一文帶你玩轉(zhuǎn)設(shè)計模式之「責任鏈」
前言
對于已經(jīng)工作了的小伙伴，你應(yīng)該是見過"責任鏈"這種面向?qū)ο蟮脑O(shè)計模式的，還在上學的小伙伴也不用著急，你遲早會接觸到的。本文旨在讓小白同學和不太熟悉責任鏈的朋友能夠迅速對這一設(shè)計模式有一個大致的了解。
在我們的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常有這樣的場景：一個任務(wù)、事務(wù)、流程等都需要很多不同的步驟，來完成不同的計算或者收集不同的數(shù)據(jù)。
為了維護一個比較復(fù)雜，有時甚至是對順序敏感的任務(wù)流程，我們經(jīng)常在代碼的編寫和設(shè)計上采用"責任鏈"設(shè)計模式。
究竟什么是"責任鏈"呢？咱們看下面這個例子。
例子
假設(shè)你也"穿越"到了清朝，是會寫代碼的和珅和中堂，皇上馬上要南巡。請你用代碼封裝并模擬"乾隆下江南"這件事。
你要怎么安排萬歲爺?shù)男谐蹋恳肋@可是個大工程，中間可不能有差錯，一旦出了什么岔子可是要掉腦袋的 ?
但皇上又是性情中人，行程可能經(jīng)常更改，甚至半路就微服私訪。
所以我們在伺候皇上下江南的時候，既得讓皇上的行程有序進行，又要盡量適應(yīng)圣上由于一時興起而可能做出的變化。
怎么設(shè)計呢？如果把皇上的行程都寫在一起執(zhí)行，有兩個不好的地方：
行程太多，而且全都事關(guān)重大，這么遠的路，全都要你一個人打理，哪里一不注意出了亂子，腦袋就要搬家； 行程多，所以增改起來太麻煩，一旦有改動圣上的行程表容易亂。畢竟行程寫在一起，好似 一堆亂麻，條理不清。
所以問題來啦，和大人您可怎么排圣上的行程呢？
和大人莫急，看看地圖我們就知道，乾隆從北京到杭州要順序經(jīng)過直隸、山東、江蘇、浙江四省（基本就是現(xiàn)在京滬高鐵的路子）:
這樣和大人就可以按省把任務(wù)大致劃分為四個部分，責成四省的官員們分擔這一個大工程，把他們應(yīng)盡的的責任連成一個有序的鏈條，然后依次讓他們執(zhí)行伺候皇上的任務(wù)。
這樣一來解決了行程過于豐富，和大人一個人安排不過來的問題，二來保證了各個步驟的靈活安排（后面的例子講），三來哪一步出了問題還便于問責（甩鍋，否則全是自己的錯）。
好了，說了這么多，現(xiàn)在切入技術(shù)層面。
設(shè)計
Step1:
首先總結(jié)一下我們所研究的問題中的名詞，來確定大概需要哪些類：
皇帝（乾隆） 行程的管理者（和中堂） 各省官員（具體干活的公仆們）
Step2:
再來確定各個類之間的關(guān)系：
最容易看出來的是各省官員是同僚關(guān)系，他們都要接待乾隆，只是在皇上南巡的過程中出場順序和做的具體接待行為不一樣，比如：
直隸總督會帶乾隆去避暑山莊，
山東巡撫會張羅著皇上祭拜孔廟，
蘇州織造讓皇上游覽園林，
而杭州知州就帶著皇上去西湖蘇堤。
這里告訴大家 OOD 中一個優(yōu)化設(shè)計的小口訣：變化的抽接口，相同的建模版。
所以我們在這里面對官員們不同的行為，最好把他們抽象成接口或者抽象類，這里我們采用官員（Official） 這個抽象類。
而和大人作為總管，他既要掌握皇帝的動向，又要轄制各省官員，所以在類的層面上和大人（PrimeMinister）這個類就得有指向皇帝（Emperor）和官員列表的引用。
下面上 UML 圖。
UML 圖
各省同僚：
而你和大人，作為乾隆面前的紅人，得統(tǒng)籌安排皇帝的行程，既要挾持皇帝，又要掌管各省官員，讓他們有序地執(zhí)行任務(wù)：
責任鏈一般都至少有一個被處理的對象，作為參數(shù)傳入各個步驟，這里的乾隆就是這個被處理（伺候）的對象。
代碼
作為官員這個抽象類，我們考慮到實際情況，他要安排一個地方并陪同皇帝參觀、游覽，其實就是一句話：伺候皇上。
所以他有一個抽象方法 serve，接受皇帝（Emperor）這個對象
@Data
public?abstract?class?Official?{
????protected?String?title;
????protected?abstract?void?serve(Emperor?emperor);
????@Override
????public?String?toString()?{
????????return?title;
????}
}
這里為了區(qū)別不同的官員，我們還給了官員（Official）類一個成員變量 title。
Official 下面有具體實現(xiàn)的類，代表各省官員，他們自己有自己具體的方式去服務(wù)吾皇，比如直隸總督，他是這么干的：
public?class?HebeiOfficial?extends?Official?{
????public?HebeiOfficial()?{
????????this.title?=?"直隸總督";
????}
????@Override
????protected?void?serve(Emperor?emperor)?{
????????emperor.play(this,?"避暑山莊");
????}
}
這里在 serve 里面完全讓參數(shù)"皇帝"自己決定怎么玩，（順便說句題外話，這種讓參數(shù)這個"外來的和尚"念經(jīng)的方式，在各種設(shè)計模式里很常見。如果把這里的 Emperor 換成 Comparator，相信很多小伙伴就感覺有點像策略模式了。而且"直隸總督"也可以在皇帝 play 之前或者之后分別做一些事情，這像不像用 JDK 的代理的時候中那個 InvocationHandler 對待 Method 的方式？或者 Spring 中對于 Aspect 的處理？另外在 Visitor 等設(shè)計模式中你也能看到這種寫法的身影）
其他官員的寫法類似，只是換個地方供皇帝游覽而已，參見后面的輸出結(jié)果，這里略。
而作為皇帝，乾隆只管著玩就好，當然了，你和中堂可以安排當?shù)氐墓賳T陪同，所以 皇帝類只有一個 play 方法，這里用一個字符串簡單表示去游覽的地方。
為了防止乾隆南下期間有人在北京"另立新君"（執(zhí)行 new Emperor()），這個"皇帝"對象的創(chuàng)建過程采用了單例模式，保證整個 JVM 里面就只有這么一個皇上，而且名字叫"乾隆"：
public?class?Emperor?{
????private?static?final?Emperor?INSTANCE?=?new?Emperor("乾隆");
????private?final?String?name;
????private?Emperor(String?name)?{
????????this.name?=?name;
????}
????public?static?Emperor?getInstance()?{
????????return?INSTANCE;
????}
????public?void?play(Official?official,?String?place){
????????System.out.println(official.getTitle()?+?"?安排?"?+?name?+?"皇帝游覽了:?"?+?place);
????}
}
而你，和珅和大人，只需要按各省順序，合理安排好下面的官員，然后請出皇上并昭告天下：圣上下江南了，沿途各省小心伺候就好：
public?class?PrimeMinister?{
????private?static?List?list?=?new?ArrayList<>();
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????//?下令沿途各省官員準備好
????????list.add(new?HebeiOfficial());
????????list.add(new?ShandongOfficial());
????????list.add(new?JiangsuOfficial());
????????list.add(new?ZhejiangOfficial());
????????//?請出皇上
????????Emperor?emperor?=?Emperor.getInstance();
????????//?昭告天下：萬歲爺起駕下江南！沿途各省依次伺候圣上
????????System.out.println("乾隆下江南!");
????????start(list,?emperor);
????}
????private?static?void?start(List?officials,?Emperor?emperor) ?{
????????for?(Official?o?:?officials)?{
????????????o.serve(emperor);
????????}
????}
}
看看，你的任務(wù)是不是簡明多了，只需要維護好這個沿途各省官員的花名冊即可。
更重要的是，你不用親自負責了，下面的人誰辦事不力，就要誰的腦袋！
只要自己的這個"花名冊"或者"行程表"沒寫錯，咱的腦袋就算保住啦。
而且各個官員的任務(wù)也比較單一，他們自己也更不容易出錯。下面是整個行程模擬的執(zhí)行情況：
乾隆下江南!
直隸總督?安排?乾隆皇帝游覽了:?避暑山莊
山東巡撫?安排?乾隆皇帝游覽了:?曲阜孔廟
蘇州織造?安排?乾隆皇帝游覽了:?蘇州園林
杭州知州?安排?乾隆皇帝游覽了:?西湖蘇堤
嗯，一切看上去似乎還不錯，各省官員按照順序，依次完成了任務(wù)，把萬歲爺伺候的還不錯，沒有什么異常狀況發(fā)生，總算松了口氣。
但是，現(xiàn)在來了個突發(fā)情況：皇上突然要求，在路過山東的時候加一個環(huán)節(jié)——大明湖畔三日游！
為啥要特意去那里？咱也不敢問吶！只管準備就好。
幸好我們的行程又已經(jīng)有了大致框架，趕緊查，大明湖那里歸誰管，哦，濟南知府，就是他了！
現(xiàn)在只需把他也加到"花名冊"：責令濟南知府安排皇上在大明湖畔三天的行程，不得有誤，否則拿你試問！下面是和大人這邊要做的改動：
????...以上略...
????list.add(new?HeibeiOfficial());
????//?加入濟南知府，讓他干活，他知道在大明湖畔該怎么玩
????list.add(new?JinanOfficial());
????list.add(new?ShandongOfficial());
????list.add(new?JiangsuOfficial());
????list.add(new?ZhejiangOfficial());
????...以下略...
而另一邊濟南知府這里，他也是屬于官僚體制了（Official 的子類），所以也要極盡所能，讓圣上在大明湖畔玩得開心：
public?class?JinanOfficial?extends?Official{
????public?JinanOfficial()?{
????????title?=?"濟南知府";
????}
????@Override
????protected?void?serve(Emperor?emperor)?{
????????emperor.play(this,?"大明湖畔");
????}
}
再次執(zhí)行程序，模擬圣上的行程，結(jié)果輸出如下：
乾隆下江南!
直隸總督?安排?乾隆皇帝游覽了:?避暑山莊
濟南知府?安排?乾隆皇帝游覽了:?大明湖畔
山東巡撫?安排?乾隆皇帝游覽了:?曲阜孔廟
蘇州織造?安排?乾隆皇帝游覽了:?蘇州園林
杭州知州?安排?乾隆皇帝游覽了:?西湖蘇堤
嗯，這下總算又迎合了圣意，以后皇上再來什么其他的行程也不怕了（只要他不微服私訪，微服私訪您找紀曉嵐去啊，單一責任原則，專門的類干專門的事兒不是？）。
只要找到當?shù)鼐唧w的官員，一紙命令：你給我極盡所能招待皇上，具體怎么招待，你看著辦，伺候不好萬歲爺，我要你腦袋！
當然了，皇帝也可能臨時刪掉南巡中的某個環(huán)節(jié)，我們直接把它從行程列表中刪除就好，而且什么時候想再重新加進來還可以隨時添加，做到了可以"靈活插拔"，把代碼的改動減到了最小，有新的業(yè)務(wù)邏輯加進來的時候，只是做添加，這樣既不容易出錯，也確保了代碼的彈性擴展，而且當前責任鏈中的步驟，如果沒有狀態(tài)相關(guān)的信息的話，也可以被組裝到其他的責任鏈中。
如果是我們的真實項目，我們甚至可以把工作步驟的列表配置在 Spring Boot 的配置文件里，開啟流程的這個類，只要讀取配置，然后把各個步驟依次執(zhí)行。
這樣如果有修改只要改動配置文件即可，在 Java 代碼里無需任何改動。
總結(jié)與拓展
以上其實只是一個責任鏈模式最簡單的應(yīng)用，它是一個有序列表里面裝了各個任務(wù)的步驟，然后依次運行到最后。
我們可以把它寫在自己的程序里，也可以把它抽象出來做成產(chǎn)品，讓其他人自由擴展與配置，盡量減少重復(fù)制造輪子。
有很多工作流引擎便是這樣，比如 Activiti、Netflix 的 Conductor 等。不光這些，就連你
最常用的 SpringMVC 甚至是 Tomcat 都用到了責任鏈模式，只不過他們的責任鏈是雙向的，分別處理請求和響應(yīng)，而且他們的處理順序是剛好相反的，本質(zhì)上是用類似遞歸的方法正序倒序各便歷了一次（Filter 或 Interceptor 的）數(shù)組。
另外在一些持續(xù)集成和持續(xù)部署的框架中，如 Jenkins，會有管道（Pipeline）的概念，當你在做出 git push 提交代碼之后，會觸發(fā)整個流程開始一步步地運作：拉取代碼（Checkout code）、構(gòu)建（Build）、測試（Test）等，直到部署（Deploy）完成并運行腳本關(guān)閉舊版本的服務(wù)并啟動最新部署的服務(wù)。這個"流水線"（Pipeline）其實也是一個可以讓你用代碼腳本來配置的責任鏈。
沒有責任鏈模式的應(yīng)用，你甚至都無法運行任何一個 Java 程序。因為類加載一般遵循"雙親委派"機制，實際上是用類似遞歸的方法正序和倒序各便歷了一次 Classloader 類所構(gòu)成的鏈表（題外話，想把一個鏈表翻轉(zhuǎn)過來，可以參見齊姐之前寫過的：），只不過其中的邏輯比較復(fù)雜，而且還應(yīng)用了"模板方法"這一設(shè)計模式。由于本文只是做一個責任鏈模式的簡單入門，這些不做過多展開了。
綜上，充分理解和應(yīng)用責任鏈設(shè)計模式，對我們的日常工作和閱讀源碼都很有幫助，能讓我們有效提高代碼的擴展性和可讀性，希望對你也有所幫助。