Go設(shè)計(jì)模式之責(zé)任鏈模式

其實(shí)很多人不知道，責(zé)任鏈模式是我們工作中經(jīng)常遇到的模式，特別是web后端工程師，我們工作中每時(shí)每刻都在用：因?yàn)槭忻嫔洗蟛糠值膚eb框架的過濾器基本都是基于這個(gè)設(shè)計(jì)模式為基本模式搭建的。

1.模式介紹

我們先來看一下責(zé)任鏈模式（Chain Of Responsibility Design Pattern ）的英文介紹：Avoid coupling the sender of a request to its receiver by giving more than one object a chance to handle the request. Chain the receiving objects and pass the request along the chain until an object handles it.

翻譯成中文就是：將請(qǐng)求的發(fā)送和接收解耦，讓多個(gè)接收對(duì)象都有機(jī)會(huì)處理這個(gè)請(qǐng)求。將這些接收對(duì)象串成一條鏈，并沿著這條鏈傳遞這個(gè)請(qǐng)求，直到鏈上的某個(gè)接收對(duì)象能夠處理它為止。

這么說比較抽象，用更加容易理解的話來進(jìn)一步解讀一下。在責(zé)任鏈模式中，一個(gè)請(qǐng)求過來，會(huì)有多個(gè)處理器（也就是剛剛定義中說的“接收對(duì)象”）依次處理同一個(gè)請(qǐng)求。即請(qǐng)求先經(jīng)過 A 處理器處理，然后再把請(qǐng)求傳遞給 B 處理器，B 處理器處理完后再傳遞給 C 處理器，以此類推，形成一個(gè)鏈條。鏈條上的每個(gè)處理器各自承擔(dān)各自的處理職責(zé)，所以叫作責(zé)任鏈模式。

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2.模式demo

2.1 UML

責(zé)任鏈模式（Chain Of Responsibility Design Pattern ）的整體結(jié)構(gòu)如下：

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2.2 標(biāo)準(zhǔn)demo

我們依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的UML圖，寫出一個(gè)具體的例子（對(duì)應(yīng)UML圖）：

(請(qǐng)雙 擊圖片查看 )

首先定義一個(gè)接口 IHandler：

1. type IHandler interface {

2. SetNext ( handler IHandler )

3. Handle ( score int )

4. }

然后分別構(gòu)建三個(gè)不同的實(shí)現(xiàn)： ConcreteHandler1

1. type ConcreteHandler1 struct {

2. Next IHandler

3. }

5. func ( c * ConcreteHandler1 ) Handle ( score int ) {

6. if score < 0 {

7. fmt . Println ( "ConcreteHandler1 處理" )

8. return

9. }

10. if c . Next != nil {

11. c . Next . Handle ( score )

12. }

13. return

14. }

15. func ( c * ConcreteHandler1 ) SetNext ( handler IHandler ) {

16. c . Next = handler

17. }

ConcreteHandler2

1. type ConcreteHandler2 struct {

2. Next IHandler

3. }

5. func ( c * ConcreteHandler2 ) Handle ( score int ) {

6. if score > 0 {

7. fmt . Println ( "ConcreteHandler2 處理" )

8. return

9. }

10. if c . Next != nil {

11. c . Next . Handle ( score )

12. }

13. return

14. }

16. func ( c * ConcreteHandler2 ) SetNext ( handler IHandler ) {

17. c . Next = handler

18. }

ConcreteHandler3

1. type ConcreteHandler3 struct {

2. Next IHandler

3. }

5. func ( c * ConcreteHandler3 ) Handle ( score int ) {

6. if score == 0 {

7. fmt . Println ( "ConcreteHandler3 處理" )

8. return

9. }

10. if c . Next != nil {

11. c . Next . Handle ( score )

12. }

13. return

14. }

16. func ( c * ConcreteHandler3 ) SetNext ( handler IHandler ) {

17. c . Next = handler

18. }

最后是 main函數(shù)：

1. func main () {

2. handler1 := & ConcreteHandler1 {}

3. handler2 := & ConcreteHandler2 {}

4. handler3 := & ConcreteHandler3 {}

6. handler1 . SetNext ( handler2 )

7. handler2 . SetNext ( handler3 )

9. handler1 . Handle ( 10 )

11. }

打印結(jié)果為：

1. ConcreteHandler2 處理

2.3 改進(jìn)版demo

通過以上標(biāo)準(zhǔn)例子不難發(fā)現(xiàn)： main函數(shù)承接了很多client自身之外的“額外工作”：構(gòu)建和拼接組裝責(zé)任鏈，這不利于后續(xù)client端的使用和擴(kuò)展：一不小心可能責(zé)任鏈拼就接錯(cuò)了或者拼接少節(jié)點(diǎn)了。我們可以對(duì)UML做一個(gè)改進(jìn)：增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)管理模塊。改進(jìn)圖如下：

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對(duì)比上文的uml圖，新增加了一個(gè) ChainHandler結(jié)構(gòu)體用來管理拼接的 Handler，client端無需了解 Handler的業(yè)務(wù)， Handler的組合可以使用鏈表，也可以使用數(shù)組(當(dāng)前用了數(shù)組)。具體實(shí)現(xiàn)如下：先定義 Handler接口:

1. type Handler interface {

2. Handle ( score int )

3. }

然后分別實(shí)現(xiàn) Handler接口的三個(gè)結(jié)構(gòu)體： ConcreteHandlerOne

1. type ConcreteHandlerOne struct {

2. Handler

3. }

5. func ( c * ConcreteHandlerOne ) Handle ( score int ) {

6. if score < 0 {

7. fmt . Println ( "ConcreteHandler1 處理" )

8. return

9. }

10. }

ConcreteHandlerTwo

1. type ConcreteHandlerTwo struct {

2. Handler

3. }

5. func ( c * ConcreteHandlerTwo ) Handle ( score int ) {

6. if score > 0 {

7. fmt . Println ( "ConcreteHandler2 處理" )

8. return

9. }

10. }

ConcreteHandlerThree

1. type ConcreteHandlerThree struct {

2. Handler

3. }

5. func ( c * ConcreteHandlerThree ) Handle ( score int ) {

6. if score == 0 {

7. fmt . Println ( "ConcreteHandler3 處理" )

8. return

9. }

10. }

main函數(shù)調(diào)用(client調(diào)用)：

1. func main () {

2. chain := & ChainHandler {}

3. chain . AddHandler (& ConcreteHandlerOne {})

4. chain . AddHandler (& ConcreteHandlerTwo {})

5. chain . AddHandler (& ConcreteHandlerThree {})

6. chain . Handle ( 10 )

7. }

最終的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖：

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日常工作中出現(xiàn)的責(zé)任鏈模式（Chain Of Responsibility Design Pattern ）一般都是以上這種包含 Hanlder管理的模式。

3. 源碼解析

在日常框架和語言基礎(chǔ)庫中，經(jīng)常能夠看到很多場(chǎng)景使用了責(zé)任鏈模式。

3.1 beego過濾器

可以對(duì)比改進(jìn)版demo的uml圖，beego的過濾器就是按照這種模式來設(shè)計(jì)的（當(dāng)前參照的beego版本是2.0）。

(請(qǐng)雙 擊圖片查看 )

3.1.1 client端

調(diào)用端首先是過濾器的注冊(cè)：

1. web . InsertFilter ( "/v2/api/*" , web . BeforeRouter , auth . AuthAPIFilter )

然后在 github.com/beego/beego/v2@v2.0.3/server/web/router.go的 ControllerRegister結(jié)構(gòu)體的 serveHttp函數(shù)中

1. if len ( p . filters [ BeforeRouter ]) > 0 && p . execFilter ( ctx , urlPath , BeforeRouter ) {

2. goto Admin

3. }

以上 p.execFilter(ctx,urlPath,BeforeRouter)處，啟動(dòng)調(diào)用。

3.1.2 Handler接口

Handler接口很簡(jiǎn)單

1. // HandleFunc define how to process the request

2. type HandleFunc func ( ctx * beecontext . Context )

4. ...

6. type FilterFunc = HandleFunc

3.1.3 Handler接口實(shí)現(xiàn)

接口的實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展比較靈活，直接把用戶定義的函數(shù)作為接口的實(shí)現(xiàn)。與client端中的過濾器注冊(cè)聯(lián)動(dòng)。

1. // 過濾器注冊(cè)

2. web . InsertFilter ( "/v2/api/*" , web . BeforeRouter , auth . AuthAPIFilter )

4. // 自定義過濾器

5. var AuthAPIFilter = func ( ctx * context . Context ) {

6. isAccess := validateAccess ( ctx )

7. if ! isAccess {

8. res , _ := json . Marshal ( r )

9. ctx . WriteString ( string ( res ))

10. // ctx.Redirect(401, "/401")

11. }

12. }

3.1.4 Handler管理

Handler的管理模塊是在 github.com/beego/beego/v2@v2.0.3/server/web/router.go的中的 FilterRouter和 ControllerRegister兩個(gè)結(jié)構(gòu)體中

1. // ControllerRegister containers registered router rules, controller handlers and filters.

2. type ControllerRegister struct {

3. routers map [ string ]* Tree

4. enablePolicy bool

5. enableFilter bool

6. policies map [ string ]* Tree

7. filters [ FinishRouter + 1 ][]* FilterRouter

8. pool sync . Pool

10. // the filter created by FilterChain

11. chainRoot * FilterRouter

13. // keep registered chain and build it when serve http

14. filterChains [] filterChainConfig

16. cfg * Config

17. }

20. type FilterRouter struct {

21. filterFunc FilterFunc

22. next * FilterRouter

23. tree * Tree

24. pattern string

25. returnOnOutput bool

26. resetParams bool

27. }

FilterRouter是一個(gè)鏈表，包含用戶自定義的過濾函數(shù)； ControllerRegister對(duì) FilterRouter進(jìn)行管理。

3.2 Go源碼http.handler

我們?cè)谑褂肎o構(gòu)建http web服務(wù)器的時(shí)候，使用的http.Handler就是使用的責(zé)任鏈模式。

1. package main

3. import (

4. "net/http"

5. )

7. func main () {

8. s := http . NewServeMux ()

10. s . HandleFunc ( "/" , func ( writer http . ResponseWriter , request * http . Request ) {

12. // todo ....

14. return

15. })

17. http . ListenAndServe ( ":80" , s )

19. }

以 2.3的UML圖為標(biāo)準(zhǔn)，整體的對(duì)照結(jié)構(gòu)圖如下：

(請(qǐng)雙 擊圖片查看 )

3.2.1 client端

整個(gè)模式的啟動(dòng)是隨著http server啟動(dòng)后，接受到請(qǐng)求后的處理開始的。在 net/http/server.go的 serve函數(shù)中

1. func ( c * conn ) serve ( ctx context . Context ) {

2. ...

4. // HTTP cannot have multiple simultaneous active requests.[*]

5. // Until the server replies to this request, it can't read another,

6. // so we might as well run the handler in this goroutine.

7. // [*] Not strictly true: HTTP pipelining. We could let them all process

8. // in parallel even if their responses need to be serialized.

9. // But we're not going to implement HTTP pipelining because it

10. // was never deployed in the wild and the answer is HTTP/2.

11. serverHandler { c . server }. ServeHTTP ( w , w . req )

13. ...

15. }

可以看到http server的原理很簡(jiǎn)單，就是for 死循環(huán)等待接收，然后一個(gè)請(qǐng)求過來，就對(duì)應(yīng)的生成一個(gè)單獨(dú)的協(xié)程 goroutine去處理。

3.2.2 Handler接口

Go源碼中對(duì)責(zé)任鏈模式的實(shí)現(xiàn)非常標(biāo)準(zhǔn)，Handler接口與設(shè)計(jì)模式中的Handler接口同名，在 net/http/server.go中：

1. type Handler interface {

2. ServeHTTP ( ResponseWriter , * Request )

3. }

為了擴(kuò)展方便，在使用過程中并非直接使用，而是中間又加了一層抽象層（相當(dāng)于Java中的抽象類了，Go中沒有抽象類）

1. // The HandlerFunc type is an adapter to allow the use of

2. // ordinary functions as HTTP handlers. If f is a function

3. // with the appropriate signature, HandlerFunc(f) is a

4. // Handler that calls f.

5. type HandlerFunc func ( ResponseWriter , * Request )

7. // ServeHTTP calls f(w, r).

8. func ( f HandlerFunc ) ServeHTTP ( w ResponseWriter , r * Request ) {

9. f ( w , r )

10. }

3.2.3 Handler接口實(shí)現(xiàn)

與上文中提到的Beego的過濾器類似，Go的Handler設(shè)計(jì)的也非常容易擴(kuò)展，用戶自定義的請(qǐng)求處理函數(shù)Handler都會(huì)變成 Handler的子類。

1. func main () {

2. s := http . NewServeMux ()

4. s . HandleFunc ( "/" , func ( writer http . ResponseWriter , request * http . Request ) {

6. // todo ....

8. return

9. })

11. http . ListenAndServe ( ":80" , s )

13. }

15. // HandleFunc registers the handler function for the given pattern.

16. func ( mux * ServeMux ) HandleFunc ( pattern string , handler func ( ResponseWriter , * Request )) {

17. if handler == nil {

18. panic ( "http: nil handler" )

19. }

20. // 強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)成了實(shí)現(xiàn)了Hanlder的“抽象類”HandlerFunc

21. mux . Handle ( pattern , HandlerFunc ( handler ))

23. }

注意看上文的 HandleFunc中的 mux.Handle(pattern,HandlerFunc(handler))這一行，將用戶自定義的處理函數(shù)強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成了上文3.2.2中的 Handler的"抽象類" HandlerFunc類型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了繼承。

3.2.4 Handler接口的管理類ChainHandler

Go中對(duì)Handler的管理類是在 net/http/server.go文件的 ServeMux結(jié)構(gòu)體和 muxEntry結(jié)構(gòu)體中：

1. type ServeMux struct {

2. mu sync . RWMutex

3. m map [ string ] muxEntry

4. es [] muxEntry // slice of entries sorted from longest to shortest.

5. hosts bool // whether any patterns contain hostnames

6. }

8. type muxEntry struct {

9. h Handler

10. pattern string

11. }

其中，用戶自定以的處理函數(shù)都被封裝到了 muxEntry結(jié)構(gòu)體的 Handler中，一個(gè)自定義的函數(shù)對(duì)應(yīng)一個(gè) muxEntry， ServeMux使用hashmap對(duì) muxEntry集合進(jìn)行管理（上文的beego中是使用的鏈表，上文demo中使用了數(shù)組）。當(dāng)web server接收到請(qǐng)求的時(shí)候， ServeMux會(huì)根據(jù)hashmap找到相應(yīng)的handler然后處理。

1. func ( mux * ServeMux ) ServeHTTP ( w ResponseWriter , r * Request ) {

2. if r . RequestURI == "*" {

3. if r . ProtoAtLeast ( 1 , 1 ) {

4. w . Header (). Set ( "Connection" , "close" )

5. }

6. w . WriteHeader ( StatusBadRequest )

7. return

8. }

10. // *******尋找handler*******

11. h , _ := mux . Handler ( r )

13. h . ServeHTTP ( w , r )

14. }

16. func ( mux * ServeMux ) Handler ( r * Request ) ( h Handler , pattern string ) {

18. ...

20. if path != r . URL . Path {

21. _ , pattern = mux . handler ( host , path )

22. u := & url . URL { Path : path , RawQuery : r . URL . RawQuery }

23. return RedirectHandler ( u . String (), StatusMovedPermanently ), pattern

24. }

26. // *******尋找handler*******

27. return mux . handler ( host , r . URL . Path )

28. }

30. func ( mux * ServeMux ) handler ( host , path string ) ( h Handler , pattern string ) {

31. mux . mu . RLock ()

32. defer mux . mu . RUnlock ()

34. // Host-specific pattern takes precedence over generic ones

35. if mux . hosts {

36. // *******尋找handler*******

37. h , pattern = mux . match ( host + path )

38. }

39. if h == nil {

40. // *******尋找handler*******

41. h , pattern = mux . match ( path )

42. }

43. if h == nil {

44. h , pattern = NotFoundHandler (), ""

45. }

46. return

47. }

50. func ( mux * ServeMux ) match ( path string ) ( h Handler , pattern string ) {

52. // ********通過hashmap找到相關(guān)handler*********

53. v , ok := mux . m [ path ]

54. if ok {

55. return v . h , v . pattern

56. }

59. for _ , e := range mux . es {

60. if strings . HasPrefix ( path , e . pattern ) {

61. return e . h , e . pattern

62. }

63. }

64. return nil , ""

65. }

在程序運(yùn)行過程中，用戶注冊(cè)自定義的函數(shù)被轉(zhuǎn)化成了 Handler，然后 Handler又結(jié)合用戶自定義的 URL地址被 ServeMux以 URL為Key、 Handler為Value做成hashmap管理起來；等到請(qǐng)求來的時(shí)候， ServeMux就根據(jù)用戶請(qǐng)求的 URL地址，從hashmap中找到具體的 Hanlder來處理請(qǐng)求。

4. 總結(jié)

責(zé)任鏈模式的基本思想就是要處理的請(qǐng)求(通常會(huì)是結(jié)構(gòu)體，然后作為函數(shù)參數(shù))；依次經(jīng)過多個(gè)處理對(duì)象處理，這些處理函數(shù)可以動(dòng)態(tài)的添加和刪除，具備很高的靈活性和擴(kuò)展性，通常會(huì)對(duì)這些處理函數(shù)做統(tǒng)一處理，存儲(chǔ)方式一般是通過鏈表、數(shù)組、hash map等存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。

責(zé)任鏈模式的應(yīng)用非常廣泛：

1. 業(yè)務(wù)場(chǎng)景：作為敏感詞（涉黃、政治、反動(dòng)等此）過濾的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

2. 技術(shù)框架：路由、router過濾器、日志log框架等等

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