设计模式之职责链模式

LoveC5212025-08-04 23:01

本文中涉及到的完整代码存放于以下 GitHub 仓库中LearningCode

1. 理论部分

职责链模式（Chain of Responsibility Pattern）：避免将一个请求的发送者与接收者耦合在一起，让多个对象都有机会处理请求。将接受请求的对象连接成一条链，并且沿着这条链传递请求，直到有一个对象能够处理它为止。

职责链模式也称责任链模式。

1.1 结构与实现

职责链模式包含以下两个角色：

  • Handler（抽象处理者） ：
    • 职责：定义一个处理请求的接口。
    • 实现：通常声明为抽象类或接口。若 Handler 被声明为抽象类，通常会在内部维护一个 Handler 引用，指向后继者。
  • ConcreteHandler（具体处理者） ：
    • 职责：实现了 Handler 中定义的接口，处理它所负责的请求。如果可处理当前请求，就处理；否则将该请求转发给它的后继者。
    • 实现：通常声明为具体类。

职责链的创建工作应当由客户端来完成。

职责链模式的 UML 类图如下所示：

职责链模式可分为两种：

  • 纯的职责链模式：一个纯的职责链模式要求一个具体处理者对象只能在两个行为中选择一个，要么承担全部责任,要么将责任推给下家，不允许出现某一个具体处理者对象在承担了一部分或全部责任后又将责任向下传递的情况。而且在纯的职责链模式中要求一个请求必须被某一个处理者对象所接收，不能出现某个请求未被任何一个处理者对象处理的情况。
  • 不纯的职责链模式：在一个不纯的职责链模式中允许某个请求被一个具体处理者部分处理后再向下传递，或者一个具体处理者处理完某请求后其后继处理者可以继续处理该请求，而且一个请求可以最终不被任何处理者对象所接收并处理。

职责链模式的实现需要考虑以下问题：

  • 实现后继者链：
    • 定义新的链接。
    • 使用已有的链接。
  • 表示请求：
    • 硬编码方法调用。只能转发 Handler 类定义的固定请求，安全但不够灵活。
    • 使用一个请求码（通常是一个整型或一个字符串）作为参数，并使用条件语句来区分请求代码以分派请求。无法用类型安全的方法来传递请求参数，请求码必须被手工打包和解包，灵活但不安全。
    • 使用请求对象封装请求参数，Request 类可明确地描述请求， 而新类型的请求可用它的子类来定义。这些子类可定义不同的请求参数，处理者必须知道请求的类型（即它们正使用哪一个 Request 子类）以访问这些参数。

1.2 优缺点与适用场景

职责链模式具有以下优点：

  • 降低系统的耦合度。职责链模式使得一个对象无须知道是其他哪一个对象处理其请求，对象仅需知道该请求会被处理即可，接收者和发送者都没有对方的明确信息，并且链中的对象不需要知道链的结构。结果是由请求处理对象仅需维持一个指向其后继者的引用，而不需要维持它对所有的候选处理者的引用，可简化对象之间的相互连接，降低了系统的耦合度。
  • 增强给对象指派职责的灵活性。在给对象分派职责时，职责链可以带来更多的灵活性，可以通过在运行时对该链进行动态的增加或修改来增加或改变处理一个请求的职责。

职责链模式存在以下缺点：

  • 由于一个请求没有明确的接收者，那么就不能保证它一定会被处理，该请求可能一直到链的末端都得不到处理；一个请求也可能因职责链没有被正确配置而得不到处理。
  • 对于比较长的职责链，请求的处理可能涉及多个处理对象，系统性能将受到一定的影响，而且在进行代码调试时不太方便。
  • 如果建链不当，可能会造成循环调用，将导致系统陷人死循环。

职责链模式适用于以下场景：

  • 有多个对象可以处理同一个请求，具体哪个对象处理该请求待运行时刻再确定，客户端只需将请求提交到链上，而无须关心请求的处理对象是谁以及它是如何处理的。
  • 在不明确指定接收者的情况下向多个对象中的一个提交一个请求。
  • 可动态指定一组对象处理请求，客户端可以动态创建职责链来处理请求，还可以改变链中处理者之间的先后次序。

2. 实现部分

以 Java 代码为例，演示职责链模式的实现。

案例介绍：

封装请求参数

java 复制代码 
public class PurchaseRequest {
    private double amount;
    private int number;
    private String purpose;

    public PurchaseRequest(double amount, int number, String purpose) {
        this.amount = amount;
        this.number = number;
        this.purpose = purpose;
    }

    public double getAmount() {
        return amount;
    }

    public void setAmount(double amount) {
        this.amount = amount;
    }

    public int getNumber() {
        return number;
    }

    public void setNumber(int number) {
        this.number = number;
    }

    public String getPurpose() {
        return purpose;
    }

    public void setPurpose(String purpose) {
        this.purpose = purpose;
    }
}

定义抽象处理者

java 复制代码 
public abstract class Approver {
    protected Approver successor;
    protected String name;

    public Approver(String name) {
        this.name = name;
    }

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

    public abstract void processRequest(PurchaseRequest request);
}

定义主任的处理逻辑

java 复制代码 
public class Director extends Approver{

    public Director(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void processRequest(PurchaseRequest request) {
        if (request.getAmount() < 50000) {
            System.out.println("主任" + this.name + "审批采购单: " +
                    request.getNumber() + ", 金额: " + request.getAmount() + "元, 采购目的: " + request.getPurpose() + ".");
        }else {
            this.successor.processRequest(request);
        }
    }
}

定义副董事长的处理逻辑

java 复制代码 
public class VicePresident extends Approver{
    public VicePresident(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void processRequest(PurchaseRequest request) {
        if (request.getAmount() < 100000) {
            System.out.println("副董事长" + this.name + "审批采购单: " +
                    request.getNumber() + ", 金额: " + request.getAmount() + "元, 采购目的: " + request.getPurpose() + ".");
        }else {
            this.successor.processRequest(request);
        }
    }
}

定义董事长的处理逻辑

java 复制代码 
public class President extends Approver{

    public President(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void processRequest(PurchaseRequest request) {
        if (request.getAmount() < 500000) {
            System.out.println("董事长" + this.name + "审批采购单: " +
                    request.getNumber() + ", 金额: " + request.getAmount() + "元, 采购目的: " + request.getPurpose() + ".");
        }else {
            this.successor.processRequest(request);
        }
    }
}

定义董事会的处理逻辑

java 复制代码 
public class Congress extends Approver{

    public Congress(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void processRequest(PurchaseRequest request) {
        System.out.println("召开董事会审批采购单" + this.name + "审批采购单: " +
                request.getNumber() + ", 金额: " + request.getAmount() + "元, 采购目的: " + request.getPurpose() + ".");
    }
}

客户端调用

java 复制代码 
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Approver director = new Director("张无忌");
        Approver vicePresident = new VicePresident("杨过");
        Approver president = new President("郭靖");
        Approver congress = new Congress("董事会");

        // 创建职责链
        director.setSuccessor(vicePresident);
        vicePresident.setSuccessor(president);
        president.setSuccessor(congress);

        // 创建采购单
        director.processRequest(new PurchaseRequest(45000, 10001, "购买倚天剑"));
        director.processRequest(new PurchaseRequest(60000, 10002, "购买《葵花宝典》"));
        director.processRequest(new PurchaseRequest(160000, 10003, "购买《金刚经》"));
        director.processRequest(new PurchaseRequest(800000, 10004, "购买桃花岛"));
    }
}

其完整的 UML 类图如下所示：

3. 参考资料

学习视频：

  1. 设计模式快速入门 ------ 图灵星球TuringPlanet ------ 职责链模式：https://www.bilibili.com/video/BV14m4y1y7Rj
  2. Java设计模式详解 ------ 黑马程序员 ------ 职责链模式（P105 ~ P109）：https://www.bilibili.com/video/BV1Np4y1z7BU?p=105
  3. Java设计模式 ------ 尚硅谷 ------ 职责链模式（P145 ~ P149）：https://www.bilibili.com/video/BV1G4411c7N4?p=145

学习读物：

  1. 《设计模式：可复用面向对象软件的基础》------ Erich Gamma 著 ------ 李英军 译 ------ 第 5.1 节（P167）
  2. 《Java 设计模式》 ------ 刘伟 著 ------ 第 16 章（P221）
  3. 《设计模式之美》------ 王争 著 ------ 第 8.5 节（P282）
  4. 《设计模式之禅》 ------ 第 2 版 ------ 秦小波 著 ------ 第 16 章（P178）
  5. 《图解设计模式》------ 结城浩 著 ------ 杨文轩 译 ------ 第 14 章（P161）

电子文献：

  1. 设计模式教程 ------ 菜鸟教程 ------ 职责链模式：https://www.runoob.com/design-pattern/chain-of-responsibility-pattern.html
  2. 99+ 种软件模式 ------ long2ge ------ 职责链模式：https://learnku.com/docs/99-software-pattern/chain-of-responsibility-pattern/11990
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