原创

设计模式基础(十五)——职责链模式

职责链模式(Chain Of Responsibility Design Pattern ),是一种行为型模式。 它将请求的发送和接收解耦,让多个接收对象都有机会处理这个请求,将这些接收对象串成一条链,并沿着这条链传递这个请求,直到链上的某个接收对象能够处理它为止。

在职责链模式中,多个处理器(也就是刚刚定义中说的“接收对象”)依次处理同一个请求。一个请求先经过 A 处理器处理,然后再把请求传递给 B 处理器,B 处理器处理完后再传递给 C 处理器,以此类推,形成一个链条。链条上的每个处理器各自承担各自的处理职责,所以叫作职责链模式。

一、基本原理

我们还是通过示例来了解下职责链模式的基本原理。

Handler 是所有处理器类都必须实现的接口。每个具体的处理器类(HandlerA、HandlerB)的代码结构类似。 HandlerChain 类用数组而非链表来保存所有的处理器,并且需要在 HandlerChain 的 handle() 函数中,依次调用每个处理器的 handle() 函数。

public interface IHandler {
  boolean handle();
}

public class HandlerA implements IHandler {
  @Override
  public boolean handle() {
    boolean handled = false;
    //...
    return handled;
  }
}

public class HandlerB implements IHandler {
  @Override
  public boolean handle() {
    boolean handled = false;
    //...
    return handled;
  }
}

public class HandlerChain {
  private List<IHandler> handlers = new ArrayList<>();

  public void addHandler(IHandler handler) {
    this.handlers.add(handler);
  }

  public void handle() {
    for (IHandler handler : handlers) {
      boolean handled = handler.handle();
      if (handled) {
        break;
      }
    }
  }
}

// 使用举例
public class Application {
  public static void main(String[] args) {
    HandlerChain chain = new HandlerChain();
    chain.addHandler(new HandlerA());
    chain.addHandler(new HandlerB());
    chain.handle();
  }
}

二、使用场景

2.1 敏感词过滤

对于支持 UGC(User Generated Content,用户生成内容)的应用(比如论坛)来说,用户生成的内容(比如,在论坛中发表的帖子)可能会包含一些敏感词(比如涉黄、广告、反动等词汇)。针对这个应用场景,我们就可以利用职责链模式来过滤这些敏感词。


public interface SensitiveWordFilter {
  boolean doFilter(Content content);
}

public class SexyWordFilter implements SensitiveWordFilter {
  @Override
  public boolean doFilter(Content content) {
    boolean legal = true;
    //...
    return legal;
  }
}

// PoliticalWordFilter、AdsWordFilter类代码结构与SexyWordFilter类似

public class SensitiveWordFilterChain {
  private List<SensitiveWordFilter> filters = new ArrayList<>();

  public void addFilter(SensitiveWordFilter filter) {
    this.filters.add(filter);
  }

  // return true if content doesn't contain sensitive words.
  public boolean filter(Content content) {
    for (SensitiveWordFilter filter : filters) {
      if (!filter.doFilter(content)) {
        return false;
      }
    }
    return true;
  }
}

客户端使用:

ublic class ApplicationDemo {
  public static void main(String[] args) {
    SensitiveWordFilterChain filterChain = new SensitiveWordFilterChain();
    filterChain.addFilter(new AdsWordFilter());
    filterChain.addFilter(new SexyWordFilter());
    filterChain.addFilter(new PoliticalWordFilter());

    boolean legal = filterChain.filter(new Content());
    if (!legal) {
      // 不发表
    } else {
      // 发表
    }
  }
}

2.2 Servlet Filter

Servlet Filter 是 Java Servlet 规范中定义的组件,翻译成中文就是过滤器,它可以实现对 HTTP 请求的过滤功能,比如鉴权、限流、记录日志、验证参数等等。因为它是 Servlet 规范的一部分,所以,只要是支持 Servlet 的 Web 容器(比如,Tomcat、Jetty 等),都支持过滤器功能。



在实际项目中,我们只需要定义一个实现 javax.servlet.Filter 接口的过滤器类,并且将它配置在 web.xml 配置文件中。Web 容器启动的时候,会读取 web.xml 中的配置,创建过滤器对象。当有请求到来的时候,会先经过过滤器,然后才由 Servlet 来处理:

public class LogFilter implements Filter {
  @Override
  public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
    // 在创建Filter时自动调用,
    // 其中filterConfig包含这个Filter的配置参数,比如name之类的(从配置文件中读取的)
  }

  @Override
  public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
    System.out.println("拦截客户端发送来的请求.");
    chain.doFilter(request, response);
    System.out.println("拦截发送给客户端的响应.");
  }

  @Override
  public void destroy() {
    // 在销毁Filter时自动调用
  }
}

职责链模式的实现包含处理器接口(IHandler)以及处理器链(HandlerChain)。对应到 Servlet Filter,javax.servlet.Filter 就是处理器接口,FilterChain 就是处理器链。

事实上,Servlet 中的 FilterChain 只是一个接口定义。具体的实现类由遵从 Servlet 规范的 Web 容器来提供,比如,ApplicationFilterChain 类就是 Tomcat 提供的 FilterChain 的实现类,源码如下所示:

public final class ApplicationFilterChain implements FilterChain {
  private int pos = 0; //当前执行到了哪个filter
  private int n; //filter的个数
  private ApplicationFilterConfig[] filters;
  private Servlet servlet;

  @Override
  public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response) {
    if (pos < n) {
      ApplicationFilterConfig filterConfig = filters[pos++];
      Filter filter = filterConfig.getFilter();
      filter.doFilter(request, response, this);
    } else {
      // filter都处理完毕后,执行servlet
      servlet.service(request, response);
    }
  }

  public void addFilter(ApplicationFilterConfig filterConfig) {
    for (ApplicationFilterConfig filter:filters)
      if (filter==filterConfig)
         return;

    if (n == filters.length) {//扩容
      ApplicationFilterConfig[] newFilters = new ApplicationFilterConfig[n + INCREMENT];
      System.arraycopy(filters, 0, newFilters, 0, n);
      filters = newFilters;
    }
    filters[n++] = filterConfig;
  }
}

ApplicationFilterChain 中的 doFilter() 函数的代码实现比较有技巧,实际上是一个递归调用。你可以用每个 Filter(比如 LogFilter)的 doFilter() 的代码实现,直接替换 ApplicationFilterChain 中的filter.doFilter(request, response, this),一眼就能看出是递归调用了:

@Override
public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response) {
  if (pos < n) {
    ApplicationFilterConfig filterConfig = filters[pos++];
    Filter filter = filterConfig.getFilter();
    //filter.doFilter(request, response, this);
    //把filter.doFilter的代码实现展开替换到这里
    System.out.println("拦截客户端发送来的请求.");
    chain.doFilter(request, response); // chain就是this
    System.out.println("拦截发送给客户端的响应.")
  } else {
    // filter都处理完毕后,执行servlet
    servlet.service(request, response);
  }
}

这样实现主要是为了在一个 doFilter() 方法中,支持双向拦截,既能拦截客户端发送来的请求,也能拦截发送给客户端的响应。

2.3 Spring Interceptor

刚刚讲了 Servlet Filter,现在我们来讲一个功能上跟它非常类似的东西——Spring Interceptor。它们不同之处在于:Servlet Filter 是 Servlet 规范的一部分,实现依赖于 Web 容器;Spring Interceptor 是 Spring MVC 框架的一部分,由 Spring MVC 框架来提供实现。

客户端发送的请求,会先经过 Servlet Filter,然后再经过 Spring Interceptor,最后到达具体的业务代码中。我画了一张图来阐述一个请求的处理流程,具体如下所示:



在项目中,我们可以通过如下方式使用 Spring Interceptor。下面的示例中,LogInterceptor 实现的功能跟刚才的 LogFilter 完全相同,只是实现方式上稍有区别。LogFilter 对请求和响应的拦截是在 doFilter() 一个函数中实现的,而 LogInterceptor 对请求的拦截在 preHandle() 中实现,对响应的拦截在 postHandle() 中实现:

public class LogInterceptor implements HandlerInterceptor {

  @Override
  public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
    System.out.println("拦截客户端发送来的请求.");
    return true; // 继续后续的处理
  }

  @Override
  public void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, ModelAndView modelAndView) throws Exception {
    System.out.println("拦截发送给客户端的响应.");
  }

  @Override
  public void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex) throws Exception {
    System.out.println("这里总是被执行.");
  }
}

Spring Interceptor 的底层也是基于职责链模式实现的。 其中,HandlerExecutionChain 类是职责链模式中的处理器链。它的实现相较于 Tomcat 中的 ApplicationFilterChain 来说,逻辑更加清晰,不需要使用递归来实现,主要是因为它将请求和响应的拦截工作,拆分到了两个函数中实现。

HandlerExecutionChain 的源码如下所示,同样,我对代码也进行了一些简化,只保留了关键代码:

public class HandlerExecutionChain {
 private final Object handler;
 private HandlerInterceptor[] interceptors;

 public void addInterceptor(HandlerInterceptor interceptor) {
  initInterceptorList().add(interceptor);
 }

 boolean applyPreHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws Exception {
  HandlerInterceptor[] interceptors = getInterceptors();
  if (!ObjectUtils.isEmpty(interceptors)) {
   for (int i = 0; i < interceptors.length; i++) {
    HandlerInterceptor interceptor = interceptors[i];
    if (!interceptor.preHandle(request, response, this.handler)) {
     triggerAfterCompletion(request, response, null);
     return false;
    }
   }
  }
  return true;
 }

 void applyPostHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, ModelAndView mv) throws Exception {
  HandlerInterceptor[] interceptors = getInterceptors();
  if (!ObjectUtils.isEmpty(interceptors)) {
   for (int i = interceptors.length - 1; i >= 0; i--) {
    HandlerInterceptor interceptor = interceptors[i];
    interceptor.postHandle(request, response, this.handler, mv);
   }
  }
 }

 void triggerAfterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Exception ex)
   throws Exception {
  HandlerInterceptor[] interceptors = getInterceptors();
  if (!ObjectUtils.isEmpty(interceptors)) {
   for (int i = this.interceptorIndex; i >= 0; i--) {
    HandlerInterceptor interceptor = interceptors[i];
    try {
     interceptor.afterCompletion(request, response, this.handler, ex);
    } catch (Throwable ex2) {
     logger.error("HandlerInterceptor.afterCompletion threw exception", ex2);
    }
   }
  }
 }
}

在 Spring 框架中,DispatcherServlet 的 doDispatch() 方法用来分发请求,它在真正的业务逻辑前后,执行了 HandlerExecutionChain 中的 applyPreHandle() 和 applyPostHandle() 函数,用来实现拦截的功能。

三、总结

职责链模式常用在框架开发中,用来实现框架的过滤器、拦截器功能,让框架的使用者在不需要修改框架源码的情况下,添加新的过滤拦截功能。这也体现了之前讲到的对扩展开放、对修改关闭的设计原则。

正文到此结束
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