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：

public class PreparationList {

    /**
     * 是否洗脸
     */
    private boolean washFace;
    
    /**
     * 是否洗头
     */
    private boolean washHair;
    
    /**
     * 是否吃早餐
     */
    private boolean haveBreakfast;

    public boolean isWashFace() {
        return washFace;
    }

    public void setWashFace(boolean washFace) {
        this.washFace = washFace;
    }

    public boolean isWashHair() {
        return washHair;
    }

    public void setWashHair(boolean washHair) {
        this.washHair = washHair;
    }

    public boolean isHaveBreakfast() {
        return haveBreakfast;
    }

    public void setHaveBreakfast(boolean haveBreakfast) {
        this.haveBreakfast = haveBreakfast;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "ThingList [washFace=" + washFace + ", washHair=" + washHair + ", haveBreakfast=" + haveBreakfast + "]";
    }
    
}

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：

public class Study {

    public void study(PreparationList preparationList) {
        if (preparationList.isWashHair()) {
            System.out.println("洗脸");
        }
        if (preparationList.isWashHair()) {
            System.out.println("洗头");
        }
        if (preparationList.isHaveBreakfast()) {
            System.out.println("吃早餐");
        }
        
        System.out.println("我可以去上学了！");
    }
    
}

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：

public abstract class AbstractPrepareFilter {

    private AbstractPrepareFilter nextPrepareFilter;
    
    public AbstractPrepareFilter(AbstractPrepareFilter nextPrepareFilter) {
        this.nextPrepareFilter = nextPrepareFilter;
    }

    public void doFilter(PreparationList preparationList, Study study) {
        prepare(preparationList);
        
        if (nextPrepareFilter == null) {
            study.study();
        } else {
            nextPrepareFilter.doFilter(preparationList, study);
        }
    }
    
    public abstract void prepare(PreparationList preparationList);
    
}

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：

public class Study {

    public void study() {
        System.out.println("学习");
    }
    
}

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

public class WashFaceFilter extends AbstractPrepareFilter {
    
    public WashFaceFilter(AbstractPrepareFilter nextPrepareFilter) {
        super(nextPrepareFilter);
    }

    @Override
    public void prepare(PreparationList preparationList) {
        if (preparationList.isWashFace()) {
            System.out.println("洗脸");
        }
        
    }
    
}

接着洗脸：

public class WashHairFilter extends AbstractPrepareFilter {
    
    public WashHairFilter(AbstractPrepareFilter nextPrepareFilter) {
        super(nextPrepareFilter);
    }

    @Override
    public void prepare(PreparationList preparationList) {
        if (preparationList.isWashHair()) {
            System.out.println("洗头");
        }
        
    }
    
}

最后吃早餐：

public class HaveBreakfastFilter extends AbstractPrepareFilter {
    
    public HaveBreakfastFilter(AbstractPrepareFilter nextPrepareFilter) {
        super(nextPrepareFilter);
    }

    @Override
    public void prepare(PreparationList preparationList) {
        if (preparationList.isHaveBreakfast()) {
            System.out.println("吃早餐");
        }
        
    }
    
}

最后我们看一下调用方如何编写：

@Test
public void testResponsibility() {
    PreparationList preparationList = new PreparationList();
    preparationList.setWashFace(true);
    preparationList.setWashHair(false);
    preparationList.setHaveBreakfast(true);
        
    Study study = new Study();
        
    AbstractPrepareFilter haveBreakfastFilter = new HaveBreakfastFilter(null);
    AbstractPrepareFilter washFaceFilter = new WashFaceFilter(haveBreakfastFilter);
    AbstractPrepareFilter washHairFilter = new WashHairFilter(washFaceFilter);
        
    washHairFilter.doFilter(preparationList, study);
}

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：

public interface StudyPrepareFilter {

    public void doFilter(PreparationList preparationList, FilterChain filterChain);
    
}

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：

public class FilterChain implements StudyPrepareFilter {

    private int pos = 0;

    private Study study;
    
    private List<StudyPrepareFilter> studyPrepareFilterList;
    
    public FilterChain(Study study) {
        this.study = study;
    }

    public void addFilter(StudyPrepareFilter studyPrepareFilter) {
        if (studyPrepareFilterList == null) {
            studyPrepareFilterList = new ArrayList<StudyPrepareFilter>();
        }
        
        studyPrepareFilterList.add(studyPrepareFilter);
    }
    
    @Override
    public void doFilter(PreparationList thingList, FilterChain filterChain) {
        // 所有过滤器执行完毕
        if (pos == studyPrepareFilterList.size()) {
            study.study();
        }
        
        studyPrepareFilterList.get(pos++).doFilter(thingList, filterChain);
    }
    
}

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：

public class WashHairFilter implements StudyPrepareFilter {

    @Override
    public void doFilter(PreparationList preparationList, FilterChain filterChain) {
        if (preparationList.isWashHair()) {
            System.out.println("洗完头发");
        }
        
        filterChain.doFilter(preparationList, filterChain);
    }
    
}

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

public class WashFaceFilter implements StudyPrepareFilter {

    @Override
    public void doFilter(PreparationList preparationList, FilterChain filterChain) {
        if (preparationList.isWashFace()) {
            System.out.println("洗完脸");
        }
        
        filterChain.doFilter(preparationList, filterChain);
    }
    
}

吃早饭：

public class HaveBreakfastFilter implements StudyPrepareFilter {

    @Override
    public void doFilter(PreparationList preparationList, FilterChain filterChain) {
        if (preparationList.isHaveBreakfast()) {
            System.out.println("吃完早饭");
        }
        
        filterChain.doFilter(preparationList, filterChain);
    }
    
}

最后看一下调用方：

@Test
public void testResponsibilityAdvance() {
    PreparationList preparationList = new PreparationList();
    preparationList.setWashFace(true);
    preparationList.setWashHair(false);
    preparationList.setHaveBreakfast(true);
        
    Study study = new Study();
        
    StudyPrepareFilter washFaceFilter = new WashFaceFilter();
    StudyPrepareFilter washHairFilter = new WashHairFilter();
    StudyPrepareFilter haveBreakfastFilter = new HaveBreakfastFilter();
        
    FilterChain filterChain = new FilterChain(study);
    filterChain.addFilter(washFaceFilter);
    filterChain.addFilter(washHairFilter);
    filterChain.addFilter(haveBreakfastFilter);
        
    filterChain.doFilter(preparationList, filterChain);
}

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：

<bean id="filterChain" class="xxx.xxx.xxx.FilterChain">
    <property name="studyPrepareFilterList">
        <list>
            <ref bean="washFaceFilter" />
            <ref bean="washHairFilter" />
            <ref bean="haveBreakfastFilter" />
        </list>
    </property>
</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。