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重识设计模式-责任链模式(Chain of Responsibility Pattern)

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“一对二”,“过”,“过”……这声音熟悉吗?你会想到什么?对!纸牌。在类似“斗地主”这样的 纸牌游戏中,某人出牌给他的下家,下家看看手中的牌,如果要不起上家的牌则将出牌请求 再转发给他的下家,其下家再进行判断。一个循环下来,如果其他人都要不起该牌,则最初 的出牌者可以打出新的牌。在这个过程中,牌作为一个请求沿着一条链在传递,每一位纸牌 的玩家都可以处理该请求。在设计模式中,我们也有一种专门用于处理这种请求链式传递的 模式,它就是下面要介绍的责任链模式。

定义

责任链模式(Chain of Responsibility Pattern): 也叫职责链模式,避免请求发送者与接收者耦合在一起,让多个对象都有可能接收请求,将这些对象连接成一条链,并且沿着这条链传递请求,直到有对象处理它为止。责任链模式是一种对象行为型模式。

角色

责任链模式结构的核心在于引入了一个抽象处理者。

责任链模式结构图

从责任链模式结构图中我们看到包含如下几个角色:

Handler( 抽象处理者) : 它定义了一个处理请求的接口,一般设计为抽象类,由于不同的具体处理者处理请求的方式不同,因此在其中定义了抽象请求处理方法。因为每一个处理者的下家还是一个处理者,因此在抽象处理者中定义了一个抽象处理者类型的对象(如结构图中的successor),作为其对下家的引用。通过该引用,处理者可以连成一条链。

ConcreteHandler(具体处理者) : 它是抽象处理者的子类,可以处理用户请求,在具体处理者类中实现了抽象处理者中定义的抽象请求处理方法,在处理请求之前需要进行判断,看是否有相应的处理权限,如果可以处理请求就处理它,否则将请求转发给后继者;在具体处理者中可以访问链中下一个对象,以便请求的转发。

在责任链模式里,很多对象由每一个对象对其下家的引用而连接起来形成一条链。请求在这个链上传递,直到链上的某一个对象决定处理此请求。发出这个请求的客户端并不知道链上的哪一个对象最终处理这个请求,这使得系统可以在不影响客户端的情况下动态地重新组织链和分配责任。

案例回放

某软件公司承接了某企业SCM(Supply Chain Management,供应链管理)系统的开发任务,其中包含一个采购审批子系统。该企业的采购审批是分级进行的,即根据采购金额的不同由不同层次的主管人员来审批,当前主要审批层次为:

1.主任可以审批5万元以下( 不包括5万元) 的采购单;
2.副董事长可以审批5万元至10万元( 不包括10万元) 的采购单;
3.董事长可以审批10万元至50万元( 不包括50万元) 的采购单;
4.50万元及以上的采购单就需要开董事会讨论决定。

整个审批层次图如下所示:

采购单分级审批示意图

SCM系统中的采购单审批,主任、副董事长、董事长和董事会都可以处理采购单,他们可以构成一条处理采购单的链式结构,采购单沿着这条链进行传递,这条链就称为责任链。责任链可以是一条直线、一个环或者一个树形结构,最常见的职责链是直线型,即沿着一条单向的链来传递请求。链上的每一个对象都是请求处理者,责任链模式可以将请求的处理者组织成一条链,并让请求沿着链传递,由链上的处理者对请求进行相应的处理,客户端无须关心请求的处理细节以及请求的传递,只需将请求发送到链上即可,实现请求发送者和请求处理者解耦。

我们使用责任链模式来实现采购单的分级审批,其基本结构如图所示:

抽象类Approver充当抽象处理者(抽象传递者),Director、VicePresident、President和Congress充当具体处理者(具体传递者),PurchaseRequest充当请求类。完整代码如下所示:

PurchaseRequest.java

/**
 * Created by chendx on 2019/3/16
 *
 * @since 1.0
 * 采购单:请求类
 */
public class PurchaseRequest {
    private double amount; //采购金额
    private int number; //采购单编号
    private String purpose; //采购目的

    public PurchaseRequest(double amount, int number, String purpose) {
        this.amount = amount;
        this.number = number;
        this.purpose = purpose;
    }

    public void setAmount(double amount) {
        this.amount = amount;
    }

    public double getAmount() {
        return this.amount;
    }

    public void setNumber(int number) {
        this.number = number;
    }

    public int getNumber() {
        return this.number;
    }

    public void setPurpose(String purpose) {
        this.purpose = purpose;
    }

    public String getPurpose() {
        return this.purpose;
    }
}
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Approver.java

/** 定义后继对象 */
    protected Approver successor;
    /** 审批者姓名 */
    protected String name;

    public Approver(String name) {
        this.name = name;
    }

    /**
     * 设置后继者
     */
    public void setSuccessor(Approver successor) {
        this.successor = successor;
    }

    /**
     * 抽象请求处理方法
     */
    public abstract void processRequest(PurchaseRequest request);
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Director.java

/**
 * Created by chendx on 2019/3/16
 *
 * @since 1.0
 * 主任类:具体处理者
 */
public class Director extends Approver {

    public Director(String name) {
        super(name);
    }

    /**
     * 具体请求处理方法
     */
    public void processRequest(PurchaseRequest request) {
        if (request.getAmount() < 50000) {
            System.out.println("主任" + this.name + "审批采购单:" + request.getNumber()+",金额:"+request.getAmount()+",采购目的:"+request.getPurpose());
        } else {
            //转发请求
            this.successor.processRequest(request);
        }
    }
}
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VicePresident.java'

/**
 * Created by chendx on 2019/3/16
 *
 * @since 1.0
 * 副董事长类:具体处理者
 */
public class VicePresident extends Approver {

    public VicePresident(String name) {
        super(name);
    }

    /**
     * 具体请求处理方法
     */
    public void processRequest(PurchaseRequest request) {
        if (request.getAmount() < 100000) {
            System.out.println("副董事长" + this.name + "审批采购单:" + request.getNumber()+",金额:"+request.getAmount()+",采购目的:"+request.getPurpose());
        } else {
            this.successor.processRequest(request); //转发请求
        }
    }
}
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VicePresident.java

/**
 * Created by chendx on 2019/3/16
 *
 * @since 1.0
 * 董事长类:具体处理者
 */
public class VicePresident extends Approver {

    public VicePresident(String name) {
        super(name);
    }

    /**
     * 具体请求处理方法
     */
    public void processRequest(PurchaseRequest request) {
        if (request.getAmount() < 100000) {
            System.out.println("副董事长" + this.name + "审批采购单:" + request.getNumber()+",金额:"+request.getAmount()+",采购目的:"+request.getPurpose());
        } else {
            this.successor.processRequest(request); //转发请求
        }
    }
}
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Congress.java

/**
 * Created by chendx on 2019/3/16
 *
 * @since 1.0
 * 董事会类:具体处理者
 */
public class Congress extends Approver {

    public Congress(String name) {
        super(name);
    }

    /**
     * 具体请求处理方法
     */
    public void processRequest(PurchaseRequest request) {
        System.out.println("召开董事会审批采购单:" + request.getNumber() + ",金额:" + request.getAmount() + ",采购目的:" + request.getPurpose());
    }
}
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Client.java

/**
 * Created by chendx on 2019/3/16
 *
 * @since 1.0
 * 客户端测试代码
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //主任:张无忌
        Approver director = new Director("张无忌");
        //副董事长:杨过
        Approver vicePresident = new VicePresident("杨过");
        //董事长:郭靖
        Approver president = new President("郭靖");
        //董事会
        Approver congress = new Congress("董事会");

        //创建职责链
        director.setSuccessor(vicePresident);
        vicePresident.setSuccessor(president);
        president.setSuccessor(congress);

        //创建采购单
        PurchaseRequest pr1 = new PurchaseRequest(45000, 10001, "购买倚天剑。");
        director.processRequest(pr1);

        PurchaseRequest pr2 = new PurchaseRequest(60000, 10002, "购买《 葵花宝典》。");
        director.processRequest(pr2);

        PurchaseRequest pr3 = new PurchaseRequest(160000, 10003, "购买《 金刚经》。");
        director.processRequest(pr3);

        PurchaseRequest pr4 = new PurchaseRequest(800000, 10004, "购买桃花岛。");
        director.processRequest(pr4);
    }
}
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编译并运行程序,输出结果如下:

主任张无忌审批采购单:10001,金额:45000.0元,采购目的:购买倚天剑。
副董事长杨过审批采购单:10002,金额:60000.0元,采购目的:购买《 葵花宝典》 。
董事长郭靖审批采购单:10003,金额:160000.0元,采购目的:购买《 金刚经》 。
召开董事会审批采购单:10004,金额:800000.0元,采购目的:购买桃花岛。

如果需要在系统增加一个新的具体处理者,如增加一个经理(Manager)角色可以审批5万元至8万元(不包括8万元)的采购单,需要编写一个新的具体处理者类Manager,作为抽象处理者类Approver的子类,实现在Approver类中定义的抽象处理方法,如果采购金额大于等于8万元,则将请求转发给下家,代码如下所示:

Manager.java

/**
 * Created by chendx on 2019/3/16
 *
 * @since 1.0
 * 经理类:具体处理者
 */
public class Manager extends Approver {
    public Manager(String name) {
        super(name);
    }

    /**
     * 具体请求处理方法
     */
    public void processRequest(PurchaseRequest request) {
        if (request.getAmount() < 80000) {
            System.out.println("经理" + this.name + "审批采购单:" + +request.getNumber() + ",金额:" + request.getAmount() + ",采购目的:" + request.getPurpose());
        } else {
            this.successor.processRequest(request); //转发请求
        }
    }
}
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由于链的创建过程由客户端负责,因此增加新的具体处理者类对原有类库无任何影响,无须修改已有类的源代码,符合“开闭原则”。

在客户端代码中,如果要将新的具体请求处理者应用在系统中,需要创建新的具体处理者对象,然后将该对象加入责任链中。修改客户端测试代码:

/**
 * Created by chendx on 2019/3/16
 *
 * @since 1.0
 * 客户端测试代码
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //主任:张无忌
        Approver director = new Director("张无忌");
        //副董事长:杨过
        Approver vicePresident = new VicePresident("杨过");
        //董事长:郭靖
        Approver president = new President("郭靖");
        //董事会
        Approver congress = new Congress("董事会");
        //经理
        Approver manager = new Manager("黄蓉");

        //创建职责链
        director.setSuccessor(manager);
        manager.setSuccessor(vicePresident);
        vicePresident.setSuccessor(president);
        president.setSuccessor(congress);

        //创建采购单
        PurchaseRequest pr1 = new PurchaseRequest(45000, 10001, "购买倚天剑。");
        director.processRequest(pr1);

        PurchaseRequest pr2 = new PurchaseRequest(60000, 10002, "购买《 葵花宝典》。");
        director.processRequest(pr2);

        PurchaseRequest pr3 = new PurchaseRequest(160000, 10003, "购买《 金刚经》。");
        director.processRequest(pr3);

        PurchaseRequest pr4 = new PurchaseRequest(800000, 10004, "购买桃花岛。");
        director.processRequest(pr4);
    }
}
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重新编译并运行程序,输出结果如下:

主任张无忌审批采购单:10001,金额:45000.0元,采购目的:购买倚天剑。
经理黄蓉审批采购单:10002,金额:60000.0元,采购目的:购买《 葵花宝典》 。
董事长郭靖审批采购单:10003,金额:160000.0元,采购目的:购买《 金刚经》 。
召开董事会审批采购单:10004,金额:800000.0元,采购目的:购买桃花岛。

典型应用

Android View的事件分发机制就是责任链设计模式的应用之一,这里为了节省篇幅,就不在分析View的事件分发机制在源码中的详细调用流程。View事件分发机制流程图如下:

优点

1.责任链模式使得一个对象无须知道是其他哪一个对象处理其请求,对象仅需知道该请求会被处理即可,接收者和发送者都没有对方的明确信息,且链中的对象不需要知道链的结构,由客户端负责链的创建,降低了系统的耦合度。

2.请求处理对象仅需维持一个指向其后继者的引用,而不需要维持它对所有的候选处理者的 引用,可简化对象的相互连接。

3.在给对象分派职责时,职责链可以给我们更多的灵活性,可以通过在运行时对该链进行动态的增加或修改来增加或改变处理一个请求的职责。

4.在系统中增加一个新的具体请求处理者时无须修改原有系统的代码,只需要在客户端重新建链即可,从这一点来看是符合“开闭原则”的。

缺点

1.由于一个请求没有明确的接收者,那么就不能保证它一定会被处理,该请求可能一直到链的末端都得不到处理;一个请求也可能因职责链没有被正确配置而得不到处理。

2.对于比较长的职责链,请求的处理可能涉及到多个处理对象,系统性能将受到一定影响,而且在进行代码调试时不太方便。

3.如果建链不当,可能会造成循环调用,将导致系统陷入死循环。

重点

责任链模式并不创建职责链,职责链的创建工作必须由系统的其他部分来完成,一般是在使用该职责链的客户端中创建职责链。责任链模式降低了请求的发送端和接收 端之间的耦合,使多个对象都有机会处理这个请求。

使用场景

在以下情况下可以考虑使用职责链模式:

1.有多个对象可以处理同一个请求,具体哪个对象处理该请求待运行时刻再确定,客户端只需将请求提交到链上,而无须关心请求的处理对象是谁以及它是如何处理的。

2.在不明确指定接收者的情况下,向多个对象中的一个提交一个请求。

3.可动态指定一组对象处理请求,客户端可以动态创建职责链来处理请求,还可以改变链中处理者之间的先后次序。

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