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职责链模式

职责链模式用于分离不同职责，并且动态组合相关职责。

Golang实现职责链模式时候，因为没有继承的支持，使用链对象包涵职责的方式，即：

  • 链对象包含当前职责对象以及下一个职责链。
  • 职责对象提供接口表示是否能处理对应请求。
  • 职责对象提供处理函数处理相关职责。

同时可在职责链类中实现职责接口相关函数，使职责链对象可以当做一般职责对象是用。

责任链

阅读: 104771

使多个对象都有机会处理请求，从而避免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。

责任链模式（Chain of Responsibility）是一种处理请求的模式，它让多个处理器都有机会处理该请求，直到其中某个处理成功为止。责任链模式把多个处理器串成链，然后让请求在链上传递：

     ┌─────────┐
     │ Request │
     └─────────┘
          │
┌ ─ ─ ─ ─ ┼ ─ ─ ─ ─ ┐
          ▼
│  ┌─────────────┐  │
   │ ProcessorA  │
│  └─────────────┘  │
          │
│         ▼         │
   ┌─────────────┐
│  │ ProcessorB  │  │
   └─────────────┘
│         │         │
          ▼
│  ┌─────────────┐  │
   │ ProcessorC  │
│  └─────────────┘  │
          │
└ ─ ─ ─ ─ ┼ ─ ─ ─ ─ ┘
          │
          ▼

在实际场景中，财务审批就是一个责任链模式。假设某个员工需要报销一笔费用，审核者可以分为：

  • Manager：只能审核1000元以下的报销；
  • Director：只能审核10000元以下的报销；
  • CEO：可以审核任意额度。

用责任链模式设计此报销流程时，每个审核者只关心自己责任范围内的请求，并且处理它。对于超出自己责任范围的，扔给下一个审核者处理，这样，将来继续添加审核者的时候，不用改动现有逻辑。

我们来看看如何实现责任链模式。

首先，我们要抽象出请求对象，它将在责任链上传递：

public class Request {
    private String name;
    private BigDecimal amount;

    public Request(String name, BigDecimal amount) {
        this.name = name;
        this.amount = amount;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public BigDecimal getAmount() {
        return amount;
    }
}

其次，我们要抽象出处理器：

public interface Handler {
    // 返回Boolean.TRUE = 成功
    // 返回Boolean.FALSE = 拒绝
    // 返回null = 交下一个处理
	Boolean process(Request request);
}

并且做好约定：如果返回Boolean.TRUE，表示处理成功，如果返回Boolean.FALSE，表示处理失败（请求被拒绝），如果返回null，则交由下一个Handler处理。

然后，依次编写ManagerHandler、DirectorHandler和CEOHandler。以ManagerHandler为例：

public class ManagerHandler implements Handler {
    public Boolean process(Request request) {
        // 如果超过1000元，处理不了，交下一个处理:
        if (request.getAmount().compareTo(BigDecimal.valueOf(1000)) > 0) {
            return null;
        }
        // 对Bob有偏见:
        return !request.getName().equalsIgnoreCase("bob");
    }
}

有了不同的Handler后，我们还要把这些Handler组合起来，变成一个链，并通过一个统一入口处理：

public class HandlerChain {
    // 持有所有Handler:
    private List<Handler> handlers = new ArrayList<>();

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

    public boolean process(Request request) {
        // 依次调用每个Handler:
        for (Handler handler : handlers) {
            Boolean r = handler.process(request);
            if (r != null) {
                // 如果返回TRUE或FALSE，处理结束:
                System.out.println(request + " " + (r ? "Approved by " : "Denied by ") + handler.getClass().getSimpleName());
                return r;
            }
        }
        throw new RuntimeException("Could not handle request: " + request);
    }
}

现在，我们就可以在客户端组装出责任链，然后用责任链来处理请求：

// 构造责任链:
HandlerChain chain = new HandlerChain();
chain.addHandler(new ManagerHandler());
chain.addHandler(new DirectorHandler());
chain.addHandler(new CEOHandler());
// 处理请求:
chain.process(new Request("Bob", new BigDecimal("123.45")));
chain.process(new Request("Alice", new BigDecimal("1234.56")));
chain.process(new Request("Bill", new BigDecimal("12345.67")));
chain.process(new Request("John", new BigDecimal("123456.78")));

责任链模式本身很容易理解，需要注意的是，Handler添加的顺序很重要，如果顺序不对，处理的结果可能就不是符合要求的。

此外，责任链模式有很多变种。有些责任链的实现方式是通过某个Handler手动调用下一个Handler来传递Request，例如：

public class AHandler implements Handler {
    private Handler next;
    public void process(Request request) {
        if (!canProcess(request)) {
            // 手动交给下一个Handler处理:
            next.process(request);
        } else {
            ...
        }
    }
}

还有一些责任链模式，每个Handler都有机会处理Request，通常这种责任链被称为拦截器（Interceptor）或者过滤器（Filter），它的目的不是找到某个Handler处理掉Request，而是每个Handler都做一些工作，比如：

  • 记录日志；
  • 检查权限；
  • 准备相关资源；
  • ...

例如，JavaEE的Servlet规范定义的Filter就是一种责任链模式，它不但允许每个Filter都有机会处理请求，还允许每个Filter决定是否将请求“放行”给下一个Filter：

public class AuditFilter implements Filter {
    public void doFilter(ServletRequest req, ServletResponse resp, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
        log(req);
        if (check(req)) {
            // 放行:
            chain.doFilter(req, resp);
        } else {
            // 拒绝:
            sendError(resp);
        }
    }
}

这种模式不但允许一个Filter自行决定处理ServletRequest和ServletResponse，还可以“伪造”ServletRequest和ServletResponse以便让下一个Filter处理，能实现非常复杂的功能。

练习

从img下载练习：使用责任链模式实现审批 （推荐使用IDE练习插件快速下载）

小结

责任链模式是一种把多个处理器组合在一起，依次处理请求的模式；

责任链模式的好处是添加新的处理器或者重新排列处理器非常容易；

责任链模式经常用在拦截、预处理请求等。

在现实生活中，一个事件需要经过多个对象处理是很常见的场景。例如，采购审批流程、请假流程等。公司员工请假，可批假的领导有部门负责人、副总经理、总经理等，但每个领导能批准的天数不同，员工必须根据需要请假的天数去找不同的领导签名，也就是说员工必须记住每个领导的姓名、电话和地址等信息，这无疑增加了难度。

在计算机软硬件中也有相关例子，如总线网中数据报传送，每台计算机根据目标地址是否同自己的地址相同来决定是否接收；还有异常处理中，处理程序根据异常的类型决定自己是否处理该异常；还有 Struts2 的拦截器、JSP 和 Servlet 的 Filter 等，所有这些，都可以考虑使用责任链模式来实现。

模式的定义与特点

责任链（Chain of Responsibility）模式的定义：为了避免请求发送者与多个请求处理者耦合在一起，于是将所有请求的处理者通过前一对象记住其下一个对象的引用而连成一条链；当有请求发生时，可将请求沿着这条链传递，直到有对象处理它为止。

注意：责任链模式也叫职责链模式。

在责任链模式中，客户只需要将请求发送到责任链上即可，无须关心请求的处理细节和请求的传递过程，请求会自动进行传递。所以责任链将请求的发送者和请求的处理者解耦了。

责任链模式是一种对象行为型模式，其主要优点如下。

  1. 降低了对象之间的耦合度。该模式使得一个对象无须知道到底是哪一个对象处理其请求以及链的结构，发送者和接收者也无须拥有对方的明确信息。
  2. 增强了系统的可扩展性。可以根据需要增加新的请求处理类，满足开闭原则。
  3. 增强了给对象指派职责的灵活性。当工作流程发生变化，可以动态地改变链内的成员或者调动它们的次序，也可动态地新增或者删除责任。
  4. 责任链简化了对象之间的连接。每个对象只需保持一个指向其后继者的引用，不需保持其他所有处理者的引用，这避免了使用众多的 if 或者 if···else 语句。
  5. 责任分担。每个类只需要处理自己该处理的工作，不该处理的传递给下一个对象完成，明确各类的责任范围，符合类的单一职责原则。

其主要缺点如下。

  1. 不能保证每个请求一定被处理。由于一个请求没有明确的接收者，所以不能保证它一定会被处理，该请求可能一直传到链的末端都得不到处理。
  2. 对比较长的职责链，请求的处理可能涉及多个处理对象，系统性能将受到一定影响。
  3. 职责链建立的合理性要靠客户端来保证，增加了客户端的复杂性，可能会由于职责链的错误设置而导致系统出错，如可能会造成循环调用。

模式的结构与实现

通常情况下，可以通过数据链表来实现职责链模式的数据结构。

1. 模式的结构

职责链模式主要包含以下角色。

  1. 抽象处理者（Handler）角色：定义一个处理请求的接口，包含抽象处理方法和一个后继连接。
  2. 具体处理者（Concrete Handler）角色：实现抽象处理者的处理方法，判断能否处理本次请求，如果可以处理请求则处理，否则将该请求转给它的后继者。
  3. 客户类（Client）角色：创建处理链，并向链头的具体处理者对象提交请求，它不关心处理细节和请求的传递过程。

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其模式，而不是其具体实现。责任链模式的独到之处是将其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，相当于让请求流动起来。

其结构图如图 1 所示。客户端可按图 2 所示设置责任链。

责任链模式的结构图 图1 责任链模式的结构图

责任链 图2 责任链

2. 模式的实现

职责链模式的实现代码如下：

package chainOfResponsibility;public class ChainOfResponsibilityPattern {    public static void main(String[] args) {        //组装责任链        Handler handler1 = new ConcreteHandler1();        Handler handler2 = new ConcreteHandler2();        handler1.setNext(handler2);        //提交请求        handler1.handleRequest("two");    }}//抽象处理者角色abstract class Handler {    private Handler next;    public void setNext(Handler next) {        this.next = next;    }    public Handler getNext() {        return next;    }    //处理请求的方法    public abstract void handleRequest(String request);}//具体处理者角色1class ConcreteHandler1 extends Handler {    public void handleRequest(String request) {        if (request.equals("one")) {            System.out.println("具体处理者1负责处理该请求！");        } else {            if (getNext() != null) {                getNext().handleRequest(request);            } else {                System.out.println("没有人处理该请求！");            }        }    }}//具体处理者角色2class ConcreteHandler2 extends Handler {    public void handleRequest(String request) {        if (request.equals("two")) {            System.out.println("具体处理者2负责处理该请求！");        } else {            if (getNext() != null) {                getNext().handleRequest(request);            } else {                System.out.println("没有人处理该请求！");            }        }    }}

程序运行结果如下：

具体处理者2负责处理该请求！

在上面代码中，我们把消息硬编码为 String 类型，而在真实业务中，消息是具备多样性的，可以是 int、String 或者自定义类型。因此，在上面代码的基础上，可以对消息类型进行抽象 Request，增强了消息的兼容性。

模式的应用实例

【例1】用责任链模式设计一个请假条审批模块。

分析：假如规定学生请假小于或等于 2 天，班主任可以批准；小于或等于 7 天，系主任可以批准；小于或等于 10 天，院长可以批准；其他情况不予批准；这个实例适合使用职责链模式实现。

首先，定义一个领导类（Leader），它是抽象处理者，包含了一个指向下一位领导的指针 next 和一个处理假条的抽象处理方法 handleRequest(int LeaveDays)；然后，定义班主任类（ClassAdviser）、系主任类（DepartmentHead）和院长类（Dean），它们是抽象处理者的子类，是具体处理者，必须根据自己的权力去实现父类的 handleRequest(int LeaveDays) 方法，如果无权处理就将假条交给下一位具体处理者，直到最后；客户类负责创建处理链，并将假条交给链头的具体处理者（班主任）。图 3 所示是其结构图。

请假条审批模块的结构图 图3 请假条审批模块的结构图

程序代码如下：

package chainOfResponsibility;public class LeaveApprovalTest {    public static void main(String[] args) {        //组装责任链        Leader teacher1 = new ClassAdviser();        Leader teacher2 = new DepartmentHead();        Leader teacher3 = new Dean();        //Leader teacher4=new DeanOfStudies();        teacher1.setNext(teacher2);        teacher2.setNext(teacher3);        //teacher3.setNext(teacher4);        //提交请求        teacher1.handleRequest(8);    }}//抽象处理者：领导类abstract class Leader {    private Leader next;    public void setNext(Leader next) {        this.next = next;    }    public Leader getNext() {        return next;    }    //处理请求的方法    public abstract void handleRequest(int LeaveDays);}//具体处理者1：班主任类class ClassAdviser extends Leader {    public void handleRequest(int LeaveDays) {        if (LeaveDays <= 2) {            System.out.println("班主任批准您请假" + LeaveDays + "天。");        } else {            if (getNext() != null) {                getNext().handleRequest(LeaveDays);            } else {                System.out.println("请假天数太多，没有人批准该假条！");            }        }    }}//具体处理者2：系主任类class DepartmentHead extends Leader {    public void handleRequest(int LeaveDays) {        if (LeaveDays <= 7) {            System.out.println("系主任批准您请假" + LeaveDays + "天。");        } else {            if (getNext() != null) {                getNext().handleRequest(LeaveDays);            } else {                System.out.println("请假天数太多，没有人批准该假条！");            }        }    }}//具体处理者3：院长类class Dean extends Leader {    public void handleRequest(int LeaveDays) {        if (LeaveDays <= 10) {            System.out.println("院长批准您请假" + LeaveDays + "天。");        } else {            if (getNext() != null) {                getNext().handleRequest(LeaveDays);            } else {                System.out.println("请假天数太多，没有人批准该假条！");            }        }    }}//具体处理者4：教务处长类class DeanOfStudies extends Leader {    public void handleRequest(int LeaveDays) {        if (LeaveDays <= 20) {            System.out.println("教务处长批准您请假" + LeaveDays + "天。");        } else {            if (getNext() != null) {                getNext().handleRequest(LeaveDays);            } else {                System.out.println("请假天数太多，没有人批准该假条！");            }        }    }}

程序运行结果如下：

院长批准您请假8天。

假如增加一个教务处长类，可以批准学生请假 20 天，也非常简单，代码如下：

//具体处理者4:教务处长类class DeanOfStudies extends Leader {    public void handleRequest(int LeaveDays) {        if (LeaveDays <= 20) {            System.out.println("教务处长批准您请假" + LeaveDays + "天。");        } else {            if (getNext() != null) {                getNext().handleRequest(LeaveDays);            } else {                System.out.println("请假天数太多，没有人批准该假条！");            }        }    }}

模式的应用场景

前边已经讲述了关于责任链模式的结构与特点，下面介绍其应用场景，责任链模式通常在以下几种情况使用。

  1. 多个对象可以处理一个请求，但具体由哪个对象处理该请求在运行时自动确定。
  2. 可动态指定一组对象处理请求，或添加新的处理者。
  3. 需要在不明确指定请求处理者的情况下，向多个处理者中的一个提交请求。

模式的扩展

职责链模式存在以下两种情况。

  1. 纯的职责链模式：一个请求必须被某一个处理者对象所接收，且一个具体处理者对某个请求的处理只能采用以下两种行为之一：自己处理（承担责任）；把责任推给下家处理。
  2. 不纯的职责链模式：允许出现某一个具体处理者对象在承担了请求的一部分责任后又将剩余的责任传给下家的情况，且一个请求可以最终不被任何接收端对象所接收。