TypeScript设计模式：责任链模式

RoyLin
54 阅读5分钟

责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）是一种行为型设计模式，允许将请求沿处理者链传递，直到某个处理者处理请求或链结束为止。它通过解耦请求发送者和处理者，提供灵活的请求处理机制。

设计模式原理

责任链模式通过构建一个处理者链，允许请求在链中传递，每个处理者决定是否处理请求或传递给下一个处理者。在Express.js中，中间件天然适合责任链模式，每个中间件处理请求的一部分逻辑，并通过next()函数传递给后续中间件。

结构

  • 处理者接口（Handler）：定义处理请求的方法和设置下一个处理者的方法。
  • 具体处理者（ConcreteHandler）：实现处理逻辑，决定是否处理或传递请求。
  • 客户端（Client）：发起请求并通过处理链处理。

优点

  • 解耦性：请求发送者与处理者解耦，客户端无需知道具体处理者。
  • 灵活性：动态调整中间件顺序或添加新中间件。
  • 可扩展性：新增处理者只需实现新中间件，无需修改现有代码。
  • 模块化：每个中间件职责单一，易于维护。

缺点

  • 性能开销：长链可能导致请求传递开销。
  • 未处理风险：若链配置不当，请求可能无人处理。
  • 复杂性增加：复杂中间件链可能增加调试难度。
  • 状态管理：中间件间共享状态需小心设计。

适用场景

  • 请求处理管道：如Web应用的认证、日志、数据验证。
  • 多级处理：如权限检查、请求预处理。
  • 动态流程：处理者顺序或逻辑需动态调整。
  • 中间件系统：如Express、Koa的中间件机制。

TypeScript 实现示例

我们实现一个Express.js应用，通过责任链模式处理API请求的认证和授权流程。中间件链包括日志记录、认证检查和权限验证，处理用户请求（如访问受限资源）。

项目结构

express-middleware/
├── src/
│   ├── middlewares/
│   │   ├── logging.middleware.ts
│   │   ├── auth.middleware.ts
│   │   ├── permission.middleware.ts
│   ├── routes/
│   │   ├── user.route.ts
│   ├── app.ts
│   ├── main.ts
├── tsconfig.json
├── package.json

1. 安装依赖

npm init -y
npm install express @types/express typescript @types/node ts-node
npx tsc --init

配置 tsconfig.json：

{
  "compilerOptions": {
    "target": "ES2020",
    "module": "commonjs",
    "strict": true,
    "moduleResolution": "node",
    "outDir": "./dist",
    "rootDir": "./src"
  }
}

配置 package.json：

{
  "scripts": {
    "start": "npx ts-node src/main.ts"
  }
}

2. 定义日志中间件 (middlewares/logging.middleware.ts)

import { Request, Response, NextFunction } from 'express';

export function loggingMiddleware(req: Request, res: Response, next: NextFunction): void {
  console.log(`日志中间件：处理请求 ${req.method} ${req.url}`);
  next();
}

说明：loggingMiddleware记录请求的HTTP方法和URL，调用next()传递给下一个中间件。

3. 定义认证中间件 (middlewares/auth.middleware.ts)

import { Request, Response, NextFunction } from 'express';

export function authMiddleware(req: Request, res: Response, next: NextFunction): void {
  const authHeader = req.headers['authorization'];
  if (authHeader && authHeader === 'Bearer valid-token') {
    console.log('认证中间件：用户认证通过');
    next();
  } else {
    console.log('认证中间件：用户认证失败，无效令牌');
    res.status(401).json({ error: '未授权：无效令牌' });
  }
}

说明：authMiddleware检查请求头中的令牌，验证通过则调用next()，否则返回401错误。

4. 定义权限中间件 (middlewares/permission.middleware.ts)

import { Request, Response, NextFunction } from 'express';

export function permissionMiddleware(req: Request, res: Response, next: NextFunction): void {
  const userRole = req.headers['user-role'] as string;
  if (userRole === 'admin') {
    console.log('权限中间件：用户具有管理员权限');
    next();
  } else {
    console.log('权限中间件：用户权限不足');
    res.status(403).json({ error: '禁止访问：权限不足' });
  }
}

说明：permissionMiddleware检查用户角色，管理员通过，否则返回403错误。

5. 定义路由 (routes/user.route.ts)

import { Router } from 'express';
import { loggingMiddleware } from '../middlewares/logging.middleware';
import { authMiddleware } from '../middlewares/auth.middleware';
import { permissionMiddleware } from '../middlewares/permission.middleware';

const router = Router();

router.get(
  '/protected-resource',
  loggingMiddleware,
  authMiddleware,
  permissionMiddleware,
  (req: Request, res: Response) => {
    console.log('路由处理：访问受限资源成功');
    res.json({ message: '成功访问受限资源' });
  }
);

export default router;

说明：路由定义中间件链（日志→认证→权限），成功通过所有中间件后返回响应。

6. 定义应用 (app.ts)

import express, { Express } from 'express';
import userRoutes from './routes/user.route';

export function createApp(): Express {
  const app = express();
  app.use(express.json());
  app.use('/api', userRoutes);
  return app;
}

说明：createApp配置Express应用，注册路由。

7. 入口文件 (main.ts)

import { createApp } from './app';

async function bootstrap() {
  const app = createApp();
  await app.listen(3000);
  console.log('应用启动在 http://localhost:3000');
}
bootstrap();

8. 编译与运行

npx tsc
npm start

9. 测试示例

使用工具（如Postman）发送HTTP请求测试：

  • 有效请求（通过所有中间件）：

    GET http://localhost:3000/api/protected-resource
Authorization: Bearer valid-token
user-role: admin

  • 无效令牌请求：

    GET http://localhost:3000/api/protected-resource
Authorization: Bearer invalid-token
user-role: admin

  • 权限不足请求：

    GET http://localhost:3000/api/protected-resource
Authorization: Bearer valid-token
user-role: user

运行后，控制台输出类似：

  • 有效请求：

    应用启动在 http://localhost:3000
日志中间件：处理请求 GET /api/protected-resource
认证中间件：用户认证通过
权限中间件：用户具有管理员权限
路由处理：访问受限资源成功

  • 无效令牌请求：

    日志中间件：处理请求 GET /api/protected-resource
认证中间件：用户认证失败，无效令牌

  • 权限不足请求：

    日志中间件：处理请求 GET /api/protected-resource
认证中间件：用户认证通过
权限中间件：用户权限不足

响应示例：

  • 有效请求：{ "message": "成功访问受限资源" }
  • 无效令牌：{ "error": "未授权：无效令牌" }
  • 权限不足：{ "error": "禁止访问：权限不足" }

解释输出：

  • 中间件按顺序执行（日志→认证→权限），每个中间件决定是否调用next()。
  • 认证失败或权限不足时，链中断，返回错误响应。
  • 责任链模式通过Express中间件实现，解耦请求处理逻辑。

总结

责任链模式的优点在于其解耦性、灵活性、可扩展性和模块化。客户端（路由）与处理者（中间件）解耦；中间件顺序可动态调整；新增中间件无需修改现有代码；每个中间件职责单一。该模式特别适用于请求处理管道、多级处理、动态流程和中间件系统场景，如Express.js的认证授权、日志记录、数据验证和Web请求处理管道。

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