死磕设计模式之抽象责任链模式

责任链模式

1. 什么是责任链

责任链设计模式是一种行为型设计模式，其主要目的是解耦请求发送者和请求接收者，让多个对象都有机会处理请求，从而避免请求发送者和接收者之间的紧耦合。

责任链模式的核心是一个链式结构，链中每个节点代表一个处理者对象，请求先经过第一个节点处理，如果该节点能够处理请求，则直接返回处理结果；否则，请求继续往下一个节点传递，直到找到能够处理该请求的节点为止。整个过程类似于流水线上的多个工作站，每个工作站负责一项工作，如果自己处理不了，就将工作交给下一个工作站，直到整个工作完成。

在责任链模式中，每个处理者对象都有一个指向下一个处理者对象的引用，这样就形成了一个处理者链。请求发送者只需要将请求发送给第一个节点即可，而不用关心请求会被哪个处理者对象处理。由于每个处理者对象都有机会处理请求，因此责任链模式可以实现请求的动态分配。

2. 优缺点

责任链模式的优点在于，它可以动态地添加、删除和调整处理者对象，从而灵活地构建处理链。同时，它也避免了请求发送者和接收者之间的紧耦合，增强了系统的灵活性和可扩展性。

不过，责任链模式也有一定的缺点，例如如果处理链过长或者处理时间过长，可能会对系统性能产生一定的影响。

3. 应用场景

在实际应用中，责任链模式常用于请求的预处理、请求的过滤、请求的分发等场景。例如，可以使用责任链模式来实现权限校验、日志记录、异常处理、请求重试等功能。同时，也可以将责任链模式与其他设计模式结合起来，例如装饰器模式、工厂模式、观察者模式等，从而实现更复杂的功能。

下单场景实战

1. 下单前置校验

在电商系统下单接口中，前置校验是非常重要的环节。下面是一个可能的校验步骤列表：

• 检查商品信息是否存在，包括商品名称、价格、规格等信息。
• 检查购买数量是否合法，是否超出了最大购买数量或最小购买数量的限制。
• 检查商品库存是否充足，以确保库存足够满足购买者的需求。
• 检查购买者的优惠券、积分等是否可以使用，以确保购买者能够享受相应的优惠或积分奖励。
• 检查收货地址信息是否完整和准确，以确保商品能够顺利地送达给购买者。
• 检查下单时间是否合法，例如检查购买者是否在限定的时间范围内下单。

真实电商场景中，验证逻辑绝对不仅仅是这些，过之而无不及。

对于完成这些前置校验逻辑，大部分程序员可能的代码思路如下：

public String createOrder(CreateOrderReqDTO xxx) {
    // 检查商品信息是否存在，包括商品名称、价格、规格等信息
    // 检查购买数量是否合法，是否超出了最大购买数量或最小购买数量的限制
    // 检查商品库存是否充足，以确保库存足够满足购买者的需求
    // 检查购买者的优惠券、积分等是否可以使用，以确保购买者能够享受相应的优惠或积分奖励
    // 检查收货地址信息是否完整和准确，以确保商品能够顺利地送达给购买者
    // 检查下单时间是否合法，例如检查购买者是否在限定的时间范围内下单
    // ......
}

解决前置校验需求需要实现一堆逻辑，常常需要写上几百上千行代码。

为了避免这种代码臃肿的情况，我们可以运用责任链设计模式，对下单验证逻辑进行抽象。

2. 责任链重构

定义一个责任链处理器接口，所有子任务都实现该接口以处理具体的业务逻辑。

同时，为了方便对责任链流程中的任务进行顺序处理，我们需要继承 Spring 框架中的排序接口 Ordered。这将有助于保证责任链中的任务顺序执行。

public interface OrderCreateChainHandler<T> extends Ordered {
    
    /**
     * 执行责任链逻辑
     *
     * @param requestParam 责任链执行入参
     */
    void handler(T requestParam);
}

创建一个责任链上下文容器，用于存储与责任链相应的子任务。

public final class OrderCreateChainContext<T> implements CommandLineRunner {
    
    private final List<OrderCreateChainHandler> orderCreateChainHandlerContainer = new ArrayList();
    
    /**
     * 责任链组件执行
     *
     * @param requestParam 请求参数
     */
    public void handler(T requestParam) {
        // 此处根据 Ordered 实际值进行排序处理
        orderCreateChainHandlerContainer.stream()
                .sorted(Comparator.comparing(Ordered::getOrder)).forEach(each -> each.handler(requestParam));
    }
    
    @Override
    public void run(String... args) throws Exception {
        // 通过 Spring 上下文容器，获取所有 CreateOrderChainContext Bean
        Map<String, OrderCreateChainHandler> chainFilterMap = ApplicationContextHolder.getBeansOfType(OrderCreateChainHandler.class);
        // 将对应 Bean 放入责任链上下文容器中
        chainFilterMap.forEach((beanName, bean) -> orderCreateChainHandlerContainer.add(bean););
    }
}

实现 OrderCreateChainHandler 接口作为责任链处理器，每个具体的实现类负责执行特定的逻辑。

// 订单创建参数必填检验
@Component
public final class OrderCreateParamNotNullChainHandler implements OrderCreateChainHandler<OrderCreateCommand> {
    
    @Override
    public void handler(OrderCreateCommand requestParam) {
                // 逻辑执行
    }
    
    @Override
    public int getOrder() {
        return 0;
    }
}

// 订单创建参数正确性检验
@Component
public final class OrderCreateParamVerificationChainHandler implements OrderCreateChainHandler<OrderCreateCommand> {
    
    @Override
    public void handler(OrderCreateCommand requestParam) {
                // 逻辑执行
    }
    
    @Override
    public int getOrder() {
        return 1;
    }
}

// 订单创建商品 SKU 库存验证
@Component
public final class OrderCreateProductSkuStockChainHandler implements OrderCreateChainHandler<OrderCreateCommand> {

    @Override
    public void handler(OrderCreateCommand requestParam) {
                // 逻辑执行
    }
    
    @Override
    public int getOrder() {
        return 2;
    }
}

通过责任链模式优化，创建订单接口前置校验代码从上千行缩减为一行。

@RequiredArgsConstructor
public class OrderServiceImpl implements OrderService {

    private final OrderCreateChainContext<OrderCreateCommand> orderCreateChainContext;
  
    public String createOrder(OrderCreateCommand requestParam) {
        // 责任链模式: 执行订单创建参数验证
        orderCreateChainContext.handler(requestParam);
    }
}

经过责任链模式的重构，你是否发现业务逻辑变得更加清晰易懂了？采用这种设计模式后，增加或删除相关的业务逻辑变得非常方便，不再需要担心更改上千行代码的几行代码，导致整个业务逻辑受到影响的情况。

责任链抽象

可能细心的小伙伴会发现一个问题，当业务使用越来越多的情况下，重复定义 OrderCreateChainHandler 以及 OrderCreateChainContext 会增加系统冗余代码量。

可以考虑将这两个基础类抽象出来，作为基础组件库中的通用组件，供所有系统下的业务使用，从而避免代码冗余。

如果想了解如何实现这一操作，请跟随马哥的思路继续往下阅读。

1. 抽象基础类

定义抽象责任链处理接口，等同于 OrderCreateChainHandler。

public interface AbstractChainHandler<T> extends Ordered {
    
    /**
     * 执行责任链逻辑
     *
     * @param requestParam 责任链执行入参
     */
    void handler(T requestParam);
    
    /**
     * @return 责任链组件标识
     */
    String mark();
}

mark 方法是做什么的？接口增加 mark 方法，以便不同业务使用不同的标识。

假设项目中有两个业务场景：订单下单和用户创建都需要责任链模式去验证，那么在业务中进行调用责任链时传递不同的 mark 方法参数即可。

定义抽象责任链上下文，等同于 OrderCreateChainContext。可以看到保存责任链处理类的容器从 List 改为了 Map，这样可以方便扩展更多的不同业务责任链子类。

假设项目中有两个业务场景：订单下单和用户创建都需要责任链模式去验证，mark 就是用来进行分组，在业务中进行调用责任链时传递不同的 mark 方法参数，通过该参数找到对应的一组责任链具体实现类集合。

public final class AbstractChainContext<T> implements CommandLineRunner {
    
    private final Map<String, List<AbstractChainHandler>> abstractChainHandlerContainer = Maps.newHashMap();
    
    /**
     * 责任链组件执行
     *
     * @param requestParam 请求参数
     */
    public void handler(String mark, T requestParam) {
        abstractChainHandlerContainer.get(mark).stream()
                .sorted(Comparator.comparing(Ordered::getOrder)).forEach(each -> each.handler(requestParam));
    }
    
    @Override
    public void run(String... args) throws Exception {
        // 获取 Spring IOC 容器中所有 AbstractChainHandler 接口实现
        Map<String, AbstractChainHandler> chainFilterMap = ApplicationContextHolder.getBeansOfType(AbstractChainHandler.class);
        chainFilterMap.forEach((beanName, bean) -> {
            List<AbstractChainHandler> abstractChainHandlers = abstractChainHandlerContainer.get(bean.mark());
            if (abstractChainHandlers == null) {
                abstractChainHandlers = new ArrayList();
            }
            abstractChainHandlers.add(bean);
            // 根据 mark 标识将责任链模式分类，放入责任链容器上下文中
            abstractChainHandlerContainer.put(bean.mark(), abstractChainHandlers);
        });
    }
}

这两个接口已经被放置在基础组件库中，如果业务需要使用责任链模式，则无需重新定义。

现在，让我们来看看业务代码需要编写哪些逻辑。

2. 抽象业务接口

让我们先进行头脑风暴，思考一下这个接口的用途是什么？

// 订单创建责任链过滤器
public interface OrderCreateChainFilter<T extends OrderCreateCommand> extends AbstractChainHandler<OrderCreateCommand> {
    
    @Override
    default String mark() {
        return OrderChainMarkEnum.ORDER_CREATE_FILTER.name();
    }
}

首先，如果没有 OrderCreateChainFilter 接口，会是什么样的场景？

• 由于责任链处理子类都需要依赖顶级抽象接口，因此要想知道某个业务场景下有多少具体子类是相当困难的。
• 由于责任链处理子类都需要实现 Mark 方法，实际上某一类责任链子类的 Mark 方法返回值是相同的。

通过在业务层面上抽象出一个具体业务责任链接口，就能很好地解决上述两个问题。

现在，让我们继续探讨责任链子类的编写。实际上，改动并不多，只需要将之前的 OrderCreateChainHandler 实现接口改为 OrderCreateChainFilter 即可。

// 订单创建参数必填检验
@Component
public final class OrderCreateParamNotNullChainHandler implements OrderCreateChainFilter<OrderCreateCommand> {
    
    @Override
    public void handler(OrderCreateCommand requestParam) {
                // 逻辑执行
    }
    
    @Override
    public int getOrder() {
        return 0;
    }
}

// 订单创建参数正确性检验
@Component
public final class OrderCreateParamVerificationChainHandler implements OrderCreateChainFilter<OrderCreateCommand> {
    
    @Override
    public void handler(OrderCreateCommand requestParam) {
                // 逻辑执行
    }
    
    @Override
    public int getOrder() {
        return 1;
    }
}

// 订单创建商品 SKU 库存验证
@Component
public final class OrderCreateProductSkuStockChainHandler implements OrderCreateChainFilter<OrderCreateCommand> {

    @Override
    public void handler(OrderCreateCommand requestParam) {
                // 逻辑执行
    }
    
    @Override
    public int getOrder() {
        return 2;
    }
}

3. 业务使用

在具体业务场景中使用时，与之前相比并没有太大的差别。除了增加了 Mark 标识外，没有进行其他变更。

@RequiredArgsConstructor
public class OrderServiceImpl implements OrderService {

    private final AbstractChainContext<OrderCreateCommand> abstractChainContext;
  
    public String createOrder(OrderCreateCommand requestParam) {
        // 责任链模式: 执行订单创建参数验证
        abstractChainContext.handler(OrderChainMarkEnum.ORDER_CREATE_FILTER.name(), requestParam);
    }
}

文末总结

本文详细介绍了责任链模式的概念，并通过电商下单场景模拟了真实使用场景。

为了复用责任链接口定义和上下文，我们通过抽象的方式将责任链门面接口加入到基础组件库中，实现快速接入责任链的目的。

虽然在本文中，我们没有使用 boolean 类型的返回值，而是通过异常来终止流程，但在后续的增强中，我们可以考虑添加布尔类型的返回值。

此外，我们还可以在 AbstractChainHandler 中增加是否异步执行的方法，以提高方法执行性能和减少接口响应时间。

架构设计总是在不断演进，本文的设计也有优化和进步的空间，让我们继续探索责任链模式的更多可能性。