JAVA設(shè)計模式之責(zé)任鏈模式詳解
在閻宏博士的《JAVA與模式》一書中開頭是這樣描述責(zé)任鏈（Chain of Responsibility）模式的：
責(zé)任鏈模式是一種對象的行為模式。在責(zé)任鏈模式里，很多對象由每一個對象對其下家的引用而連接起來形成一條鏈。請求在這個鏈上傳遞，直到鏈上的某一個對象決定處理此請求。發(fā)出這個請求的客戶端并不知道鏈上的哪一個對象最終處理這個請求，這使得系統(tǒng)可以在不影響客戶端的情況下動態(tài)地重新組織和分配責(zé)任。
從擊鼓傳花談起
擊鼓傳花是一種熱鬧而又緊張的飲酒游戲。在酒宴上賓客依次坐定位置，由一人擊鼓，擊鼓的地方與傳花的地方是分開的，以示公正。開始擊鼓時，花束就開始依次傳遞，鼓聲一落，如果花束在某人手中，則該人就得飲酒。
比如說，賈母、賈赦、賈政、賈寶玉和賈環(huán)是五個參加擊鼓傳花游戲的傳花者，他們組成一個環(huán)鏈。擊鼓者將花傳給賈母，開始傳花游戲?；ㄓ少Z母傳給賈赦，由賈赦傳給賈政，由賈政傳給賈寶玉，又賈寶玉傳給賈環(huán)，由賈環(huán)傳回給賈母，如此往復(fù)，如下圖所示。當(dāng)鼓聲停止時，手中有花的人就得執(zhí)行酒令。
擊鼓傳花便是責(zé)任鏈模式的應(yīng)用。責(zé)任鏈可能是一條直線、一個環(huán)鏈或者一個樹結(jié)構(gòu)的一部分。
責(zé)任鏈模式的結(jié)構(gòu)
下面使用了一個責(zé)任鏈模式的最簡單的實現(xiàn)。
責(zé)任鏈模式涉及到的角色如下所示：
● 抽象處理者(Handler)角色：定義出一個處理請求的接口。如果需要，接口可以定義 出一個方法以設(shè)定和返回對下家的引用。這個角色通常由一個Java抽象類或者Java接口實現(xiàn)。上圖中Handler類的聚合關(guān)系給出了具體子類對下家的引用，抽象方法handleRequest()規(guī)范了子類處理請求的操作。
● 具體處理者(ConcreteHandler)角色：具體處理者接到請求后，可以選擇將請求處理掉，或者將請求傳給下家。由于具體處理者持有對下家的引用，因此，如果需要，具體處理者可以訪問下家。
源代碼
抽象處理者角色
public abstract class Handler {
/**
* 持有后繼的責(zé)任對象
*/
protected Handler successor;
/**
* 示意處理請求的方法，雖然這個示意方法是沒有傳入?yún)?shù)的
* 但實際是可以傳入?yún)?shù)的，根據(jù)具體需要來選擇是否傳遞參數(shù)
*/
public abstract void handleRequest();
/**
* 取值方法
*/
public Handler getSuccessor() {
return successor;
}
/**
* 賦值方法，設(shè)置后繼的責(zé)任對象
*/
public void setSuccessor(Handler successor) {
this.successor = successor;
}
}
具體處理者角色
public class ConcreteHandler extends Handler {
/**
* 處理方法，調(diào)用此方法處理請求
*/
@Override
public void handleRequest() {
/**
* 判斷是否有后繼的責(zé)任對象
* 如果有，就轉(zhuǎn)發(fā)請求給后繼的責(zé)任對象
* 如果沒有，則處理請求
*/
if(getSuccessor() != null)
{
System.out.println("放過請求");
getSuccessor().handleRequest();
}else
{
System.out.println("處理請求");
}
}
}
客戶端類
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//組裝責(zé)任鏈
Handler handler1 = new ConcreteHandler();
Handler handler2 = new ConcreteHandler();
handler1.setSuccessor(handler2);
//提交請求
handler1.handleRequest();
}
}
可以看出，客戶端創(chuàng)建了兩個處理者對象，并指定第一個處理者對象的下家是第二個處理者對象，而第二個處理者對象沒有下家。然后客戶端將請求傳遞給第一個處理者對象。
由于本示例的傳遞邏輯非常簡單：只要有下家，就傳給下家處理；如果沒有下家，就自行處理。因此，第一個處理者對象接到請求后，會將請求傳遞給第二個處理者對象。由于第二個處理者對象沒有下家，于是自行處理請求?；顒訒r序圖如下所示。
使用場景
來考慮這樣一個功能:申請聚餐費(fèi)用的管理。
很多公司都是這樣的福利，就是項目組或者是部門可以向公司申請一些聚餐費(fèi)用，用于組織項目組成員或者是部門成員進(jìn)行聚餐活動。
申請聚餐費(fèi)用的大致流程一般是：由申請人先填寫申請單，然后交給領(lǐng)導(dǎo)審批，如果申請批準(zhǔn)下來，領(lǐng)導(dǎo)會通知申請人審批通過，然后申請人去財務(wù)領(lǐng)取費(fèi)用，如果沒有批準(zhǔn)下來，領(lǐng)導(dǎo)會通知申請人審批未通過，此事也就此作罷。
不同級別的領(lǐng)導(dǎo)，對于審批的額度是不一樣的，比如，項目經(jīng)理只能審批500元以內(nèi)的申請；部門經(jīng)理能審批1000元以內(nèi)的申請；而總經(jīng)理可以審核任意額度的申請。
也就是說，當(dāng)某人提出聚餐費(fèi)用申請的請求后，該請求會經(jīng)由項目經(jīng)理、部門經(jīng)理、總經(jīng)理之中的某一位領(lǐng)導(dǎo)來進(jìn)行相應(yīng)的處理，但是提出申請的人并不知道最終會由誰來處理他的請求，一般申請人是把自己的申請?zhí)峤唤o項目經(jīng)理，或許最后是由總經(jīng)理來處理他的請求。
可以使用責(zé)任鏈模式來實現(xiàn)上述功能：當(dāng)某人提出聚餐費(fèi)用申請的請求后，該請求會在 項目經(jīng)理—〉部門經(jīng)理—〉總經(jīng)理 這樣一條領(lǐng)導(dǎo)處理鏈上進(jìn)行傳遞，發(fā)出請求的人并不知道誰會來處理他的請求，每個領(lǐng)導(dǎo)會根據(jù)自己的職責(zé)范圍，來判斷是處理請求還是把請求交給更高級別的領(lǐng)導(dǎo)，只要有領(lǐng)導(dǎo)處理了，傳遞就結(jié)束了。
需要把每位領(lǐng)導(dǎo)的處理獨(dú)立出來，實現(xiàn)成單獨(dú)的職責(zé)處理對象，然后為它們提供一個公共的、抽象的父職責(zé)對象，這樣就可以在客戶端來動態(tài)地組合職責(zé)鏈，實現(xiàn)不同的功能要求了。
源代碼
抽象處理者角色類
public abstract class Handler {
/**
* 持有下一個處理請求的對象
*/
protected Handler successor = null;
/**
* 取值方法
*/
public Handler getSuccessor() {
return successor;
}
/**
* 設(shè)置下一個處理請求的對象
*/
public void setSuccessor(Handler successor) {
this.successor = successor;
}
/**
* 處理聚餐費(fèi)用的申請
* @param user 申請人
* @param fee 申請的錢數(shù)
* @return 成功或失敗的具體通知
*/
public abstract String handleFeeRequest(String user , double fee);
}
具體處理者角色
public class ProjectManager extends Handler {
@Override
public String handleFeeRequest(String user, double fee) {
String str = "";
//項目經(jīng)理權(quán)限比較小，只能在500以內(nèi)
if(fee < 500)
{
//為了測試，簡單點(diǎn)，只同意張三的請求
if("張三".equals(user))
{
str = "成功：項目經(jīng)理同意【" + user + "】的聚餐費(fèi)用，金額為" + fee + "元";
}else
{
//其他人一律不同意
str = "失?。喉椖拷?jīng)理不同意【" + user + "】的聚餐費(fèi)用，金額為" + fee + "元";
}
}else
{
//超過500，繼續(xù)傳遞給級別更高的人處理
if(getSuccessor() != null)
{
return getSuccessor().handleFeeRequest(user, fee);
}
}
return str;
}
}
public class DeptManager extends Handler {
@Override
public String handleFeeRequest(String user, double fee) {
String str = "";
//部門經(jīng)理的權(quán)限只能在1000以內(nèi)
if(fee < 1000)
{
//為了測試，簡單點(diǎn)，只同意張三的請求
if("張三".equals(user))
{
str = "成功：部門經(jīng)理同意【" + user + "】的聚餐費(fèi)用，金額為" + fee + "元";
}else
{
//其他人一律不同意
str = "失?。翰块T經(jīng)理不同意【" + user + "】的聚餐費(fèi)用，金額為" + fee + "元";
}
}else
{
//超過1000，繼續(xù)傳遞給級別更高的人處理
if(getSuccessor() != null)
{
return getSuccessor().handleFeeRequest(user, fee);
}
}
return str;
}
}
public class GeneralManager extends Handler {
@Override
public String handleFeeRequest(String user, double fee) {
String str = "";
//總經(jīng)理的權(quán)限很大，只要請求到了這里，他都可以處理
if(fee >= 1000)
{
//為了測試，簡單點(diǎn)，只同意張三的請求
if("張三".equals(user))
{
str = "成功：總經(jīng)理同意【" + user + "】的聚餐費(fèi)用，金額為" + fee + "元";
}else
{
//其他人一律不同意
str = "失敗：總經(jīng)理不同意【" + user + "】的聚餐費(fèi)用，金額為" + fee + "元";
}
}else
{
//如果還有后繼的處理對象，繼續(xù)傳遞
if(getSuccessor() != null)
{
return getSuccessor().handleFeeRequest(user, fee);
}
}
return str;
}
}
客戶端類
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//先要組裝責(zé)任鏈
Handler h1 = new GeneralManager();
Handler h2 = new DeptManager();
Handler h3 = new ProjectManager();
h3.setSuccessor(h2);
h2.setSuccessor(h1);
//開始測試
String test1 = h3.handleFeeRequest("張三", 300);
System.out.println("test1 = " + test1);
String test2 = h3.handleFeeRequest("李四", 300);
System.out.println("test2 = " + test2);
System.out.println("---------------------------------------");
String test3 = h3.handleFeeRequest("張三", 700);
System.out.println("test3 = " + test3);
String test4 = h3.handleFeeRequest("李四", 700);
System.out.println("test4 = " + test4);
System.out.println("---------------------------------------");
String test5 = h3.handleFeeRequest("張三", 1500);
System.out.println("test5 = " + test5);
String test6 = h3.handleFeeRequest("李四", 1500);
System.out.println("test6 = " + test6);
}
}
運(yùn)行結(jié)果如下所示：
純的與不純的責(zé)任鏈模式
一個純的責(zé)任鏈模式要求一個具體的處理者對象只能在兩個行為中選擇一個：一是承擔(dān)責(zé)任，而是把責(zé)任推給下家。不允許出現(xiàn)某一個具體處理者對象在承擔(dān)了一部分責(zé)任后又 把責(zé)任向下傳的情況。
在一個純的責(zé)任鏈模式里面，一個請求必須被某一個處理者對象所接收；在一個不純的責(zé)任鏈模式里面，一個請求可以最終不被任何接收端對象所接收。
純的責(zé)任鏈模式的實際例子很難找到，一般看到的例子均是不純的責(zé)任鏈模式的實現(xiàn)。有些人認(rèn)為不純的責(zé)任鏈根本不是責(zé)任鏈模式，這也許是有道理的。但是在實際的系統(tǒng)里，純的責(zé)任鏈很難找到。如果堅持責(zé)任鏈不純便不是責(zé)任鏈模式，那么責(zé)任鏈模式便不會有太大意義了。
責(zé)任鏈模式在Tomcat中的應(yīng)用
眾所周知Tomcat中的Filter就是使用了責(zé)任鏈模式，創(chuàng)建一個Filter除了要在web.xml文件中做相應(yīng)配置外，還需要實現(xiàn)javax.servlet.Filter接口。
public class TestFilter implements Filter{
public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response,
FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
chain.doFilter(request, response);
}
public void destroy() {
}
public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
}
}
使用DEBUG模式所看到的結(jié)果如下
其實在真正執(zhí)行到TestFilter類之前，會經(jīng)過很多Tomcat內(nèi)部的類。順帶提一下其實Tomcat的容器設(shè)置也是責(zé)任鏈模式，注意被紅色方框所圈中的類，從Engine到Host再到Context一直到Wrapper都是通過一個鏈傳遞請求。被綠色方框所圈中的地方有一個名為ApplicationFilterChain的類，ApplicationFilterChain類所扮演的就是抽象處理者角色，而具體處理者角色由各個Filter扮演。
第一個疑問是ApplicationFilterChain將所有的Filter存放在哪里？
答案是保存在ApplicationFilterChain類中的一個ApplicationFilterConfig對象的數(shù)組中。
/**
* Filters.
*/
private ApplicationFilterConfig[] filters =
new ApplicationFilterConfig[0];
那ApplicationFilterConfig對象又是什么呢？
ApplicationFilterConfig是一個Filter容器。以下是ApplicationFilterConfig類的聲明：
/**
* Implementation of a <code>javax.servlet.FilterConfig</code> useful in
* managing the filter instances instantiated when a web application
* is first started.
*
* @author Craig R. McClanahan
* @version $Id: ApplicationFilterConfig.java 1201569 2011-11-14 01:36:07Z kkolinko $
*/
當(dāng)一個web應(yīng)用首次啟動時ApplicationFilterConfig會自動實例化，它會從該web應(yīng)用的web.xml文件中讀取配置的Filter的信息，然后裝進(jìn)該容器。
剛剛看到在ApplicationFilterChain類中所創(chuàng)建的ApplicationFilterConfig數(shù)組長度為零，那它是在什么時候被重新賦值的呢？
private ApplicationFilterConfig[] filters =
new ApplicationFilterConfig[0];
是在調(diào)用ApplicationFilterChain類的addFilter()方法時。
/**
* The int which gives the current number of filters in the chain.
*/
private int n = 0;
public static final int INCREMENT = 10;
void addFilter(ApplicationFilterConfig filterConfig) {
// Prevent the same filter being added multiple times
for(ApplicationFilterConfig filter:filters)
if(filter==filterConfig)
return;
if (n == filters.length) {
ApplicationFilterConfig[] newFilters =
new ApplicationFilterConfig[n + INCREMENT];
System.arraycopy(filters, 0, newFilters, 0, n);
filters = newFilters;
}
filters[n++] = filterConfig;
}
變量n用來記錄當(dāng)前過濾器鏈里面擁有的過濾器數(shù)目，默認(rèn)情況下n等于0，ApplicationFilterConfig對象數(shù)組的長度也等于0，所以當(dāng)?shù)谝淮握{(diào)用addFilter()方法時，if (n == filters.length)的條件成立，ApplicationFilterConfig數(shù)組長度被改變。之后filters[n++] = filterConfig;將變量filterConfig放入ApplicationFilterConfig數(shù)組中并將當(dāng)前過濾器鏈里面擁有的過濾器數(shù)目+1。
那ApplicationFilterChain的addFilter()方法又是在什么地方被調(diào)用的呢？
是在ApplicationFilterFactory類的createFilterChain()方法中。
public ApplicationFilterChain createFilterChain
(ServletRequest request, Wrapper wrapper, Servlet servlet) {
// get the dispatcher type
DispatcherType dispatcher = null;
if (request.getAttribute(DISPATCHER_TYPE_ATTR) != null) {
dispatcher = (DispatcherType) request.getAttribute(DISPATCHER_TYPE_ATTR);
}
String requestPath = null;
Object attribute = request.getAttribute(DISPATCHER_REQUEST_PATH_ATTR);
if (attribute != null){
requestPath = attribute.toString();
}
// If there is no servlet to execute, return null
if (servlet == null)
return (null);
boolean comet = false;
// Create and initialize a filter chain object
ApplicationFilterChain filterChain = null;
if (request instanceof Request) {
Request req = (Request) request;
comet = req.isComet();
if (Globals.IS_SECURITY_ENABLED) {
// Security: Do not recycle
filterChain = new ApplicationFilterChain();
if (comet) {
req.setFilterChain(filterChain);
}
} else {
filterChain = (ApplicationFilterChain) req.getFilterChain();
if (filterChain == null) {
filterChain = new ApplicationFilterChain();
req.setFilterChain(filterChain);
}
}
} else {
// Request dispatcher in use
filterChain = new ApplicationFilterChain();
}
filterChain.setServlet(servlet);
filterChain.setSupport
(((StandardWrapper)wrapper).getInstanceSupport());
// Acquire the filter mappings for this Context
StandardContext context = (StandardContext) wrapper.getParent();
FilterMap filterMaps[] = context.findFilterMaps();
// If there are no filter mappings, we are done
if ((filterMaps == null) || (filterMaps.length == 0))
return (filterChain);
// Acquire the information we will need to match filter mappings
String servletName = wrapper.getName();
// Add the relevant path-mapped filters to this filter chain
for (int i = 0; i < filterMaps.length; i++) {
if (!matchDispatcher(filterMaps[i] ,dispatcher)) {
continue;
}
if (!matchFiltersURL(filterMaps[i], requestPath))
continue;
ApplicationFilterConfig filterConfig = (ApplicationFilterConfig)
context.findFilterConfig(filterMaps[i].getFilterName());
if (filterConfig == null) {
// FIXME - log configuration problem
continue;
}
boolean isCometFilter = false;
if (comet) {
try {
isCometFilter = filterConfig.getFilter() instanceof CometFilter;
} catch (Exception e) {
// Note: The try catch is there because getFilter has a lot of
// declared exceptions. However, the filter is allocated much
// earlier
Throwable t = ExceptionUtils.unwrapInvocationTargetException(e);
ExceptionUtils.handleThrowable(t);
}
if (isCometFilter) {
filterChain.addFilter(filterConfig);
}
} else {
filterChain.addFilter(filterConfig);
}
}
// Add filters that match on servlet name second
for (int i = 0; i < filterMaps.length; i++) {
if (!matchDispatcher(filterMaps[i] ,dispatcher)) {
continue;
}
if (!matchFiltersServlet(filterMaps[i], servletName))
continue;
ApplicationFilterConfig filterConfig = (ApplicationFilterConfig)
context.findFilterConfig(filterMaps[i].getFilterName());
if (filterConfig == null) {
// FIXME - log configuration problem
continue;
}
boolean isCometFilter = false;
if (comet) {
try {
isCometFilter = filterConfig.getFilter() instanceof CometFilter;
} catch (Exception e) {
// Note: The try catch is there because getFilter has a lot of
// declared exceptions. However, the filter is allocated much
// earlier
}
if (isCometFilter) {
filterChain.addFilter(filterConfig);
}
} else {
filterChain.addFilter(filterConfig);
}
}
// Return the completed filter chain
return (filterChain);
}
可以將如上代碼分為兩段，51行之前為第一段，51行之后為第二段。
第一段的主要目的是創(chuàng)建ApplicationFilterChain對象以及一些參數(shù)設(shè)置。
第二段的主要目的是從上下文中獲取所有Filter信息，之后使用for循環(huán)遍歷并調(diào)用filterChain.addFilter(filterConfig);將filterConfig放入ApplicationFilterChain對象的ApplicationFilterConfig數(shù)組中。
那ApplicationFilterFactory類的createFilterChain()方法又是在什么地方被調(diào)用的呢？
是在StandardWrapperValue類的invoke()方法中被調(diào)用的。
由于invoke()方法較長，所以將很多地方省略。
public final void invoke(Request request, Response response)
throws IOException, ServletException {
...省略中間代碼
// Create the filter chain for this request
ApplicationFilterFactory factory =
ApplicationFilterFactory.getInstance();
ApplicationFilterChain filterChain =
factory.createFilterChain(request, wrapper, servlet);
...省略中間代碼
filterChain.doFilter(request.getRequest(), response.getResponse());
...省略中間代碼
}
那正常的流程應(yīng)該是這樣的：
在StandardWrapperValue類的invoke()方法中調(diào)用ApplicationFilterChai類的createFilterChain()方法———>在ApplicationFilterChai類的createFilterChain()方法中調(diào)用ApplicationFilterChain類的addFilter()方法———>在ApplicationFilterChain類的addFilter()方法中給ApplicationFilterConfig數(shù)組賦值。
根據(jù)上面的代碼可以看出StandardWrapperValue類的invoke()方法在執(zhí)行完createFilterChain()方法后，會繼續(xù)執(zhí)行ApplicationFilterChain類的doFilter()方法，然后在doFilter()方法中會調(diào)用internalDoFilter()方法。
以下是internalDoFilter()方法的部分代碼
// Call the next filter if there is one
if (pos < n) {
//拿到下一個Filter，將指針向下移動一位
//pos它來標(biāo)識當(dāng)前ApplicationFilterChain（當(dāng)前過濾器鏈）執(zhí)行到哪個過濾器
ApplicationFilterConfig filterConfig = filters[pos++];
Filter filter = null;
try {
//獲取當(dāng)前指向的Filter的實例
filter = filterConfig.getFilter();
support.fireInstanceEvent(InstanceEvent.BEFORE_FILTER_EVENT,
filter, request, response);
if (request.isAsyncSupported() && "false".equalsIgnoreCase(
filterConfig.getFilterDef().getAsyncSupported())) {
request.setAttribute(Globals.ASYNC_SUPPORTED_ATTR,
Boolean.FALSE);
}
if( Globals.IS_SECURITY_ENABLED ) {
final ServletRequest req = request;
final ServletResponse res = response;
Principal principal =
((HttpServletRequest) req).getUserPrincipal();
Object[] args = new Object[]{req, res, this};
SecurityUtil.doAsPrivilege
("doFilter", filter, classType, args, principal);
} else {
//調(diào)用Filter的doFilter()方法
filter.doFilter(request, response, this);
}
這里的filter.doFilter(request, response, this);就是調(diào)用我們前面創(chuàng)建的TestFilter中的doFilter()方法。而TestFilter中的doFilter()方法會繼續(xù)調(diào)用chain.doFilter(request, response);方法，而這個chain其實就是ApplicationFilterChain,所以調(diào)用過程又回到了上面調(diào)用dofilter和調(diào)用internalDoFilter方法，這樣執(zhí)行直到里面的過濾器全部執(zhí)行。
如果定義兩個過濾器，則Debug結(jié)果如下：
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