行为模式 - 责任链模式

Reference:

原文地址：https://refactoringguru.cn/design-patterns/chain-of-responsibility

亦称：职责链模式、命令链、CoR、Chain of Command、Chain of Responsibility，属于行为模式。

意图

责任链模式是一种行为设计模式，允许你将请求沿着处理者链进行发送。收到请求后，每个处理者均可对请求进行处理，或将其传递给链上的下个处理者。

问题

假如你正在开发一个在线订购系统。你希望对系统访问进行限制，只允许认证用户创建订单。此外，拥有管理权限的用户也拥有所有订单的完全访问权限。

简单规划后，你会意识到这些检查必须依次进行。只要接收到包含用户凭据的请求，应用程序就可尝试对进入系统的用户进行认证。但如果由于用户凭据不正确而导致认证失败，那就没有必要进行后续检查了。

请求必须经过一系列检查后才能由订购系统来处理。

在接下来的几个月里，你实现了后续的几个检查步骤。

一位同事认为直接将原始数据传递给订购系统存在安全隐患。因此你新增了额外的验证步骤来清理请求中的数据。
过了一段时间，有人注意到系统无法抵御暴力密码破解方式的攻击。为了防范这种情况，你立刻添加了一个检查步骤来过滤来自同一 IP 地址的重复错误请求。
又有人提议你可以对包含同样数据的重复请求返回缓存中的结果，从而提高系统响应速度。因此，你新增了一个检查步骤，确保只有没有满足条件的缓存结果时请求才能通过并被发送给系统。

代码变得越来越多，也越来越混乱。

检查代码本来就已经混乱不堪，而每次新增功能都会使其更加臃肿。修改某个检查步骤有时会影响其他的检查步骤。最糟糕的是，当你希望复用这些检查步骤来保护其他系统组件时，你只能复制部分代码，因为这些组件只需部分而非全部的检查步骤。

系统会变得让人非常费解，而且其维护成本也会激增。你在艰难地和这些代码共处一段时间后，有一天终于决定对整个系统进行重构。

解决方案

与许多其他行为设计模式一样，责任链会将特定行为转换为被称作处理者的独立对象。在上述示例中，每个检查步骤都可被抽取为仅有单个方法的类，并执行检查操作。请求及其数据则会被作为参数传递给该方法。

模式建议你将这些处理者连成一条链。链上的每个处理者都有一个成员变量来保存对于下一处理者的引用。除了处理请求外，处理者还负责沿着链传递请求。请求会在链上移动，直至所有处理者都有机会对其进行处理。

最重要的是：处理者可以决定不再沿着链传递请求，这可高效地取消所有后续处理步骤。

在我们的订购系统示例中，处理者会在进行请求处理工作后决定是否继续沿着链传递请求。如果请求中包含正确的数据，所有处理者都将执行自己的主要行为，无论该行为是身份验证还是数据缓存。

处理者依次排列，组成一条链。

不过还有一种稍微不同的方式（也是更经典一种），那就是处理者接收到请求后自行决定是否能够对其进行处理。如果自己能够处理，处理者就不再继续传递请求。因此在这种情况下，每个请求要么最多有一个处理者对其进行处理，要么没有任何处理者对其进行处理。在处理图形用户界面元素栈中的事件时，这种方式非常常见。

例如，当用户点击按钮时，按钮产生的事件将沿着 GUI 元素链进行传递，最开始是按钮的容器（如窗体或面板），直至应用程序主窗口。链上第一个能处理该事件的元素会对其进行处理。此外，该例还有另一个值得我们关注的地方：它表明我们总能从对象树中抽取出链来。

对象树的枝干可以组成一条链。

所有处理者类均实现同一接口是关键所在。每个具体处理者仅关心下一个包含 execute执行方法的处理者。这样一来，你就可以在运行时使用不同的处理者来创建链，而无需将相关代码与处理者的具体类进行耦合。

真实世界类比

给技术支持打电话时你可能得应对多名接听人员。

最近，你刚为自己的电脑购买并安装了一个新的硬件设备。身为一名极客，你显然在电脑上安装了多个操作系统，所以你会试着启动所有操作系统来确认其是否支持新的硬件设备。 Windows 检测到了该硬件设备并对其进行了自动启用。但是你喜爱的 Linux 系统并不支持新硬件设备。抱着最后一点希望，你决定拨打包装盒上的技术支持电话。

首先你会听到自动回复器的机器合成语音，它提供了针对各种问题的九个常用解决方案，但其中没有一个与你遇到的问题相关。过了一会儿，机器人将你转接到人工接听人员处。

这位接听人员同样无法提供任何具体的解决方案。他不断地引用手册中冗长的内容，并不会仔细聆听你的回应。在第 10 次听到 “你是否关闭计算机后重新启动呢？” 这句话后，你要求与一位真正的工程师通话。

最后，接听人员将你的电话转接给了工程师，他或许正缩在某幢办公大楼的阴暗地下室中，坐在他所深爱的服务器机房里，焦躁不安地期待着同一名真人交流。工程师告诉了你新硬件设备驱动程序的下载网址，以及如何在 Linux 系统上进行安装。问题终于解决了！你挂断了电话，满心欢喜。

责任链模式结构

伪代码

在本例中，责任链模式负责为活动的 GUI 元素显示上下文帮助信息。

GUI 类使用组合模式生成。每个元素都链接到自己的容器元素。你可随时构建从当前元素开始的、遍历其所有容器的元素链。

应用程序的GUI通常为对象树结构。例如，负责渲染程序主窗口的 对话框类就是对象树的根节点。对话框包含 面板 ，而面板可能包含其他面板，或是 按钮和 文本框等下层元素。

只要给一个简单的组件指定帮助文本，它就可显示简短的上下文提示。但更复杂的组件可自定义上下文帮助文本的显示方式，例如显示手册摘录内容或在浏览器中打开一个网页。

帮助请求如何在 GUI 对象中移动。

当用户将鼠标指针移动到某个元素并按下 F1键时，程序检测到指针下的组件并对其发送帮助请求。该请求不断向上传递到该元素所有的容器，直至某个元素能够显示帮助信息。

java

// 处理者接口声明了一个创建处理者链的方法。还声明了一个执行请求的方法。
interface ComponentWithContextualHelp is
    method showHelp()


// 简单组件的基础类。
abstract class Component implements ComponentWithContextualHelp is
    field tooltipText: string

    // 组件容器在处理者链中作为“下一个”链接。
    protected field container: Container

    // 如果组件设定了帮助文字，那它将会显示提示信息。如果组件没有帮助文字
    // 且其容器存在，那它会将调用传递给容器。
    method showHelp() is
        if (tooltipText != null)
            // 显示提示信息。
        else
            container.showHelp()


// 容器可以将简单组件和其他容器作为其子项目。链关系将在这里建立。该类将从
// 其父类处继承 showHelp（显示帮助）的行为。
abstract class Container extends Component is
    protected field children: array of Component

    method add(child) is
        children.add(child)
        child.container = this


// 原始组件应该能够使用帮助操作的默认实现……
class Button extends Component is
    // ……

// 但复杂组件可能会对默认实现进行重写。如果无法以新的方式来提供帮助文字，
// 那组件总是还能调用基础实现的（参见 Component 类）。
class Panel extends Container is
    field modalHelpText: string

    method showHelp() is
        if (modalHelpText != null)
            // 显示包含帮助文字的模态窗口。
        else
            super.showHelp()

// ……同上……
class Dialog extends Container is
    field wikiPageURL: string

    method showHelp() is
        if (wikiPageURL != null)
            // 打开百科帮助页面。
        else
            super.showHelp()


// 客户端代码。
class Application is
    // 每个程序都能以不同方式对链进行配置。
    method createUI() is
        dialog = new Dialog("预算报告")
        dialog.wikiPageURL = "http://……"
        panel = new Panel(0, 0, 400, 800)
        panel.modalHelpText = "本面板用于……"
        ok = new Button(250, 760, 50, 20, "确认")
        ok.tooltipText = "这是一个确认按钮……"
        cancel = new Button(320, 760, 50, 20, "取消")
        // ……
        panel.add(ok)
        panel.add(cancel)
        dialog.add(panel)

    // 想象这里会发生什么。
    method onF1KeyPress() is
        component = this.getComponentAtMouseCoords()
        component.showHelp()

责任链模式适合应用场景

当程序需要使用不同方式处理不同种类请求，而且请求类型和顺序预先未知时，可以使用责任链模式。
该模式能将多个处理者连接成一条链。接收到请求后，它会 “询问” 每个处理者是否能够对其进行处理。这样所有处理者都有机会来处理请求。
当必须按顺序执行多个处理者时，可以使用该模式。
无论你以何种顺序将处理者连接成一条链，所有请求都会严格按照顺序通过链上的处理者。
如果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。
如果在处理者类中有对引用成员变量的设定方法，你将能动态地插入和移除处理者，或者改变其顺序。

实现方式

声明处理者接口并描述请求处理方法的签名。
确定客户端如何将请求数据传递给方法。最灵活的方式是将请求转换为对象，然后将其以参数的形式传递给处理函数。
为了在具体处理者中消除重复的样本代码，你可以根据处理者接口创建抽象处理者基类。
该类需要有一个成员变量来存储指向链上下个处理者的引用。你可以将其设置为不可变类。但如果你打算在运行时对链进行改变，则需要定义一个设定方法来修改引用成员变量的值。
为了使用方便，你还可以实现处理方法的默认行为。如果还有剩余对象，该方法会将请求传递给下个对象。具体处理者还能够通过调用父对象的方法来使用这一行为。
依次创建具体处理者子类并实现其处理方法。每个处理者在接收到请求后都必须做出两个决定：
- 是否自行处理这个请求。
- 是否将该请求沿着链进行传递。
客户端可以自行组装链，或者从其他对象处获得预先组装好的链。在后一种情况下，你必须实现工厂类以根据配置或环境设置来创建链。
客户端可以触发链中的任意处理者，而不仅仅是第一个。请求将通过链进行传递，直至某个处理者拒绝继续传递，或者请求到达链尾。
由于链的动态性，客户端需要准备好处理以下情况：
- 链中可能只有单个链接。
- 部分请求可能无法到达链尾。
- 其他请求可能直到链尾都未被处理。

责任链模式优缺点

优点：
- 你可以控制请求处理的顺序。
- 单一职责原则。你可对发起操作和执行操作的类进行解耦。
- 开闭原则。你可以在不更改现有代码的情况下在程序中新增处理者。
缺点：
- 部分请求可能未被处理。

行为模式 - 责任链模式 ​

意图 ​

问题 ​

解决方案 ​

真实世界类比 ​

责任链模式结构 ​

伪代码 ​

责任链模式适合应用场景 ​

实现方式 ​

责任链模式优缺点 ​