Java设计模式13 - 责任链模式
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。
