的业务逻辑就可以了。重构之后的代码如下所示：
public abstract class Handler {
  protected Handler successor = null;

  public void setSuccessor(Handler successor) {
    this.successor = successor;
  }

  public final void handle() {
    boolean handled = doHandle();
    if (successor != null && !handled) {
      successor.handle();
    }
  }

  protected abstract boolean doHandle();
}

public class HandlerA extends Handler {
  @Override
  protected boolean doHandle() {
    boolean handled = false;
    // ...
    return handled;
  }
}

public class HandlerB extends Handler {

  @Override
  protected boolean doHandle() {
    boolean handled = false;
    // ...
    return handled;
  }
}

// HandlerChain和Application代码不变

我们再来看第二种实现方式，代码如下所示。这种实现方式更加简单。HandlerChain 类用数组而非链表来保存所有的处理器，并且需要在 HandlerChain 的 handle() 函数中，依次调用每个处理器的 handle() 函数。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public interface IHandler {
  boolean handle();
}

public class HandlerA implements IHandler {
  @Override
  public boolean handle() {
    boolean handled = false;
    // ...
    return handled;
  }
}

public class HandlerB implements IHandler {
  @Override
  public boolean handle() {
    boolean handled = false;
    // ...
    return handled;
  }
}

public class HandlerChain {
  private List<IHandler> handlers = new ArrayList<>();

  public void addHandler(IHandler handler) {
    this.handlers.add(handler);
  }

  public void handle() {
    for (IHandler handler : handlers) {
      boolean handled = handler.handle();
      if (handled) {
        break;
      }
    }
  }
}

// 使用举例
public class Application {
  public static void main(String[] args) {
    HandlerChain chain = new HandlerChain();
    chain.addHandler(new HandlerA());
    chain.addHandler(new HandlerB());
    chain.handle();
  }
}

在 GoF 给出的定义中，如果处理器链上的某个处理器能够处理这个请求，那就不会继续往下传递请求。实际上，职责链模式还有一种变体，那就是请求会被所有的处理器都处理一遍，不存在中途终止的情况。这种变体也有两种实现方式：用链表存储处理器和用数组存储处理器，跟上面的两种实现方式类似，只需要稍微修改即可。我这里只给出其中一种实现方式，如下所示。另外一种实现方式你对照着上面的实现自行修改。我这里只给出其中一种实现方式，如下所示。另外一种实现方式你对照着上面的实现自行修改。

public abstract class Handler {
  protected Handler successor = null;
  
  public void setSuccessor(Handler successor) {
    this.successor = successor;
  }

  public final void handle() {
    doHandle();
    if (successor != null) {
      successor.handle();
    }
  }
  protected abstract void doHandle();
}

public class HandlerA extends Handler {

  @Override
  protected void doHandle() {
    // ...
  }
}

public class HandlerB extends Handler {

  @Override
  protected void doHandle() {
    // ...
  }
}

public class HandlerChain {
  private Handler head = null;
  private Handler tail = null;

  public void addHandler(Handler handler) {
    handler.setSuccessor(null);
    if (head == null) {
      head = handler;
      tail = handler;
      return;
    }
    tail.setSuccessor(handler);
    tail = handler;
  }

  public void handle() {
    if (head != null) {
      head.handle();
    }
  }
}

// 使用举例

public class Application {
  public static void main(String[] args) {
    HandlerChain chain = new HandlerChain();
    chain.addHandler(new HandlerA());
    chain.addHandler(new HandlerB());
    chain.handle();
  }
}

职责链模式的应用场景举例

  1. 职责链模式的原理和实现讲完了，我们再通过一个实际的例子，来学习一下职责链模式的应用场景。
  2. 对于支持 UGC（User Generated Content，用户生成内容）的应用（比如论坛）来说，用户生成的内容（比如，在论坛中发表的帖子）可能会包含一些敏感词（比如涉黄、广告、反动等词汇）。针对这个应用场景，我们就可以利用职责链模式来过滤这些敏感词。
  3. 对于包含敏感词的内容，我们有两种处理方式，一种是直接禁止发布，另一种是给敏感词打马赛克（比如，用 *** 替换敏感词）之后再发布。第一种处理方式符合 GoF 给出的职责链模式的定义，第二种处理方式是职责链模式的变体。
  4. 我们这里只给出第一种实现方式的代码示例，如下所示，并且，我们只给出了代码实现的骨架，具体的敏感词过滤算法并没有给出。
public interface SensitiveWordFilter {
  boolean doFilter(Content content);
}

public class SexyWordFilter implements SensitiveWordFilter {
  @Override
  public boolean doFilter(Content content) {
    boolean legal = true;
    // ...
    return legal;
  }
}

// PoliticalWordFilter、AdsWordFilter类代码结构与SexyWordFilter类似
public class SensitiveWordFilterChain {
  private List<SensitiveWordFilter> filters = new ArrayList<>();

  public void addFilter(SensitiveWordFilter filter) {
    this.filters.add(filter);
  }

  // return true if content doesn't contain sensitive words.
  public boolean filter(Content content) {
    for (SensitiveWordFilter filter : filters) {
      if (!filter.doFilter(content)) {
        return false;
      }
    }
    return true;
  }
}

public class ApplicationDemo {
  public static void main(String[] args) {
    SensitiveWordFilterChain filterChain = new SensitiveWordFilterChain();
    filterChain.addFilter(new AdsWordFilter());
    filterChain.addFilter(new SexyWordFilter());
    filterChain.addFilter(new PoliticalWordFilter());
    boolean legal = filterChain.filter(new Content());

    if (!legal) {
      // 不发表
    } else {
      // 发表
    }
  }
}

看了上面的实现，你可能会说，我像下面这样也可以实现敏感词过滤功能，而且代码更加简单，为什么非要使用职责链模式呢？这是不是过度设计呢？

public class SensitiveWordFilter {
  // return true if content doesn't contain sensitive words.
  public boolean filter(Content content) {
    if (!filterSexyWord(content)) {
      return false;
    }

    if (!filterAdsWord(content)) {
      return false;
    }

    if (!filterPoliticalWord(content)) {
      return false;
    }

    return true;
  }

  private boolean filterSexyWord(Content content) {
    // ....
  }

  private boolean filterAdsWord(Content content) {
    // ...
  }

  private boolean filterPoliticalWord(Content content) {
    // ...
  }
}

我们前面多次讲过，应用设计模式主要是为了应对代码的复杂性，让其满足开闭原则，提高代码的扩展性。这里应用职责链模式也不例外。实际上，我们在讲解策略模式的时候，也讲过类似的问题，比如，为什么要用策略模式？当时的给出的理由，与现在应用职责链模式的理由，几乎是一样的，你可以结合着当时的讲解一块来看下。

首先，我们来看，职责链模式如何应对代码的复杂性。

将大块代码逻辑拆分成函数，将大类拆分成小类，是应对代码复杂性的常用方法。应用职责链模式，我们把各个敏感词过滤函数继续拆分出来，设计成独立的类，进一步简化了 SensitiveWordFilter 类，让 SensitiveWordFilter 类的代码不会过多，过复杂。

其次，我们再来看，职责链模式如何让代码满足开闭原则，提高代码的扩展性。

  1. 当我们要扩展新的过滤算法的时候，比如，我们还需要过滤特殊符号，按照非职责链模式的代码实现方式，我们需要修改 SensitiveWordFilter 的代码，违反开闭原则。不过，这样的修改还算比较集中，也是可以接受的。而职责链模式的实现方式更加优雅，只需要新添加一个 Filter 类，并且通过 addFilter() 函数将它添加到 FilterChain 中即可，其他代码完全不需要修改。
  2. 不过，你可能会说，即便使用职责链模式来实现，当添加新的过滤算法的时候，还是要修改客户端代码（ApplicationDemo），这样做也没有完全符合开闭原则。
  3. 实际上，细化一下的话，我们可以把上面的代码分成两类：框架代码和客户端代码。其中，ApplicationDemo 属于客户端代码，也就是使用框架的代码。除 ApplicationDemo 之外的代码属于敏感词过滤框架代码。
  4. 假设敏感词过滤框架并不是我们开发维护的，而是我们引入的一个第三方框架，我们要扩展一个新的过滤算法，不可能直接去修改框架的源码。这个时候，利用职责链模式就能达到开篇所说的，在不修改框架源码的情况下，基于职责链模式提供的扩展点，来扩展新的功能。换句话说，我们在框架这个代码范围内实现了开闭原则。
  5. 除此之外，利用职责链模式相对于不用职责链的实现方式，还有一个好处，那就是配置过滤算法更加灵活，可以只选择使用某几个过滤算法。

除此之外，我们还提到，职责链模式常用在框架的开发中，为框架提供扩展点，让框架的使用者在不修改框架源码的情况下，基于扩展点添加新的功能。实际上，更具体点来说，职责链模式最常用来开发框架的过滤器和拦截器。今天，我们就通过 Servlet Filter、Spring Interceptor 这两个 Java 开发中常用的组件，来具体讲讲它在框架开发中的应用。

avatar
文章
阅读
粉丝