【设计模式】责任链的基本概念及使用Predicate灵活构造校验链

1. 概述

1.1.背景

在最近的开发中遇到了这么一个需求，需要对业务流程中的各个参数做前置校验，校验通过才能执行后续的流程。
经过一番需求分析后发现，有大量的业务入口需要做的校验是相同的，同时在业务迭代的过程中涉及到的校验规则也会有所增减。所以就必须考虑到代码的复用性和拓展性，决定使用责任链模式来剥离变化。

1.2.责任链模式的概念

简单的说，就是将不同的功能封装成一个一个不同的处理器，并且将这些处理器按顺序链接成一个链表，客户端发起请求后，请求的对象会按照链的顺序被各个处理器接收并处理，最终返回处理结果。

这个模式最突出的特点就是每个处理器都会接收请求、处理请求，并将请求传递给下一个处理器，我们可以自由的组合处理器的顺序，也可以自由的选择需要组合哪些处理器。

我们可以让每个处理器都有处理请求的机会，直到运行的链尾为止，这种方式常见于过滤器链，例如：Web开发中的Filter，Dubbo中的Filter，参数校验链中的or类型等等。

当然，也可以根据需要在任意一个处理器满足特定的要求后，截断处理器，不再向下传递，例如：工作流，参数校验链中的and类型等等。

2.责任链的基本写法

传统的责任链是通过链表来进行组装的，基础类图如下：

图中的handler上有个一个Context参数，这个是指的责任链传递过程中的上下文对象，在不同的handler中需要处理的参数字段往往是不同的，所以，我们将需要处理的参数都聚合在一起就形成了上下文context。上下文对象一般是在client调用方调用责任链处理接口时创建的。

下面通过一个简单的注册账号的需求，来体验一下责任链模式，即：校验用户名/密码不能为空，且年龄大于18岁才能注册。

2.1.链表实现

需要再每个handler中保存下一个handler的指针，通过聚合来处理

• 下面是抽象处理器和两个处理器实例：

  public abstract class AbstractHandler {/*** 下一个处理器*/private AbstractHandler nextHandler;/*** 设置下一个处理器*/public AbstractHandler setNextHandler(AbstractHandler nextHandler) {this.nextHandler = nextHandler;return this;}/*** 处理器调用及传递到下一个处理器*/public boolean handle(Context context) {boolean result = doHandle(context);if (result && nextHandler != null) {return nextHandler.handle(context);}return result;}/*** 实际的处理规则，由子类实现*/public abstract boolean doHandle(Context context);}

  import org.apache.commons.lang3.StringUtils;public class UserNameHandler extends AbstractHandler {@Overridepublic boolean doHandle(Context context) {if (StringUtils.isBlank(context.getUsername()) || StringUtils.isBlank(context.getPassword())) {System.out.println("用户名或密码不能为空");return false;}return true;}
  }
  

  public class AgeHandler extends AbstractHandler {@Overridepublic boolean doHandle(Context context) {if (context.getAge() < 18) {System.out.println("18岁以下不能注册");return false;}return true;}
  }

• 提供一个上下文聚合用户名、密码、年龄

public class Context {private String username;private String password;private int age;// 省略getter setter
}

• 在client中组装责任链

  public class Client {public String register(String username, String password, int age) {AbstractHandler handler = new UserNameHandler().setNextHandler(new AgeHandler());Context context = new Context();context.setUsername(username);context.setPassword(password);context.setAge(age);boolean handle = handler.handle(context);return handle ? "注册成功" : "注册失败";}
  }
  

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写完后测试一下：

public static void main(String[] args) {Client client = new Client();System.out.println(client.register("张三", "123456", 20));System.out.println("------------");System.out.println(client.register("张三", "123456", 17));System.out.println("------------");System.out.println(client.register("", "123456", 20));System.out.println("------------");System.out.println(client.register("张三", "", 20));
}

2.2.数组实现

数组的实现实际上就是将上面链表中的next指针去掉，通过数组下标来决定责任链执行的顺序，此时的抽象类可以简化为：

public abstract class AbstractHandler {/*** 实际的处理规则，由子类实现*/public abstract boolean doHandle(Context context);}

处理器实例和上下文类不用做修改，在客户端组装并调用责任链：

public class Client {public String register(String username, String password, int age) {List<AbstractHandler> list = new ArrayList<>();list.add(new UserNameHandler());list.add(new AgeHandler());Context context = new Context();context.setUsername(username);context.setPassword(password);context.setAge(age);boolean result = false;for (AbstractHandler handler : list) {result = handler.doHandle(context);if (!result) {break;}}return result ? "注册成功" : "注册失败";}
}

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使用同样的测试用例测试，得到同样的结果：
相信大家注意到了，这种方式实现责任链，客户端与责任链并没有解耦，在客户端中使用for循环中操作了链的开始和截断，严格的说这种方式属于是责任链的变体。

这么做的好处就是把各个处理器只是当做了单读的校验处理器个体，只起到复用的作用，我们在不同的客户端中可以自由的组合自己想要的校验链，使用更加灵活。

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现在再思考一个问题：如果想把and校验改成or校验应该怎么做呢？

我们修改for循环中对结果的处理方法，只有在校验结果为true时赋值就可以了。但这种方式既不灵活也不优雅，假如我们在条件中既要有and又要有or时，应该怎么处理呢？使用这种方式处理就变得很复杂了。
如果使用的JDK版本是8以上的话，可以使用JDK提供的函数式接口Predicate接口灵活构造校验链。

3.Predicate校验链

在这个接口中一共有5个方法，其中：1个抽象发放，3个默认方法，以及一个静态方法，我们这里需要使用到的是test,and,or。
对比上面的责任链模式来看的话，可以把Predicate简单的理解为抽象处理器，test是抽象方法doHandle由子类实现具体的逻辑，T则可以理解为传入的上下文Context。and和or则是用来组装调用链的，区别在于这里的and和or是将函数拼接了起来，而不是保存下一个处理器的指针。

2.1.使用Predicate改写代码

不再需要AbstractHandler，两个处理器实例修改为实现Predicate，代码如下：

import java.util.function.Predicate;public class AgeHandler implements Predicate<Context> {@Overridepublic boolean test(Context context) {if (context.getAge() < 18) {System.out.println("18岁以下不能注册");return false;}return true;}
}

import org.apache.commons.lang3.StringUtils;import java.util.function.Predicate;public class UserNameHandler implements Predicate<Context> {@Overridepublic boolean test(Context context) {if (StringUtils.isBlank(context.getUsername())|| StringUtils.isBlank(context.getPassword())) {System.out.println("用户名或密码不能为空");return false;}return true;}
}

在客户端中通过and方法来组合校验链：

public class Client {public String register(String username, String password, int age) {Context context = new Context();context.setUsername(username);context.setPassword(password);context.setAge(age);Predicate<Context> predicate = new UserNameHandler().and(new AgeHandler());boolean test = predicate.test(context);return test ? "注册成功" : "注册失败";}

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测试后依然是一样的结果：

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这里简单的说明一下and方法，

default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) {Objects.requireNonNull(other);return (t) -> test(t) && other.test(t);
}

根据上面的拼接方式，是由userNameHandler调用的and方法，传入了参数ageHandler，所以这里左侧的test(t)指的调用是UserNameHandler中重写的test方法，右侧的other.test(t)，指的是AgeHandler重写的test方法，两个方法返回的boolean通过&&连接起来。这里我加上变量名的话，可能会更好理解一点：

return (t) -> this.test(t) && new AgeHandler().test(t);

需要注意的是，&&两侧的test并不是在and方法中对两个handler对象发起了调用，可以看到return后面还有一个(t)->，这个表示的是返回的是一个函数，这个函数会在调用predicate 这个接口对象的test方法（函数式接口的唯一抽象方法，这里这个抽象方法名为test）时触发，除非后才会执行test(t) && other.test(t)。

如果我们还有更多的handler继续往下拼接的话，例如有a,b,c,d4个实现了Predicate的对象，并且都用and拼接，整个函数可以理解为转化成了如下的链：

return (t) -> a.test(t) && b.test(t) && c.test(t) && d.test(t);

2.1.更丰富的条件拓展

现在来实现一个更丰满的需求，在上面需求的基础上加入一个新的校验规则，在注册时需要加入用户的联系方式，手机号和邮箱选其一即可。

我们可以在context中追加这两个参数，并新增两个处理器，通过or进行拼接。

public class Context {private String username;private String password;private String phone;private String email;private int age;// 忽略 getter setter
}

import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import java.util.function.Predicate;public class PhoneHandler implements Predicate<Context> {@Overridepublic boolean test(Context context) {if (StringUtils.isBlank(context.getPhone())) {System.out.println("手机号为空");return false;}System.out.println("手机号不为空");return true;}
}

import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import java.util.function.Predicate;public class EmailHandler implements Predicate<Context> {@Overridepublic boolean test(Context context) {if (StringUtils.isBlank(context.getEmail())) {System.out.println("邮箱为空");return false;}System.out.println("邮箱不为空");return true;}
}

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在client中，我们只需要实现将校验链函数拼接成如下的形式：

return (t) -> this.test(t) && new AgeHandler().test(t) && (new PhoneHandler().test(t) || new EmailHandler().test(t));

则实现代码为：

Predicate<Context> predicate = new UserNameHandler().and(new AgeHandler()).and(new PhoneHandler().or(new EmailHandler()));

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写两个测试用例测一下：

public static void main(String[] args) {Client client = new Client();System.out.println(client.register("张三", "123456", 18, "12345678901", ""));System.out.println("------------");System.out.println(client.register("张三", "123456", 18, "", "[e-mail]"));System.out.println("------------");
}

4.总结

本篇先简单的讲解了责任链模式的概念，通过一个简单的注册用户需求代入了责任链的实现方式，并提出了用责任链是实现校验时灵活的地方。

然后针对这种不灵活，通过Java8中的Predicate对校验链进行改写，更加灵活的实现了校验链的构造，并且拓展起来也是非常简单的。

希望这种使用方式对大家能有所启发和帮助。