責(zé)任鏈模式

開發(fā)一個(gè)應(yīng)用時(shí)，多數(shù)時(shí)候我們都能預(yù)先知道哪個(gè)方法能處理某個(gè)特定請(qǐng)求居暖。然而乃秀，情況并非總是如此肛著。例如，想想任意一種廣播計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)跺讯，例如最早的以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)（請(qǐng)參考網(wǎng)頁[t.cn/RqrTp0Y]）枢贿。在廣播計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，會(huì)將所有請(qǐng)求發(fā)送給所有節(jié)點(diǎn)（簡(jiǎn)單起見刀脏，不考慮廣播域）局荚，但僅對(duì)所發(fā)送請(qǐng)求感興趣的節(jié)點(diǎn)會(huì)處理請(qǐng)求。加入廣播網(wǎng)絡(luò)的所有計(jì)算機(jī)使用一種常見的媒介相互連接，比如耀态，下圖中的三個(gè)節(jié)點(diǎn)通過光纜連接起來轮傍。

如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)某個(gè)請(qǐng)求不感興趣或者不知道如何處理這個(gè)請(qǐng)求，可以執(zhí)行以下兩個(gè)操作首装。

• 忽略這個(gè)請(qǐng)求创夜，什么都不做
• 將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)

節(jié)點(diǎn)對(duì)一個(gè)請(qǐng)求的反應(yīng)方式是實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。然而仙逻，我們可以使用廣播計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類比來理解責(zé)任鏈模式是什么驰吓。責(zé)任鏈（Chain of Responsibility）模式用于讓多個(gè)對(duì)象來處理單個(gè)請(qǐng)求時(shí)，或者用于預(yù)先不知道應(yīng)該由哪個(gè)對(duì)象（來自某個(gè)對(duì)象鏈）來處理某個(gè)特定請(qǐng)求時(shí)系奉。其原則如下所示檬贰。

(1) 存在一個(gè)對(duì)象鏈（鏈表、樹或任何其他便捷的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）缺亮。
(2) 我們一開始將請(qǐng)求發(fā)送給鏈中的第一個(gè)對(duì)象翁涤。
(3) 對(duì)象決定其是否要處理該請(qǐng)求。
(4) 對(duì)象將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)對(duì)象萌踱。
(5) 重復(fù)該過程葵礼，直到到達(dá)鏈尾。

在應(yīng)用級(jí)別虫蝶，不用討論光纜和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)章咧，而是可以專注于對(duì)象以及請(qǐng)求的流程。下圖展示了客戶端代碼如何將請(qǐng)求發(fā)送給應(yīng)用的所有處理元素（又稱為節(jié)點(diǎn)或處理程序）能真，經(jīng)www.sourcema-king.com允許使用（請(qǐng)參考網(wǎng)頁[t.cn/RqrTYuB]）赁严。

注意，客戶端代碼僅知道第一個(gè)處理元素粉铐，而非擁有對(duì)所有處理元素的引用疼约；并且每個(gè)處理元素僅知道其直接的下一個(gè)鄰居（稱為后繼），而不知道所有其他處理元素蝙泼。這通常是一種單向關(guān)系程剥，用編程術(shù)語來說是一個(gè)單向鏈表，與之相反的是雙向鏈表汤踏。單向鏈表不允許雙向地遍歷元素织鲸，雙向鏈表則是允許的。這種鏈?zhǔn)浇M織方式大有用處：可以解耦發(fā)送方（客戶端）和接收方（處理元素）（請(qǐng)參考[GOF95溪胶，第254頁]）搂擦。

以下例子來自于GitHub：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
"""http://www.dabeaz.com/coroutines/"""

from contextlib import contextmanager
import os
import sys
import time


class Handler(object):

    def __init__(self, successor=None):
        self._successor = successor

    def handle(self, request):
        res = self._handle(request)
        if not res:
            self._successor.handle(request)

    def _handle(self, request):
        raise NotImplementedError('Must provide implementation in subclass.')


class ConcreteHandler1(Handler):

    def _handle(self, request):
        if 0 < request <= 10:
            print('request {} handled in handler 1'.format(request))
            return True


class ConcreteHandler2(Handler):

    def _handle(self, request):
        if 10 < request <= 20:
            print('request {} handled in handler 2'.format(request))
            return True


class ConcreteHandler3(Handler):

    def _handle(self, request):
        if 20 < request <= 30:
            print('request {} handled in handler 3'.format(request))
            return True


class DefaultHandler(Handler):

    def _handle(self, request):
        print('end of chain, no handler for {}'.format(request))
        return True


class Client(object):

    def __init__(self):
        self.handler = ConcreteHandler1(
            ConcreteHandler3(ConcreteHandler2(DefaultHandler())))

    def delegate(self, requests):
        for request in requests:
            self.handler.handle(request)


def coroutine(func):
    def start(*args, **kwargs):
        cr = func(*args, **kwargs)
        next(cr)
        return cr
    return start


@coroutine
def coroutine1(target):
    while True:
        request = yield
        if 0 < request <= 10:
            print('request {} handled in coroutine 1'.format(request))
        else:
            target.send(request)


@coroutine
def coroutine2(target):
    while True:
        request = yield
        if 10 < request <= 20:
            print('request {} handled in coroutine 2'.format(request))
        else:
            target.send(request)


@coroutine
def coroutine3(target):
    while True:
        request = yield
        if 20 < request <= 30:
            print('request {} handled in coroutine 3'.format(request))
        else:
            target.send(request)


@coroutine
def default_coroutine():
    while True:
        request = yield
        print('end of chain, no coroutine for {}'.format(request))


class ClientCoroutine:

    def __init__(self):
        self.target = coroutine1(coroutine3(coroutine2(default_coroutine())))

    def delegate(self, requests):
        for request in requests:
            self.target.send(request)


def timeit(func):

    def count(*args, **kwargs):
        start = time.time()
        res = func(*args, **kwargs)
        count._time = time.time() - start
        return res
    return count


@contextmanager
def suppress_stdout():
    try:
        stdout, sys.stdout = sys.stdout, open(os.devnull, 'w')
        yield
    finally:
        sys.stdout = stdout


if __name__ == "__main__":
    client1 = Client()
    client2 = ClientCoroutine()
    requests = [2, 5, 14, 22, 18, 3, 35, 27, 20]

    client1.delegate(requests)
    print('-' * 30)
    client2.delegate(requests)

    requests *= 10000
    client1_delegate = timeit(client1.delegate)
    client2_delegate = timeit(client2.delegate)
    with suppress_stdout():
        client1_delegate(requests)
        client2_delegate(requests)
    # lets check what is faster
    print(client1_delegate._time, client2_delegate._time)

### OUTPUT ###
# request 2 handled in handler 1
# request 5 handled in handler 1
# request 14 handled in handler 2
# request 22 handled in handler 3
# request 18 handled in handler 2
# request 3 handled in handler 1
# end of chain, no handler for 35
# request 27 handled in handler 3
# request 20 handled in handler 2
# ------------------------------
# request 2 handled in coroutine 1
# request 5 handled in coroutine 1
# request 14 handled in coroutine 2
# request 22 handled in coroutine 3
# request 18 handled in coroutine 2
# request 3 handled in coroutine 1
# end of chain, no coroutine for 35
# request 27 handled in coroutine 3
# request 20 handled in coroutine 2
# (0.2369999885559082, 0.16199994087219238)

現(xiàn)實(shí)生活的例子

ATM機(jī)以及及一般而言用于接收/返回鈔票或硬幣的任意類型機(jī)器（比如，零食自動(dòng)販賣機(jī)）都使用了責(zé)任鏈模式哗脖。機(jī)器上總會(huì)有一個(gè)放置各種鈔票的槽口瀑踢，如下圖所示（經(jīng)www.sourcemaking.com允許使用）扳还。

鈔票放入之后，會(huì)被傳遞到恰當(dāng)?shù)娜萜鞒髫病ｂn票返回時(shí)氨距，則是從恰當(dāng)?shù)娜萜髦蝎@取（請(qǐng)參考網(wǎng)頁[t.cn/RqrTYuB]和網(wǎng)頁[t.cn/RqrTnts]）棘劣。我們可以把這個(gè)槽口視為共享通信媒介俏让，不同的容器則是處理元素。結(jié)果包含來自一個(gè)或多個(gè)容器的現(xiàn)金呈础。例如舆驶，在上圖中橱健，我們看到在從ATM機(jī)取175美元時(shí)會(huì)發(fā)生什么而钞。

軟件的例子

我試過尋找一些使用責(zé)任鏈模式的Python應(yīng)用的好例子，但是沒找到拘荡，很可能是因?yàn)镻ython程序員不使用這個(gè)名稱臼节。因此，很抱歉珊皿，我將使用其他編程語言的例子作為參考网缝。

Java的servlet過濾器是在一個(gè)HTTP請(qǐng)求到達(dá)H標(biāo)處理程序之前執(zhí)行的一些代碼片段。在使用servlet過濾器時(shí)蟋定，有一個(gè)過濾器鏈粉臊，其中每個(gè)過濾器執(zhí)行一個(gè)不同動(dòng)作（用戶身份驗(yàn)證、記H志驶兜、數(shù)據(jù)壓縮等）扼仲，并且將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)過濾器直到鏈結(jié)束；如果發(fā)生錯(cuò)誤（例如抄淑，連續(xù)三次身份驗(yàn)證失斖佬住）則跳出處理流程（請(qǐng)參考網(wǎng)頁[t.cn/RqrTukH]）。

Apple的Cocoa和Cocoa Touch框架使用責(zé)任鏈來處理事件肆资。在某個(gè)視圖接收到一個(gè)其并不知道如何處理的事件時(shí)矗愧，會(huì)將事件轉(zhuǎn)發(fā)給其超視圖，直到有個(gè)視圖能夠處理這個(gè)事件或者視圖鏈結(jié)束（請(qǐng)參考網(wǎng)頁[t.cn/RqrTrzK]）郑原。

應(yīng)用案例

通過使用責(zé)任鏈模式唉韭，我們能讓許多不同對(duì)象來處理一個(gè)特定請(qǐng)求。在我們預(yù)先不知道應(yīng)該由哪個(gè)對(duì)象來處理某個(gè)請(qǐng)求時(shí)犯犁，這是有用的属愤。其中一個(gè)例子是采購系統(tǒng)。在采購系統(tǒng)中栖秕，有許多核準(zhǔn)權(quán)限春塌。某個(gè)核準(zhǔn)權(quán)限可能可以核準(zhǔn)在一定額度之內(nèi)的訂單，假設(shè)為100美元。如果訂單超過了100美元只壳，則會(huì)將訂單發(fā)送給鏈中的下一個(gè)核準(zhǔn)權(quán)限俏拱，比如能夠核準(zhǔn)在200美元以下的訂單，等等吼句。

另一個(gè)責(zé)任鏈可以派上用場(chǎng)的場(chǎng)景是锅必，在我們知道可能會(huì)有多個(gè)對(duì)象都需要對(duì)同一個(gè)請(qǐng)求進(jìn)行處理之時(shí)。這在基于事件的編程中是常有的事情惕艳。單個(gè)事件搞隐，比如一次鼠標(biāo)左擊，可被多個(gè)事件監(jiān)聽者捕獲远搪。

不過應(yīng)該注意劣纲，如果所有請(qǐng)求都能被單個(gè)處理程序處理，責(zé)任鏈就沒那么有用了谁鳍，除非確實(shí)不知道會(huì)是哪個(gè)程序處理請(qǐng)求癞季。這一模式的價(jià)值在于解耦√惹保客戶端與所有處理程序（一個(gè)處理程序與所有其他處理程序之間也是如此）之間不再是多對(duì)多關(guān)系绷柒，客戶端僅需要知道如何與鏈的起始節(jié)點(diǎn)（標(biāo)頭）進(jìn)行通信。

下圖演示了緊耦合與松耦合之間的區(qū)別心涮因。松耦合系統(tǒng)背后的考慮是簡(jiǎn)化維護(hù)废睦，并讓我們易于理解系統(tǒng)的工作原理（請(qǐng)參考網(wǎng)頁https://infomgmt.wordpress.com/2010/02/18/a-visual-respresen-tation-of-coupling/）。

數(shù)據(jù)耦合（data coupling）养泡、特征耦合（stamp coupling）嗜湃、控制耦合（control coupling）、共用耦合（common coupling）和內(nèi)容耦合（content coupling）這幾個(gè)概念的含義可參考Wikipedia詞條 https://en.wikipedia.org/wiki/Coupling_(computer_programming)瓤荔。 ——譯者注

實(shí)現(xiàn)

使用Python實(shí)現(xiàn)責(zé)任鏈模式有許多種方式净蚤，但是我最喜歡的實(shí)現(xiàn)是Vespe Savikko所提出的（請(qǐng)參考網(wǎng)頁[t.cn/RqruSj1])。Vespe的實(shí)現(xiàn)以地道的Python風(fēng)格使用動(dòng)態(tài)分發(fā)來處理請(qǐng)求（請(qǐng)參考網(wǎng)頁[t.cn/RqruWFp]）输硝。

我們以Vespe的實(shí)現(xiàn)為參考實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的事件系統(tǒng)今瀑。下面是該系統(tǒng)的UML類圖。

Event類描述一個(gè)事件点把。為了讓它簡(jiǎn)單一點(diǎn)橘荠，在我們的案例中一個(gè)事件只有一個(gè)name屬性。

class Event:

    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def __str__(self):
        return self.name

Widget類是應(yīng)用的核心類郎逃。UML圖中展示的parent聚合關(guān)系表明每個(gè)控件都有一個(gè)到父對(duì)象的引用哥童。按照約定，我們假定父對(duì)象是一個(gè)Widget實(shí)例褒翰。然而贮懈，注意匀泊，根據(jù)繼承的規(guī)則，任何Widget子類的實(shí)例（例如朵你，MsgText的實(shí)例）也是Widget實(shí)例各聘。parent的默認(rèn)值為None。

class Widget:
    def __init__(self, parent=None):
        self.parent = parent

handle()方法使用動(dòng)態(tài)分發(fā)抡医，通過hasattr()和getattr()決定一個(gè)特定請(qǐng)求（event）應(yīng)該由誰來處理躲因。如果被請(qǐng)求處理事件的控件并不支持該事件，則有兩種回退機(jī)制忌傻。如果控件有parent大脉，則執(zhí)行parent的handle()方法。如果控件沒有parent水孩，但有handle_default()方法镰矿，則執(zhí)行handle_default()。

def handle(self, event):
    handler = 'handle_{}'.format(event)
    if hasattr(self, handler):
        method = getattr(self, handler)
        method(event)
    elif self.parent:
        self.parent.handle(event)
    elif hasattr(self, 'handle_default'):
        self.handle_default(event)

此時(shí)荷愕，你可能已明臼為什么UML類圖中Widget與Event類僅是關(guān)聯(lián)關(guān)系而已（不是聚合或組合關(guān)系）衡怀。關(guān)聯(lián)關(guān)系用于表明Widget類知道Event類，但對(duì)其沒有任何嚴(yán)格的引用安疗，因?yàn)槭录H需要作為參數(shù)傳遞給handle()。

MainWindow够委、MsgText和SendDialog是具有不同行為的控件荐类。我們并不期望這三個(gè)控件都能處理相同的事件，即使它們能處理相同事件茁帽，表現(xiàn)出來也可能是不同的玉罐。MainWindow僅能處理close和default事件。

class MainWindow(Widget):
    def handle_close(self, event):
        print('MainWindow: {}'.format(event))
    def handle_default(self, event):
        print('MainWindow Default: {}'.format(event))

SendDialog僅能處理paint事件潘拨。

class SendDialog(Widget):
        def handle_paint(self, event):
            print('SendDialog: {}'.format(event))

最后吊输，MsgText僅能處理down事件。

class MsgText(Widget):
    def handle_down(self, event):
        print('MsgText: {}'.format(event))

main()函數(shù)展示如何創(chuàng)建一些控件和事件铁追，以及控件如何對(duì)那些事件作出反應(yīng)季蚂。所有事件都會(huì)被發(fā)送給所有控件。注意其中每個(gè)控件的父子關(guān)系琅束。sd對(duì)象（SendDialog的一個(gè)實(shí)例）的父對(duì)象是mw（MainWindow的一個(gè)實(shí)例）扭屁。然而，并不是所有對(duì)象都需要一個(gè)MainWindow實(shí)例的父對(duì)象涩禀。例如料滥，msg對(duì)象（MsgText的一個(gè)實(shí)例）是以sd作為父對(duì)象。

def main(): 5 mw = MainWindow()
    sd = SendDialog(mw)
    msg = MsgText(sd)
    for e in ('down', 'paint', 'unhandled', 'close'):
        evt = Event(e)
        print('\nSending event -{}- to MainWindow'.format(evt))
        mw.handle(evt)
        print('Sending event -{}- to SendDialog'.format(evt))
        sd.handle(evt)
        print('Sending event -{}- to MsgText'.format(evt))
        msg.handle(evt)

以下是示例的完整代碼（chain.py）艾船。

class Event:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def __str__(self):
        return self.name

class Widget:
    def __init__(self, parent=None):
        self.parent = parent

    def handle(self, event):
        handler = 'handle_{}'.format(event)
        if hasattr(self, handler):
            method = getattr(self, handler)
            method(event)
        elif self.parent:
            self.parent.handle(event)
        elif hasattr(self, 'handle_default'):
            self.handle_default(event)

class MainWindow(Widget):
    def handle_close(self, event):
        print('MainWindow: {}'.format(event))

    def handle_default(self, event):
        print('MainWindow Default: {}'.format(event))

class SendDialog(Widget):
    def handle_paint(self, event):
        print('SendDialog: {}'.format(event))

class MsgText(Widget):
    def handle_down(self, event):
        print('MsgText: {}'.format(event))

def main():
    mw = MainWindow()
    sd = SendDialog(mw)
    msg = MsgText(sd)

    for e in ('down', 'paint', 'unhandled', 'close'):
        evt = Event(e)
        print('\nSending event -{}- to MainWindow'.format(evt))
        mw.handle(evt)
        print('Sending event -{}- to SendDialog'.format(evt))
        sd.handle(evt)
        print('Sending event -{}- to MsgText'.format(evt))
        msg.handle(evt)

if __name__ == '__main__':
    main()

Sending event -down- to MainWindow
MainWindow Default: down
Sending event -down- to SendDialog
MainWindow Default: down
Sending event -down- to MsgText
MsgText: down

Sending event -paint- to MainWindow
MainWindow Default: paint
Sending event -paint- to SendDialog
SendDialog: paint
Sending event -paint- to MsgText
SendDialog: paint

Sending event -unhandled- to MainWindow
MainWindow Default: unhandled
Sending event -unhandled- to SendDialog
MainWindow Default: unhandled
Sending event -unhandled- to MsgText
MainWindow Default: unhandled

Sending event -close- to MainWindow
MainWindow: close
Sending event -close- to SendDialog
MainWindow: close
Sending event -close- to MsgText
MainWindow: close

從輸出中我們能看到一些有趣的東西葵腹。例如高每，發(fā)送一個(gè)down事件給MainWindow，最終被MainWindow默認(rèn)處理函數(shù)處理践宴。另一個(gè)不錯(cuò)的用例是觉义，雖然close事件不能被SendDialog和MsgText直接處理，但所有close事件最終都能被MainWindow正確處理浴井。這正是使用父子關(guān)系作為一種回退機(jī)制的優(yōu)美之處晒骇。

如果你想在這個(gè)事件例子上花費(fèi)更多時(shí)間發(fā)揮自己的創(chuàng)意，可以替換這些愚蠢的print語旬磺浙，針對(duì)羅列出來的事件添加一些實(shí)際的行為洪囤。當(dāng)然，并不限于羅列出來的事件撕氧。隨意添加一些你喜歡的事件匪蝙，做一些有用的事情！

另一個(gè)練習(xí)是在運(yùn)行時(shí)添加一個(gè)MsgText實(shí)例蒙谓，以MainWindow為其父芝雪。這個(gè)有難度嗎？也挑個(gè)事件類型來試試（為一個(gè)已有控件添加一個(gè)新的事件）不脯，哪個(gè)更難府怯？

小結(jié)

本章中，我們學(xué)習(xí)了責(zé)任鏈設(shè)計(jì)模式防楷。在尤法預(yù)先知道處理程序的數(shù)量和類型時(shí)牺丙，該模式有助于對(duì)請(qǐng)求/處理事件進(jìn)行建模。適合使用責(zé)任鏈模式的系統(tǒng)例子包括基于事件的系統(tǒng)复局、采購系統(tǒng)和運(yùn)輸系統(tǒng)冲簿。

在責(zé)任鏈模式中，發(fā)送方可直接訪問鏈中的首個(gè)節(jié)點(diǎn)亿昏。若首個(gè)節(jié)點(diǎn)不能處理請(qǐng)求峦剔，則轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，如此直到請(qǐng)求被某個(gè)節(jié)點(diǎn)處理或者整個(gè)鏈遍歷結(jié)束角钩。這種設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)發(fā)送方與接收方（多個(gè)）之間的解耦吝沫。

ATM機(jī)是責(zé)任鏈的一個(gè)例子。用于取放鈔票的槽口可看作是鏈的頭部彤断。從這里開始野舶，根據(jù)具體交易，一個(gè)或多個(gè)容器會(huì)被用于處理交易宰衙。這些容器可看作是鏈中的處理程序平道。

Java的servlet過濾器使用責(zé)任鏈模式對(duì)一個(gè)HTTP請(qǐng)求執(zhí)行不同的動(dòng)作（例如，壓縮和身份驗(yàn)證）供炼。Apple的Cocoa框架使用相同的模式來處理事件一屋，比如窘疮，按鈕和手勢(shì)。