Java设计模式13:责任链模式

前言

来菜鸟这个大家庭10个月了,总得来说比较融入了环境,同时在忙碌的工作中也深感技术积累不够,在优秀的人身边工作必须更加花时间去提升自己的技术能力、技术视野,所以开一个系列文章,标题就轻松一点叫做最近学习了XXX吧,记录一下自己的学习心得。

由于最近想对系统进行一个小改造,想到使用责任链模式会非常适合,因此就系统地学习总结了一下责任链模式,分享给大家。

 

责任链模式的定义与特点

责任链模式的定义: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受者之间的耦合关系,将这个对象连成一条链,并沿着这条链传递该请求,直到有一个对象处理他为止

标准的责任链模式,个人总结下来有如下几个特点:

  • 链上的每个对象都有机会处理请求
  • 链上的每个对象都持有下一个要处理对象的引用
  • 链上的某个对象无法处理当前请求,那么它会把相同的请求传给下一个对象

用一张图表示以下使用了责任链模式之后的架构:

也就是说,责任链模式满足了请求发送者与请求处理者之间的松耦合,抽象非核心的部分,以链式调用的方式对请求对象进行处理

这么说不明白?那么下面通过实际例子让你明白。

 

不使用责任链模式

为什么要使用责任链模式,那么我们得知道不使用责任链模式有什么坏处,然后通过使用责任链模式如何将代码优化。

现在有一个场景:小明要去上学,妈妈给小明列了一些上学前需要做的清单(洗头、吃早饭、洗脸),小明必须按照妈妈的要求,把清单上打钩的事情做完了才可以上学。

首先我们定义一个准备列表PreparationList:

 1 public class PreparationList {
 2 
 3     /**
 4      * 是否洗脸
 5      */
 6     private boolean washFace;
 7     
 8     /**
 9      * 是否洗头
10      */
11     private boolean washHair;
12     
13     /**
14      * 是否吃早餐
15      */
16     private boolean haveBreakfast;
17 
18     public boolean isWashFace() {
19         return washFace;
20     }
21 
22     public void setWashFace(boolean washFace) {
23         this.washFace = washFace;
24     }
25 
26     public boolean isWashHair() {
27         return washHair;
28     }
29 
30     public void setWashHair(boolean washHair) {
31         this.washHair = washHair;
32     }
33 
34     public boolean isHaveBreakfast() {
35         return haveBreakfast;
36     }
37 
38     public void setHaveBreakfast(boolean haveBreakfast) {
39         this.haveBreakfast = haveBreakfast;
40     }
41 
42     @Override
43     public String toString() {
44         return "ThingList [washFace=" + washFace + ", washHair=" + washHair + ", haveBreakfast=" + haveBreakfast + "]";
45     }
46     
47 }

定义了三件事情:洗头、洗脸、吃早餐。

接着定义一个学习类,按妈妈要求,把妈妈要求的事情做完了再去上学:

 1 public class Study {
 2 
 3     public void study(PreparationList preparationList) {
 4         if (preparationList.isWashHair()) {
 5             System.out.println("洗脸");
 6         }
 7         if (preparationList.isWashHair()) {
 8             System.out.println("洗头");
 9         }
10         if (preparationList.isHaveBreakfast()) {
11             System.out.println("吃早餐");
12         }
13         
14         System.out.println("我可以去上学了!");
15     }
16     
17 }

这个例子实现了我们的需求,但是不够优雅,我们的主流程是学习,但是把要准备做的事情这些动作耦合在学习中,这样有两个问题:

  • PreparationList中增加一件事情的时候,比如增加化妆、打扫房间,必须修改study方法进行适配
  • 当这些事情的顺序需要发生变化的时候,必须修改study方法,比如先洗头再洗脸,那么7~9行的代码必须和4~6行的代码互换位置

最糟糕的写法,只是为了满足功能罢了,违背开闭原则,即当我们扩展功能的时候需要去修改主流程,无法做到对修改关闭、对扩展开放。

 

使用责任链模式

接着看一下使用责任链模式的写法,既然责任链模式的特点是“链上的每个对象都持有下一个对象的引用”,那么我们就这么做。

先抽象出一个AbstractPrepareFilter:

 1 public abstract class AbstractPrepareFilter {
 2 
 3     private AbstractPrepareFilter nextPrepareFilter;
 4     
 5     public AbstractPrepareFilter(AbstractPrepareFilter nextPrepareFilter) {
 6         this.nextPrepareFilter = nextPrepareFilter;
 7     }
 8 
 9     public void doFilter(PreparationList preparationList, Study study) {
10         prepare(preparationList);
11         
12         if (nextPrepareFilter == null) {
13             study.study();
14         } else {
15             nextPrepareFilter.doFilter(preparationList, study);
16         }
17     }
18     
19     public abstract void prepare(PreparationList preparationList);
20     
21 }

留一个抽象方法prepare给子类去实现,在抽象类中持有下一个对象的引用nextPrepareFilter,如果有,则执行;如果没有表示链上所有对象都执行完毕,执行Study类的study()方法:

 1 public class Study {
 2 
 3     public void study() {
 4         System.out.println("学习");
 5     }
 6     
 7 }

接着我们实现AbstractPrepareList,就比较简单了,首先是洗头:

 1 public class WashFaceFilter extends AbstractPrepareFilter {
 2     
 3     public WashFaceFilter(AbstractPrepareFilter nextPrepareFilter) {
 4         super(nextPrepareFilter);
 5     }
 6 
 7     @Override
 8     public void prepare(PreparationList preparationList) {
 9         if (preparationList.isWashFace()) {
10             System.out.println("洗脸");
11         }
12         
13     }
14     
15 }

接着洗脸:

 1 public class WashHairFilter extends AbstractPrepareFilter {
 2     
 3     public WashHairFilter(AbstractPrepareFilter nextPrepareFilter) {
 4         super(nextPrepareFilter);
 5     }
 6 
 7     @Override
 8     public void prepare(PreparationList preparationList) {
 9         if (preparationList.isWashHair()) {
10             System.out.println("洗头");
11         }
12         
13     }
14     
15 }

最后吃早餐:

 1 public class HaveBreakfastFilter extends AbstractPrepareFilter {
 2     
 3     public HaveBreakfastFilter(AbstractPrepareFilter nextPrepareFilter) {
 4         super(nextPrepareFilter);
 5     }
 6 
 7     @Override
 8     public void prepare(PreparationList preparationList) {
 9         if (preparationList.isHaveBreakfast()) {
10             System.out.println("吃早餐");
11         }
12         
13     }
14     
15 }

最后我们看一下调用方如何编写:

 1 @Test
 2 public void testResponsibility() {
 3     PreparationList preparationList = new PreparationList();
 4     preparationList.setWashFace(true);
 5     preparationList.setWashHair(false);
 6     preparationList.setHaveBreakfast(true);
 7         
 8     Study study = new Study();
 9         
10     AbstractPrepareFilter haveBreakfastFilter = new HaveBreakfastFilter(null);
11     AbstractPrepareFilter washFaceFilter = new WashFaceFilter(haveBreakfastFilter);
12     AbstractPrepareFilter washHairFilter = new WashHairFilter(washFaceFilter);
13         
14     washHairFilter.doFilter(preparationList, study);
15 }

至此使用责任链模式修改这段逻辑完成,看到我们完成了学习与准备工作之间的解耦,即核心的事情我们是要学习,此时无论加多少准备工作,都不需要修改study方法,只需要修改调用方即可。

但是这种写法好吗?个人认为这种写法虽然符合开闭原则,但是两个明显的缺点对客户端并不友好:

  • 增加、减少责任链对象,需要修改客户端代码,即比如我这边想要增加一个打扫屋子的操作,那么testResponsibility()方法需要改动
  • AbstractPrepareFilter washFaceFilter = new WashFaceFilter(haveBreakfastFilter)这种调用方式不够优雅,客户端需要思考一下,到底真正调用的时候调用三个Filter中的哪个Filter

为此,我们来个终极版的、升级版的责任链模式。

 

升级版责任链模式

上面我们写了一个责任链模式,这种是一种初级的符合责任链模式的写法,最后也写了,这种写法是有明显的缺点的,那么接着我们看一下升级版的责任链模式如何写,解决上述问题。

以下的写法也是Servlet的实现方式,首先还是抽象一个Filter:

 1 public interface StudyPrepareFilter {
 2 
 3     public void doFilter(PreparationList preparationList, FilterChain filterChain);
 4     
 5 }

注意这里多了一个FilterChain,也就是责任链,是用于串起所有的责任对象的,它也是StudyPrepareFilter的一个子类:

 1 public class FilterChain implements StudyPrepareFilter {
 2 
 3     private int pos = 0;
 4 
 5     private Study study;
 6     
 7     private List<StudyPrepareFilter> studyPrepareFilterList;
 8     
 9     public FilterChain(Study study) {
10         this.study = study;
11     }
12 
13     public void addFilter(StudyPrepareFilter studyPrepareFilter) {
14         if (studyPrepareFilterList == null) {
15             studyPrepareFilterList = new ArrayList<StudyPrepareFilter>();
16         }
17         
18         studyPrepareFilterList.add(studyPrepareFilter);
19     }
20     
21     @Override
22     public void doFilter(PreparationList thingList, FilterChain filterChain) {
23         // 所有过滤器执行完毕
24         if (pos == studyPrepareFilterList.size()) {
25             study.study();
26         }
27         
28         studyPrepareFilterList.get(pos++).doFilter(thingList, filterChain);
29     }
30     
31 }

即这里有一个计数器,假设所有的StudyPrepareFilter没有调用完毕,那么调用下一个,否则执行Study的study()方法。

接着就比较简单了,实现StudyPrepareFilter类即可,首先还是洗头:

 1 public class WashHairFilter implements StudyPrepareFilter {
 2 
 3     @Override
 4     public void doFilter(PreparationList preparationList, FilterChain filterChain) {
 5         if (preparationList.isWashHair()) {
 6             System.out.println("洗完头发");
 7         }
 8         
 9         filterChain.doFilter(preparationList, filterChain);
10     }
11     
12 }

注意,这里每个实现类需要显式地调用filterChain的doFilter方法。洗脸:

 1 public class WashFaceFilter implements StudyPrepareFilter {
 2 
 3     @Override
 4     public void doFilter(PreparationList preparationList, FilterChain filterChain) {
 5         if (preparationList.isWashFace()) {
 6             System.out.println("洗完脸");
 7         }
 8         
 9         filterChain.doFilter(preparationList, filterChain);
10     }
11     
12 }

吃早饭:

 1 public class HaveBreakfastFilter implements StudyPrepareFilter {
 2 
 3     @Override
 4     public void doFilter(PreparationList preparationList, FilterChain filterChain) {
 5         if (preparationList.isHaveBreakfast()) {
 6             System.out.println("吃完早饭");
 7         }
 8         
 9         filterChain.doFilter(preparationList, filterChain);
10     }
11     
12 }

最后看一下调用方:

 1 @Test
 2 public void testResponsibilityAdvance() {
 3     PreparationList preparationList = new PreparationList();
 4     preparationList.setWashFace(true);
 5     preparationList.setWashHair(false);
 6     preparationList.setHaveBreakfast(true);
 7         
 8     Study study = new Study();
 9         
10     StudyPrepareFilter washFaceFilter = new WashFaceFilter();
11     StudyPrepareFilter washHairFilter = new WashHairFilter();
12     StudyPrepareFilter haveBreakfastFilter = new HaveBreakfastFilter();
13         
14     FilterChain filterChain = new FilterChain(study);
15     filterChain.addFilter(washFaceFilter);
16     filterChain.addFilter(washHairFilter);
17     filterChain.addFilter(haveBreakfastFilter);
18         
19     filterChain.doFilter(preparationList, filterChain);
20 }

完美解决第一版责任链模式存在的问题,至此增加、修改责任对象客户端调用代码都不需要再改动。

有的人可能会问,你这个增加、减少责任对象,testResponsibilityAdvance()方法,不是还得addFilter,或者删除一行吗?我们回想一下,Servlet我们增加或减少Filter需要改动什么代码吗?不用,我们需要改动的只是web.xml而已。同样的道理,FilterChain里面有studyPrepareFilterList,我们完全可以把FilterChain做成一个Spring Bean,所有的Filter具体实现类也都是Spring Bean,注入studyPrepareFilterList就好了,伪代码为:

1 <bean id="filterChain" class="xxx.xxx.xxx.FilterChain">
2     <property name="studyPrepareFilterList">
3         <list>
4             <ref bean="washFaceFilter" />
5             <ref bean="washHairFilter" />
6             <ref bean="haveBreakfastFilter" />
7         </list>
8     </property>
9 </bean>

这样是不是完美解决了问题?我们新增、减少Filter,或者修改Filter顺序,只需要修改.xml文件即可,不仅核心逻辑符合开闭原则,调用方也符合开闭原则。

 

责任链模式的使用场景

这个就不多说了,最典型的就是Servlet中的Filter,有了上面的分析,大家应该也可以理解Servlet中责任链模式的工作原理了,然后为什么一个一个的Filter需要配置在web.xml中。

 

责任链模式的结构

想想看,好像责任链模式也没有什么太复杂的结构,将责任抽象,实现责任接口,客户端发起调用,网上找了一张图表示一下:

 

 

责任链模式的优点及使用场景

最后说说责任链模式的优点吧,大致有以下几点:

  • 实现了请求发送者与请求处理者之间的松耦合
  • 可动态添加责任对象、删除责任对象、改变责任对象顺序,非常灵活
  • 每个责任对象专注于做自己的事情,职责明确

什么时候需要用责任链模式?这个问题我是这么想的:系统设计的时候,注意区分主次就好,即哪部分是核心流程,哪部分是辅助流程,辅助流程是否有N多if...if...if...的场景,如果是且每个if都有一个统一的抽象,那么抽象辅助流程,把每个if作为一个责任对象进行链式调用,优雅实现,易复用可扩展。

posted @ 2019-04-14 23:03 五月的仓颉 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏