聊一聊责任链模式

时间：2022-11-01 09:09:40

将一堆“事情”串联在一起，有序执行，就叫责任链

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，每个节点处理的请求均不同，且内部自动维护一个下一节点对象。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。
下面放一张足球比赛的图，通过层层传递，最终射门。通过这张图，可以更好的理解责任链模式。

聊一聊责任链模式

二、入门案例

2.1 类图

聊一聊责任链模式

2.2 基础类介绍

抽象接口RequestHandler

/**
 * @author 往事如风
 * @version 1.0
 * @date 2022/10/25 13:41
 * @description
 */
public interface RequestHandler {

    void doHandler(String req);
}

抽象类BaseRequestHandler

/**
 * @author 往事如风
 * @version 1.0
 * @date 2022/10/25 13:45
 * @description
 */
public abstract class BaseRequestHandler implements RequestHandler {

    protected RequestHandler next;

    public void next(RequestHandler next) {
        this.next = next;
    }
}

具体处理类AHandler

/**
 * @author 往事如风
 * @version 1.0
 * @date 2022/10/25 14:00
 * @description
 */
public class AHandler extends BaseRequestHandler {

    @Override
    public void doHandler(String req) {
        // 处理自己的业务逻辑
        System.out.println("A中处理自己的逻辑");
        // 传递给下个类（若链路中还有下个处理类）
        if (next != null) {
            next.doHandler(req);
        }
    }
}

当然还有具体的处理类B、C等等，这里不展开赘述。
使用类Client

/**
 * @author 往事如风
 * @version 1.0
 * @date 2022/10/25 14:06
 * @description
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        BaseRequestHandler a = new AHandler();
        BaseRequestHandler b = new BHandler();
        BaseRequestHandler c = new CHandler();
        a.next(b);
        b.next(c);
        a.doHandler("链路待处理的数据");
    }
}

2.3 处理流程图

聊一聊责任链模式

三、应用场景

3.1 场景举例

场景一

前两年，在一家金融公司待过一段时间，其中就有一个业务场景：一笔订单进来，会先在后台通过初审人员进行审批，初审不通过，订单流程结束。初审通过以后，会转给终审人员进行审批，不通过，流程结束；通过，流转到下个业务场景。
对于这块业务代码，之前一代目是一个叫知了的同事，他撸起袖子就是干，一套if-else干到底。后来，技术老大CodeReview，点名要求改掉这块。于是乎，想到用用设计模式吧，然后就噼里啪啦一顿改。（当然，比较复杂的情况，还是可以用工作流来处理这个场景，当时碍于时间成本，也就放弃了）。

场景二

上家公司对接甲方爸爸的时候，对方会调用我们接口，将数据同步过来。同样，我们需要将处理好的数据，传给他们。由于双方传输数据都是加密传输，所以在接受他们数据之前，需要对数据进行解密，验签，参数校验等操作。同样，我们给他们传数据也需要进行加签，加密操作。

具体案例

话不多说，对于场景二，我来放一些伪代码，跟大家一起探讨下。
1、一切从注解开始，我这里自定义了一个注解@Duty,这个注解有spring的@Component注解，也就是标记了这个自定义注解的类，都是交给spring的bean容器去管理。
注解中，有两个属性：1.type，定义相同的type类型的bean，会被放到一个责任链集合中。2.order，同一个责任链集合中，bean的排序，数值越小，会放到链路最先的位置，优先处理。

/**
 * @author 往事如风
 * @version 1.0
 * @date 2022/10/25 16:11
 * @description
 */
@Target({ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@Service
public @interface Duty {
    /**
     * 标记具体业务场景
     * @return
     */
    String type() default "";

    /**
     * 排序：数值越小，排序越前
     * @return
     */
    int order() default 0;
}

2、定义一个顶层的抽象接口IHandler，传入2个泛型参数，供后续自定义。

/**
 * @author 往事如风
 * @version 1.0
 * @date 2022/10/25 15:31
 * @description 责任链顶层抽象类
 */
public interface IHandler<T, R> {
    /**
     * 抽象处理类
     * @param t
     * @return
     */
    R handle(T t);
}

3、定义一个责任链bean的管理类HandleChainManager，用来存放不同业务下的责任链路集合。在该类中，有一个Map和两个方法。

  1. handleMap：这个map会存放责任链路中，具体的执行类，key是注解@Duty中定义的type值，value是标记了@Duty注解的bean集合，也就是具体的执行类集合。
  2. setHandleMap：传入具体执行bean的集合，存放在map中。
  3. executeHandle：从map中找到具体的执行bean集合，并依次执行。
/**
 * @author 往事如风
 * @version 1.0
 * @date 2022/10/25 16:00
 * @description 责任链管理类
 */
public class HandleChainManager {
    /**
     * 存放责任链路上的具体处理类
     * k-具体业务场景名称
     * v-具体业务场景下的责任链路集合
     */
    private Map<String, List<IHandler>> handleMap;

    /**
     * 存放系统中责任链具体处理类
     * @param handlerList
     */
    public void setHandleMap(List<IHandler> handlerList) {
        handleMap = handlerList
                .stream()
                .sorted(Comparator.comparingInt(h -> AnnotationUtils.findAnnotation(h.getClass(), Duty.class).order()))
                .collect(Collectors.groupingBy(handler -> AnnotationUtils.findAnnotation(handler.getClass(), Duty.class).type()));
    }

    /**
     * 执行具体业务场景中的责任链集合
     * @param type 对应@Duty注解中的type，可以定义为具体业务场景
     * @param t 被执行的参数
     */
    public <T, R> R executeHandle(String type, T t) {
        List<IHandler> handlers = handleMap.get(type);
        R r = null;
        if (CollectionUtil.isNotEmpty(handlers)) {
            for (IHandler<T, R> handler : handlers) {
               r = handler.handle(t);
            }
        }
        return r;
    }
}

4、定义一个配置类PatternConfiguration，用于装配上面的责任链管理器HandleChainManager。

/**
 * @author 往事如风
 * @version 1.0
 * @date 2022/10/25 15:35
 * @description 设计模式配置类
 */
@Configuration
public class PatternConfiguration {

    @Bean
    public HandleChainManager handlerChainExecute(List<IHandler> handlers) {
        HandleChainManager handleChainManager = new HandleChainManager();
        handleChainManager.setHandleMap(handlers);
        return handleChainManager;
    }

}

5、具体的处理类：SignChainHandler、EncryptionChainHandler、RequestChainHandler，这里我以SignChainHandler为例。
在具体处理类上标记自定义注解@Duty，该类会被注入到bean容器中，实现IHandler接口，只需关心自己的handle方法，处理具体的业务逻辑。

/**
 * @author 往事如风
 * @version 1.0
 * @date 2022/10/25 15:31
 * @description 加签类
 */
@Duty(type = BusinessConstants.REQUEST, order = 1)
public class SignChainHandler implements IHandler<String, String> {
    /**
     * 处理加签逻辑
     * @param s
     * @return
     */
    @Override
    public String handle(String s) {
        // 加签逻辑
        System.out.println("甲方爸爸要求加签");
        return "加签";
    }
}

6、具体怎么调用？这里我写了个测试controller直接调用，具体如下：

/**
 * @author 往事如风
 * @version 1.0
 * @date 2022/9/6 17:32
 * @description
 */
@RestController
@Slf4j
public class TestController {

    @Resource
    private HandleChainManager handleChainManager;

    @PostMapping("/send")
    public String duty(@RequestBody String requestBody) {
        String response = handleChainManager.executeHandle(BusinessConstants.REQUEST, requestBody);
        return response;
    }
}

7、执行结果，会按照注解中标记的order依次执行。
聊一聊责任链模式

至此，完工。又可以开心的撸代码了，然后在具体的执行类中，又是一顿if-else。。。

四、源码中运用

4.1Mybatis源码中的运用

Mybatis中的缓存接口Cache，cache作为一个缓存接口，最主要的功能就是添加和获取缓存的功能，作为接口它有11个实现类，分别实现不同的功能，下面是接口源码和实现类。

package org.apache.ibatis.cache;

import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;

public interface Cache {
    String getId();

    void putObject(Object var1, Object var2);

    Object getObject(Object var1);

    Object removeObject(Object var1);

    void clear();

    int getSize();

    default ReadWriteLock getReadWriteLock() {
        return null;
    }
}

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下面，我们来看下其中一个子类LoggingCache的源码。主要看他的putObject方法和getObject方法，它在方法中直接传给下一个实现去执行。这个实现类其实是为了在获取缓存的时候打印缓存的命中率的。

public class LoggingCache implements Cache {
    private final Log log;
    private final Cache delegate;
    protected int requests = 0;
    protected int hits = 0;

    public LoggingCache(Cache delegate) {
        this.delegate = delegate;
        this.log = LogFactory.getLog(this.getId());
    }

    // ...
    public void putObject(Object key, Object object) {
        this.delegate.putObject(key, object);
    }

    public Object getObject(Object key) {
        ++this.requests;
        Object value = this.delegate.getObject(key);
        if (value != null) {
            ++this.hits;
        }

        if (this.log.isDebugEnabled()) {
            this.log.debug("Cache Hit Ratio [" + this.getId() + "]: " + this.getHitRatio());
        }

        return value;
    }
    // ...
}

最后，经过Cache接口各种实现类的处理，最终会到达PerpetualCache这个实现类。与之前的处理类不同的是，这个类中有一个map，在map中做存取，也就是说，最终缓存还是会保存在map中的。

public class PerpetualCache implements Cache {
    private final String id;
    private final Map<Object, Object> cache = new HashMap();

    public PerpetualCache(String id) {
        this.id = id;
    }

	// ...

    public void putObject(Object key, Object value) {
        this.cache.put(key, value);
    }

    public Object getObject(Object key) {
        return this.cache.get(key);
    }
	// ...

}

4.2spring源码中的运用

4.2.1DispatcherServlet类

DispatcherServlet 核心方法 doDispatch。HandlerExecutionChain只是维护HandlerInterceptor的集合，可以向其中注册相应的拦截器，本身不直接处理请求，将请求分配给责任链上注册处理器执行，降低职责链本身与处理逻辑之间的耦合程度。

protected void doDispatch(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws Exception {
		HttpServletRequest processedRequest = request;
		HandlerExecutionChain mappedHandler = null;
		boolean multipartRequestParsed = false;
		WebAsyncManager asyncManager = WebAsyncUtils.getAsyncManager(request);
		try {
			ModelAndView mv = null;
			Exception dispatchException = null;
			try {
				processedRequest = checkMultipart(request);
				multipartRequestParsed = (processedRequest != request);
				// Determine handler for the current request.
				mappedHandler = getHandler(processedRequest);
				if (mappedHandler == null) {
					noHandlerFound(processedRequest, response);
					return;
				}
				// Determine handler adapter for the current request.
				HandlerAdapter ha = getHandlerAdapter(mappedHandler.getHandler());
				// Process last-modified header, if supported by the handler.
				String method = request.getMethod();
				boolean isGet = "GET".equals(method);
				if (isGet || "HEAD".equals(method)) {
					long lastModified = ha.getLastModified(request, mappedHandler.getHandler());
					if (new ServletWebRequest(request, response).checkNotModified(lastModified) && isGet) {
						return;
					}
				}
				if (!mappedHandler.applyPreHandle(processedRequest, response)) {
					return;
				}
				// Actually invoke the handler.
				mv = ha.handle(processedRequest, response, mappedHandler.getHandler());
				if (asyncManager.isConcurrentHandlingStarted()) {
					return;
				}
				applyDefaultViewName(processedRequest, mv);
				mappedHandler.applyPostHandle(processedRequest, response, mv);
			}
			catch (Exception ex) {
				dispatchException = ex;
			}
			catch (Throwable err) {
				// As of 4.3, we're processing Errors thrown from handler methods as well,
				// making them available for @ExceptionHandler methods and other scenarios.
				dispatchException = new NestedServletException("Handler dispatch failed", err);
			}
			processDispatchResult(processedRequest, response, mappedHandler, mv, dispatchException);
		}
		catch (Exception ex) {
			triggerAfterCompletion(processedRequest, response, mappedHandler, ex);
		}
		catch (Throwable err) {
			triggerAfterCompletion(processedRequest, response, mappedHandler,
					new NestedServletException("Handler processing failed", err));
		}
		finally {
			if (asyncManager.isConcurrentHandlingStarted()) {
				// Instead of postHandle and afterCompletion
				if (mappedHandler != null) {
					mappedHandler.applyAfterConcurrentHandlingStarted(processedRequest, response);
				}
			}
			else {
				// Clean up any resources used by a multipart request.
				if (multipartRequestParsed) {
					cleanupMultipart(processedRequest);
				}
			}
		}
	}

4.2.2HandlerExecutionChain类

这里分析的几个方法，都是从DispatcherServlet类的doDispatch方法中请求的。

  • 获取拦截器，执行preHandle方法
boolean applyPreHandle(HttpServletRequest request, 
                       HttpServletResponse response) throws Exception {
    HandlerInterceptor[] interceptors = this.getInterceptors();
    if (!ObjectUtils.isEmpty(interceptors)) {
        for(int i = 0; i < interceptors.length; this.interceptorIndex = i++) {
            HandlerInterceptor interceptor = interceptors[i];
            if (!interceptor.preHandle(request, response, this.handler)) {
                this.triggerAfterCompletion(request, response, (Exception)null);
                return false;
            }
        }
    }
    return true;
}
  • 在applyPreHandle方法中，执行triggerAfterCompletion方法
void triggerAfterCompletion(HttpServletRequest request, 
                            HttpServletResponse response, Exception ex) throws Exception {
    HandlerInterceptor[] interceptors = this.getInterceptors();
    if (!ObjectUtils.isEmpty(interceptors)) {
        for(int i = this.interceptorIndex; i >= 0; --i) {
            HandlerInterceptor interceptor = interceptors[i];
            try {
                interceptor.afterCompletion(request, response, this.handler, ex);
            } catch (Throwable var8) {
                logger.error("HandlerInterceptor.afterCompletion threw exception", var8);
            }
        }
    }
}
  • 获取拦截器，执行applyPostHandle方法
void applyPostHandle(HttpServletRequest request, 
                     HttpServletResponse response, ModelAndView mv) 
                     throws Exception {
    HandlerInterceptor[] interceptors = this.getInterceptors();
    if (!ObjectUtils.isEmpty(interceptors)) {
        for(int i = interceptors.length - 1; i >= 0; --i) {
            HandlerInterceptor interceptor = interceptors[i];
            interceptor.postHandle(request, response, this.handler, mv);
        }
    }
}

五、总结

5.1 优点

  1. 将请求与处理解耦。
  2. 请求处理者（节点对象）只需要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，转发给下一个节点。
  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，可以通过改变链路的结构动态的新增或删减责任。
  5. 易于扩展新的请求处理类（节点），符合开闭原则。

5.2 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。

六、参考源码

编程文档：
https://gitee.com/cicadasmile/butte-java-note

应用仓库：
https://gitee.com/cicadasmile/butte-flyer-parent
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