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设计模式之美-课程笔记39-职责链模式

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职责链模式

如何实现可灵活扩展算法的敏感信息过滤框架？

职责链模式的原理与实现

  1. Chain Of Responsibility Design Pattern: 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. 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。
  2. 每个处理器各自承担各自的处理职责。
  3. 两种常见实现： 第一种。Handler是所有处理器类的抽象父亲，handle()是抽象方法，每个具体的处理器类的handle函数的代码结构类似，如果他能处理该请求就不继续往下传递，如果不能处理则交友后面的处理器处理。HandlerChain是处理器链，从数据结构的角度来看，他是一个记录链头链尾的链表，记录链尾是为了方便添加处理器。
public abstract class Handler {
  protected Handler successor = null;

  public void setSuccessor(Handler successor) {
    this.successor = successor;
  }

  public abstract void handle();
}

public class HandlerA extends Handler {
  @Override
  public void handle() {
    boolean handled = false;
    //...
    if (!handled && successor != null) {
      successor.handle();
    }
  }
}

public class HandlerB extends Handler {
  @Override
  public void handle() {
    boolean handled = false;
    //...
    if (!handled && successor != null) {
      successor.handle();
    } 
  }
}

public class HandlerChain {
  private Handler head = null;
  private Handler tail = null;

  public void addHandler(Handler handler) {
    handler.setSuccessor(null);

    if (head == null) {
      head = handler;
      tail = handler;
      return;
    }

    tail.setSuccessor(handler);
    tail = handler;
  }

  public void handle() {
    if (head != null) {
      head.handle();
    }
  }
}

// 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();
  }
}

上面的代码实现中，处理器类的handle函数不仅包含自己的业务逻辑，还包含对下一个处理器的调用，也就是successor.handle()，不熟悉这个代码的人可能在添加新handler的时候忘记调用对下一个处理的调用进而产生bug。

可以用模板模式重构：将对下一个处理器的调用放到抽象父类中，具体的处理器类只需要实现自己的业务逻辑即可。

public abstract class Handler {
  protected Handler successor = null;

  public void setSuccessor(Handler successor) {
    this.successor = successor;
  }

  public final void handle() {
    boolean handled = doHandle();
    if (successor != null && !handled) {
      successor.handle();
    }
  }

  protected abstract boolean doHandle();
}

public class HandlerA extends Handler {
  @Override
  protected boolean doHandle() {
    boolean handled = false;
    //...
    return handled;
  }
}

public class HandlerB extends Handler {
  @Override
  protected boolean doHandle() {
    boolean handled = false;
    //...
    return handled;
  }
}

// HandlerChain和Application代码不变
  1. 第二种常见实现: HandlerChain用数组而非链表保存所有的处理器，并且需要再HandlerChain的handle函数中依次调用每个处理的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();
  }
}
  1. 在定义中如果handler不能处理请求他就会往下传递，但是实际上还有一种变体：请求会被所有的处理器处理一遍，这种变体也有链表和数组两种实现，与之前的代码类似。
public abstract class Handler {
  protected Handler successor = null;

  public void setSuccessor(Handler successor) {
    this.successor = successor;
  }

  public final void handle() {
    doHandle();
    if (successor != null) {
      successor.handle();
    }
  }

  protected abstract void doHandle();
}

public class HandlerA extends Handler {
  @Override
  protected void doHandle() {
    //...
  }
}

public class HandlerB extends Handler {
  @Override
  protected void doHandle() {
    //...
  }
}

public class HandlerChain {
  private Handler head = null;
  private Handler tail = null;

  public void addHandler(Handler handler) {
    handler.setSuccessor(null);

    if (head == null) {
      head = handler;
      tail = handler;
      return;
    }

    tail.setSuccessor(handler);
    tail = handler;
  }

  public void handle() {
    if (head != null) {
      head.handle();
    }
  }
}

// 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();
  }
}

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();
    }
  }
}

// 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();
  }
}

应用场景举例

  1. 对于支持UGC（User Generated Content， 用户生成内容）的应用（比如论坛）来说，用户生成的内容可能包含一些敏感词，针对这个应用场景，可以利用职责链模式。
  2. 对于处理敏感词，我么可以直接禁止发布，另一种是给敏感词打码之后发布。第一种处理方式符合GoF给出的职责链模式的定义，第二种是职责链模式的变体。
  3. 第一种的代码实现：
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;
  }
}

public 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
    }
  }
}

对比一种简单实现：

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

    if (!filterAdsWord(content)) {
      return false;
    }

    if (!filterPoliticalWord(content)) {
      return false;
    }

    return true;
  }

  private boolean filterSexyWord(Content content) {
    //....
  }

  private boolean filterAdsWord(Content content) {
    //...
  }

  private boolean filterPoliticalWord(Content content) {
    //...
  }
}

设计模式主要是为了应对代码的复杂性，让其满足开闭原则，提高代码的扩展性。

应对代码的复杂性

大块代码被拆分成更小的类。

满足开闭原则，提高扩展性

当需要扩展新的过滤算法的时候，我们只需要新加一个Filter类并将它添加到FilterChain中，其他的地方不需要修改。

ApplicationDemo可以看成是客户端代码，除了ApplicationDemo之外的是敏感词过滤框架代码。

假设敏感词过滤框架代码是第三方框架，我们扩展一个新的算法，没法直接修改框架代码，利用职责链模式我们就可以扩展新的功能。

框架中常用的过滤器、拦截器是如何实现的？

结合Servlet Filter / Spring Interceptor 介绍职责链模式在框架开发中的应用。

Servlet Filter

Servlet Filter 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。他是Servlet规范的一部分，所以只要是支持Servlet的Web容器（Tomcat、Jetty）都支持过滤器功能。

img

使用： 定义一个实现javax.servlet.Filter接口的过滤器，并且配置在web.xml中。容器启动的时候会先读取web.xml配置创建过滤器对象，请求来的时候会先经过过滤器然后才交给Servlet。

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
  }
}

// 在web.xml配置文件中如下配置：
<filter>
  <filter-name>logFilter</filter-name>
  <filter-class>com.xzg.cd.LogFilter</filter-class>
</filter>
<filter-mapping>
    <filter-name>logFilter</filter-name>
    <url-pattern>/*</url-pattern>
</filter-mapping>

如何实现的

tomcat

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;
  }
}

doFilter中的递归调用是为了支持双向拦截，既能拦截客户端发来的请求，也能拦截发给客户端的请求。

Spring Interceptor

可以看成跟Servlet Filter一个概念，不过他是属于SpringMVC的一部分。

img

使用
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.");
  }
}

//在Spring MVC配置文件中配置interceptors
<mvc:interceptors>
   <mvc:interceptor>
       <mvc:mapping path="/*"/>
       <bean class="com.xzg.cd.LogInterceptor" />
   </mvc:interceptor>
</mvc:interceptors>

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。

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

实现
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);
    }
   }
  }
 }
}
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