通过 Netty 的 Pipeline 学习责任链设计模式

在日常开发中，我们经常会使用或听说"设计模式"。其中，责任链模式（Chain of Responsibility） 是一种非常实用、且容易被忽略的行为型设计模式。今天我想借助我们熟悉的 Netty 框架，带大家深入理解责任链模式，并看看它是如何优雅地在 Netty 的 ChannelPipeline 中落地实现的。文章会先介绍责任链模式的完整结构，然后通过Netty的实践，加深对该模式的理解。

什么是责任链设计模式？

责任链模式的核心思想是：多个处理对象形成一个链条，每个处理对象持有对下一个处理对象的引用，沿着链条传递请求，直到有对象处理它为止。

特点：

请求发送者和接收者解耦。
动态添加、删除责任处理者。
增强可扩展性和灵活性。

举个例子：

想象你去请假，公司中请假流程是这样的：

小于 1 天：直属主管审批；
1～3 天：部门经理审批；
超过 3 天：总经理审批。

这个审批流程本身就构成了一个责任链结构。每一级判断是否自己能处理，如果不能，则将请求传给下一级。

通过实际问题理解设计模式

问题

假如你正在开发一个在线订购系统。你希望对系统访问进行限制，只允许认证用户创建订单。此外，拥有管理权限的用户也拥有所有订单的完全访问权限。
简单规划后，你会意识到这些检查必须依次进行。只要接收到包含用户凭据的请求，应用程序就可尝试对进入系统的用户进行认证。但如果由于用户凭据不正确而导致认证失败，那就没有必要进行后续检查了。

在接下来的几个月里，你实现了后续的几个检查步骤。

一位同事认为直接将原始数据传递给订购系统存在安全隐患。因此你新增了额外的验证步骤来清理请求中的数据。
过了一段时间，有人注意到系统无法抵御暴力密码破解方式的攻击。为了防范这种情况，你立刻添加了一个检查步骤来过滤来自同一 IP 地址的重复错误请求。
又有人提议你可以对包含同样数据的重复请求返回缓存中的结果，从而提高系统响应速度。因此，你新增了一个检查步骤，确保只有没有满足条件的缓存结果时请求才能通过并被发送给系统。

检查代码本来就已经混乱不堪，而每次新增功能都会使其更加臃肿。修改某个检查步骤有时会影响其他的检查步骤。最糟糕的是，当你希望复用这些检查步骤来保护其他系统组件时，你只能复制部分代码，因为这些组件只需部分而非全部的检查步骤。
系统会变得让人非常费解，而且其维护成本也会激增。你在艰难地和这些代码共处一段时间后，有一天终于决定对整个系统进行重构。

解决方案

与许多其他行为设计模式一样，责任链会将特定行为转换为被称作处理者的独立对象。在上述示例中，每个检查步骤都可被抽取为仅有单个方法的类，并执行检查操作。请求及其数据则会被作为参数传递给该方法。
模式建议你将这些处理者连成一条链。链上的每个处理者都有一个成员变量来保存对于下一处理者的引用。除了处理请求外，处理者还负责沿着链传递请求。请求会在链上移动，直至所有处理者都有机会对其进行处理。
最重要的是：处理者可以决定不再沿着链传递请求，这可高效地取消所有后续处理步骤。
在我们的订购系统示例中，处理者会在进行请求处理工作后决定是否继续沿着链传递请求。如果请求中包含正确的数据，所有处理者都将执行自己的主要行为，无论该行为是身份验证还是数据缓存。

不过还有一种稍微不同的方式（也是更经典一种），那就是处理者接收到请求后自行决定是否能够对其进行处理。如果自己能够处理，处理者就不再继续传递请求。因此在这种情况下，每个请求要么最多有一个处理者对其进行处理，要么没有任何处理者对其进行处理。在处理图形用户界面元素栈中的事件时，这种方式非常常见。
例如，当用户点击按钮时，按钮产生的事件将沿着 GUI 元素链进行传递，最开始是按钮的容器（如窗体或面板），直至应用程序主窗口。链上第一个能处理该事件的元素会对其进行处理。此外，该例还有另一个值得我们关注的地方：它表明我们总能从对象树中抽取出链来。

所有处理者类均实现同一接口是关键所在。每个具体处理者仅关心下一个包含 execute执行方法的处理者。这样一来，你就可以在运行时使用不同的处理者来创建链，而无需将相关代码与处理者的具体类进行耦合。

真实世界问题类比

最近，你刚为自己的电脑购买并安装了一个新的硬件设备。身为一名极客，你显然在电脑上安装了多个操作系统，所以你会试着启动所有操作系统来确认其是否支持新的硬件设备。 Windows 检测到了该硬件设备并对其进行了自动启用。但是你喜爱的 Linux 系统并不支持新硬件设备。抱着最后一点希望，你决定拨打包装盒上的技术支持电话。
首先你会听到自动回复器的机器合成语音，它提供了针对各种问题的九个常用解决方案，但其中没有一个与你遇到的问题相关。过了一会儿，机器人将你转接到人工接听人员处。
这位接听人员同样无法提供任何具体的解决方案。他不断地引用手册中冗长的内容，并不会仔细聆听你的回应。在第 10 次听到 "你是否关闭计算机后重新启动呢？" 这句话后，你要求与一位真正的工程师通话。
最后，接听人员将你的电话转接给了工程师，他或许正缩在某幢办公大楼的阴暗地下室中，坐在他所深爱的服务器机房里，焦躁不安地期待着同一名真人交流。工程师告诉了你新硬件设备驱动程序的下载网址，以及如何在 Linux 系统上进行安装。问题终于解决了！你挂断了电话，满心欢喜。

责任链模式结构

责任链模式包含以下角色：

Handler（抽象处理者）：定义处理请求的接口，并持有下一个处理者的引用。
ConcreteHandler（具体处理者）：处理请求或将请求传递给下一个处理者。
Client：构建责任链，并触发请求。

Netty中责任链模式的典范：ChannelPipeline

Netty 是一个高性能的异步事件驱动网络通信框架，在它的核心组件 ChannelPipeline 中，正好使用了责任链模式。

Pipeline 是什么？

ChannelPipeline 是 Netty 中的数据处理流程抽象，主要负责事件的传递。我们可以在其中添加多个 ChannelHandler，每个 Handler 负责处理特定的业务逻辑，例如编解码、鉴权、业务逻辑处理等等。

来看一下常见的 Pipeline 架构图：

rust 复制代码

[Inbound] -> Decoder -> AuthHandler -> BusinessHandler -> ...
                                      <- ResponseEncoder <- [Outbound]

每一个 ChannelHandler 就是责任链中的一个节点，通过 ctx.fireXXX() 进行链式传递。

源码剖析：责任链模式在 Netty 中的体现

Netty 中的 ChannelPipeline 由一系列 ChannelHandlerContext 组成的双向链表构成，每一个 ChannelHandlerContext 包装了一个具体的 ChannelHandler。

添加一个 Handler 时：

java 复制代码

pipeline.addLast(new MyDecoder());
pipeline.addLast(new AuthHandler());
pipeline.addLast(new BusinessHandler());

Netty 内部维护的是一组上下文节点：

text 复制代码

head <-> MyDecoderCtx <-> AuthHandlerCtx <-> BusinessHandlerCtx <-> tail

当某个事件（比如 channelRead）被触发时，Netty 会从 head 节点开始调用链上的 handler，直到某个节点消费掉事件或传递到 tail 为止。

关键方法：

java 复制代码

public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
    // 处理逻辑
    ctx.fireChannelRead(msg); // 继续传递
}

是不是很眼熟？这就是责任链模式的标准套路。

自定义一个 Handler 演示责任链

java 复制代码

public class LoggingHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        System.out.println("[LoggingHandler] 收到消息: " + msg);
        ctx.fireChannelRead(msg); // 继续传递给下一个 handler
    }
}

多个 handler 组合在 pipeline 中，便形成了一个灵活可控的责任链。

小结：责任链模式的几个优势，在 Netty 中被充分发挥

设计目标	Netty 中的实现
解耦发送者和处理者	Handler 彼此独立，通过 ctx 传递事件
支持动态插拔	`pipeline.addBefore`、`remove` 方法
顺序执行、可中断	可按需调用 `ctx.fireXXX` 或中断
事件驱动，自由组合	可组合 Inbound / Outbound Handler

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Netty 源码：DefaultChannelPipeline.java

最后

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