设计模式之责任链模式

一、责任链模式简介

1.1 概念

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   责任链模式（Chain of Responsibility Pattern） 是一种常用的设计模式，属于行为型模式的一种。在责任链模式中，多个对象都有机会处理请求，从而形成一条链：请求从一个对象传递到下一个对象，以此类推。这种模式允许请求的发送者和接收者解耦。在责任链模式中，请求可以被多个对象处理，知道其中一个对象负责处理它为止。

1.2 模式类型

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   行为型设计模式

1.3 优点

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1. 解耦：请求的发送者和接收者解耦，发送者不需要知道请求的处理者是谁，只需要将请求发送给链中的第一个处理者。
2. 动态组合：责任链可以动态组合，使用配置设置责任链的顺序及是否出现；可以随时对责任链排序，随时增加拆除责任链中的某个请求对象。
3. 单一职责原则：责任链模式符合单一职责原则，每个处理者只负责处理自己的业务逻辑，使得系统更容易扩展和维护。
4. 满足开闭原则： 新增或删除处理者时，无需修改现有代码，满足开闭原则。

1.4 缺点

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1. 性能： 由于责任链模式中的请求在链条上依次传递，如果责任链过长或者处理者处理能力不足，可能导致请求处理时间过长，影响系统性能。
2. 请求处理不保证被接收： 责任链模式中，某个请求可能因为未被任何处理者处理而被忽略，这可能导致系统无法处理某些请求。
3. 调试困难： 责任链模式中由多个处理者功能处理请求，对于一个请求的处理过程和结果跟踪可能较为困难，尤其当责任链较长或者处理者较多时。
4. 可能造成循环调用： 在设计责任链模式时，如果处理者之间的联系设置不当，有可能造成循环调用，导致系统陷入死循环。
   

二、责任链模式的模式动机

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   在软件开发过程中，一个请求可能需要多个不同的处理对象。传统的处理方式是，用一个巨大的条件分支语句（if-else 或 switch）来决定每个请求的处理者。这种方式的问题在于，处理逻辑与处理对象耦合度高，违反了开放封闭原则，同时使得系统难以维护和扩展。

   责任链模式提供了一种更优雅的方式来解决这个问题。通过构建一个链式的处理对象集合，每个处理对象只关注自己责任范围内的请求，对于不属于自己处理范围的请求，就传递给链上的下一个对象处理。这样，可以将请求的发送者和接收者进行有效解耦，提高系统的灵活性和可扩展性。

三、模式结构

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   责任链模式主要包含以下两个核心组成部分：

1. 处理者（Handler）：定义一个处理请求的接口，包含处理请求的方法和一个指向链上下一个处理者的引用。
2. 具体处理者（Concrete Handler）：实现处理者接口，处理它负责的请求，可以访问它的继任者。如果可处理该请求，就处理，否则将该请求转发给它的继任者。
   

四、责任链模式的实现

4.1 需求

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   假设有一个需求：账号注册
   账号注册时进行校验，先校验账号、再校验密码，最后校验手机号等。

校验规则：

1. 校验用户名，用户名不能为空，长度不能超过20个字符
2. 校验密码，密码不能为空，长度不能超过16个字符，必须包含数字和字母
3. 校验手机号，手机号不能为空，必须时11位数字

4.2 实现步骤

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1. 创建三个校验类，UsernameVerify，PasswordVerify，PhoneNumberVerify
2. 实现 Verify 接口，并设置 nextVerify 属性，用于设置下一个校验类
3. 创建 UserAccount 类，用于保存用户输入的账号信息
4. 创建责任链，并设置第一个校验类为 usernameVerify，并设置其 nextVerify 属性为 passwordVerify
5. 调用 deploy 方法，传入 UserAccount 实例，开始验证
6. 验证失败，则返回错误信息，否则返回成功信息

4.3 具体实现

1. 用户账户类

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public class UserAccount {

    private String username;
    private String password;
    private String phoneNumber;

    public String getPassword() {
        return password;
    }

    public void setPassword(String password) {
        this.password = password;
    }

    public String getPhoneNumber() {
        return phoneNumber;
    }

    public void setPhoneNumber(String phoneNumber) {
        this.phoneNumber = phoneNumber;
    }

    public String getUsername() {
        return username;
    }

    public void setUsername(String username) {
        this.username = username;
    }

}

2. 校验器父类

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public abstract class Verify {

    protected Verify verify;

    public void setNextVerify(Verify verify){
        this.verify = verify;
    }

    public abstract void deploy(UserAccount userAccount);

}

3. 校验器子类

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1. 用户名校验器

   public class UsernameVerify extends Verify {
       @Override
       public void deploy(UserAccount userAccount) {
           if (StringUtils.isNotEmpty(userAccount.getUsername()) && userAccount.getUsername().length() <= 20) {
               System.out.println("用户名验证通过");
   
               // 获取下一个验证器
               if (verify != null) {
                   verify.deploy(userAccount);
               }
           } else {
               System.out.println("用户名不能为空，长度不能超过20个字符!");
           }
       }
   }
   
   

2. 密码校验器

   public class PasswordVerify extends Verify {
       @Override
       public void deploy(UserAccount userAccount) {
           if (checkPassword(userAccount.getPassword())) {
               System.out.println("密码校验通过");
   
               // 获取下一个验证器
               if (verify != null) {
                   verify.deploy(userAccount);
               }
           } else {
               System.out.println("密码不能为空，长度不能超过16个字符，必须包含数字和字母");
           }
       }
   
       public boolean checkPassword(String password) {
           if (StringUtils.isEmpty(password)) {
               return false;
           }
           if (password.length() > 16) {
               return false;
           }
           return password.matches(".*[0-9].*") && password.matches(".*[a-zA-Z].*");
       }
   }
   

3. 电话号码校验器

   public class PhoneNumberVerify extends Verify {
       @Override
       public void deploy(UserAccount userAccount) {
           if (checkPhoneNumber(userAccount.getPhoneNumber())) {
               System.out.println("手机号码验证通过");
   
               if (verify != null) {
                   verify.deploy(userAccount);
               }
           } else {
               System.out.println("校验手机号，手机号不能为空，必须是11位数字");
           }
       }
   
       public boolean checkPhoneNumber(String phoneNumber) {
           if (StringUtils.isEmpty(phoneNumber)) {
               return false;
           }
           if (phoneNumber.length() != 11) {
               return false;
           }
           for (int i = 0; i < 11; i++) {
               if (!Character.isDigit(phoneNumber.charAt(i))) {
                   return false;
               }
           }
           return true;
       }
   }
   

4. 客户端测试

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public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        UsernameVerify usernameVerify = new UsernameVerify();
        PasswordVerify passwordVerify = new PasswordVerify();
        PhoneNumberVerify phoneNumberVerify = new PhoneNumberVerify();


        UserAccount userAccount = new UserAccount();
        userAccount.setUsername("qinj");
        userAccount.setPassword("123456abc");
        userAccount.setPhoneNumber("13800138000");

        // 创建职责链
        usernameVerify.setNextVerify(passwordVerify);
        passwordVerify.setNextVerify(phoneNumberVerify);

        // 开始验证
        usernameVerify.deploy(userAccount);
    }
}

5. 运行结果

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五、责任链模式的应用场景

5.1 适用场景

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• 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决定，可以使用责任链模式。
• 可由客户端动态指定一组对象处理请求，或添加新的处理者，可以使用责任链模式。
• 所需处理者及其顺序必须在运行时进行改变，可以使用责任链模式。

5.2 应用实例

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• 用户认证和授权
• 日志记录和异常处理
• 生活中各种审批链（请假、采购）
• 各种客服的专线（人工客服按指定数字转接）
• JS 中的事件冒泡
• Tomcat 对 Encoding` 的处理
• Java 的拦截器链
• Servlet 的过滤器链