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设计模式-行为型模式2.md

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行为型模式2

策略模式

Strategy Design Pattern:定义一族算法类，将每个算法分别封装起来，让它们可以互相替换。策略模式可以使算法的变化独立于使用它们的客户端（这里的客户端代指使用算法的代码）。

策略模式主要的作用是解耦策略的定义、创建和使用，控制代码的复杂度,让每个部分都不至于过于复杂、代码量过多。除此之外，对于复杂代码来说，策略模式还能让其满足开闭原则，添加新策略的时候，最小化、集中化代码改动，减少引入bug的风险。

1.策略的定义

策略类的定义比较简单，包含一个策略接口和一组实现这个接口的策略类。客户端代码基于接口而非实现编程，可以灵活地替换不同的策略

public interface Strategy {
  void algorithmInterface();
}

public class ConcreteStrategyA implements Strategy {
  @Override
  public void  algorithmInterface() {
    //具体的算法...
  }
}

2.策略的创建 因为策略模式会包含一组策略，在使用它们的时候，一般会通过类型（type）来判断创建哪个策略来使用。

public class StrategyFactory {
  private static final Map<String, Strategy> strategies = new HashMap<>();

  static {
    strategies.put("A", new ConcreteStrategyA());
    strategies.put("B", new ConcreteStrategyB());
  }

  public static Strategy getStrategy(String type) {
    if (type == null || type.isEmpty()) {
      throw new IllegalArgumentException("type should not be empty.");
    }
    return strategies.get(type);
  }
}

如果策略类是无状态的，不包含成员变量，只是纯粹的算法实现，这样的策略对象是可以被共享使用的，不需要在每次调用getStrategy()的时候，都创建一个新的策略对象. 如果策略类是有状态的，那么每次获得的都是新创建的策略对象，而不是缓存好可共享的策略对象，

3.策略的使用

运行时动态确定

    Properties props = new Properties();
    props.load(new FileInputStream("./config.properties"));
    String type = props.getProperty("eviction_type");
    evictionStrategy = EvictionStrategyFactory.getEvictionStrategy(type);

运行时直接指定

    EvictionStrategy evictionStrategy = new LruEvictionStrategy();
    UserCache userCache = new UserCache(evictionStrategy);

运行时直接指定:策略模式就成了一种封装,并不能发挥策略模式的优势。在这种应用场景下，策略模式实际上退化成了“面向对象的多态特性”或“基于接口而非实现编程原则”。

  • 使用

通过类型直接获取执行业务规则,替换if/else,控制代码复杂度

// 策略的定义
public interface DiscountStrategy {
  double calDiscount(Order order);
}
// 省略NormalDiscountStrategy、GrouponDiscountStrategy、PromotionDiscountStrategy类代码...

// 策略的创建
public class DiscountStrategyFactory {
  private static final Map<OrderType, DiscountStrategy> strategies = new HashMap<>();

  static {
    strategies.put(OrderType.NORMAL, new NormalDiscountStrategy());
    strategies.put(OrderType.GROUPON, new GrouponDiscountStrategy());
    strategies.put(OrderType.PROMOTION, new PromotionDiscountStrategy());
  }

  public static DiscountStrategy getDiscountStrategy(OrderType type) {
    return strategies.get(type);
  }
}

// 策略的使用
public class OrderService {
  public double discount(Order order) {
    OrderType type = order.getType();
    DiscountStrategy discountStrategy = DiscountStrategyFactory.getDiscountStrategy(type);
    return discountStrategy.calDiscount(order);
  }
}
  • 编码规范:

控制代码行数,如果单个函数超过一屏就应该进行拆分;
进行功能化模块化拆分,拆分可以采用面向对象方式,便于理解;
面向接口,采用多态来执行不同的行为.
对于具体的规则也可以进行再抽象;

public class Sorter {
  private static final long GB = 1000 * 1000 * 1000;

  public void sortFile(String filePath) {
    // 省略校验逻辑
    File file = new File(filePath);
    long fileSize = file.length();
    ISortAlg sortAlg;
    if (fileSize < 6 * GB) { // [0, 6GB)
      sortAlg = SortAlgFactory.getSortAlg("QuickSort");
    } else if (fileSize < 10 * GB) { // [6GB, 10GB)
      sortAlg = SortAlgFactory.getSortAlg("ExternalSort");
    } else if (fileSize < 100 * GB) { // [10GB, 100GB)
      sortAlg = SortAlgFactory.getSortAlg("ConcurrentExternalSort");
    } else { // [100GB, ~)
      sortAlg = SortAlgFactory.getSortAlg("MapReduceSort");
    }
    sortAlg.sort(filePath);
  }
}

private static final List<AlgRange> algs = new ArrayList<>();
  static {
    algs.add(new AlgRange(0, 6*GB, SortAlgFactory.getSortAlg("QuickSort")));
    algs.add(new AlgRange(6*GB, 10*GB, SortAlgFactory.getSortAlg("ExternalSort")));
    algs.add(new AlgRange(10*GB, 100*GB, SortAlgFactory.getSortAlg("ConcurrentExternalSort")));
    algs.add(new AlgRange(100*GB, Long.MAX_VALUE, SortAlgFactory.getSortAlg("MapReduceSort")));
  }

private static class AlgRange {
    private long start;
    private long end;
    private ISortAlg alg;

    public AlgRange(long start, long end, ISortAlg alg) {
      this.start = start;
      this.end = end;
      this.alg = alg;
    }

    public ISortAlg getAlg() {
      return alg;
    }

    public boolean inRange(long size) {
      return size >= start && size < end;
    }
  }

问题

  • 怎么去掉if/else

1 如果问题域已知,可以通过上面抽象if/else判断规则的方式来去除;
2 问题域不可知,可以通过反射+配置文件/注解的方式进行规则映射,直接通过生成的动态映射表来支持动态的规则添加和匹配.

  • 在什么情况下，我们才有必要去掉代码中的if-else或者switch-case分支逻辑呢？

比较复杂,不利于维护或可读性差时.

职责链模式

Chain Of Responsibility Design Pattern: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。

在职责链模式中，多个处理器（也就是刚刚定义中说的“接收对象”）依次处理同一个请求。一个请求先经过A处理器处理，然后再把请求传递给B处理器，B处理器处理完后再传递给C处理器，以此类推，形成一个链条。链条上的每个处理器各自承担各自的处理职责，所以叫作职责链模式。

模板模式、策略模式，职责链模式。它们具有相同的作用：复用和扩展

示例:

HandlerChain的实现方式有两种,一种是链表,一种是数组.数组更简单些,这里使用链表作为示例.

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;
  }
}

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;
    }
    // 这里进行链表关联,指定下一执行的handler
    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();
  }
}

代码结构:

这个代码使用了模板模式+职责链模式; Handler: 职责链业务声明抽象类,用于定义公共模板方法handle();以及职责链方法定义:doHandle(),它是实际的代码扩展点
HandlerA,HandlerB 具体的业务实现
HandlerChain: 职责链声明类,用于串接职责链,通过tail来指定下一个需要执行的handler
Application: 客户端调用方法,组装职责链,进行方法触发

  • 应用场景

敏感词过滤,脱敏等

  • 价值

1 降低代码复杂度:将大类拆分成小类,甚至独立的类;
2 让代码满足开闭原则，提高代码的扩展性:

而职责链模式的实现方式更加优雅，只需要新添加一个Filter类，并且通过addFilter()函数将它添加到FilterChain中即可，其他代码完全不需要修改。
利用职责链模式就能达到开篇所说的，在不修改框架源码的情况下，基于职责链模式提供的扩展点，来扩展新的功能

应用场景

  • Servlet Filter

Servlet Filter是Java Servlet规范中定义的组件，翻译成中文就是过滤器，它可以实现对HTTP请求的过滤功能，比如鉴权、限流、记录日志、验证参数等等。因为它是Servlet规范的一部分，所以，只要是支持Servlet的Web容器（比如，Tomcat、Jetty等），都支持过滤器功能。

过滤器请求流程

自定义filter

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>

添加过滤器非常方便，不需要修改任何代码，定义一个实现javax.servlet.Filter的类，再改改配置就搞定了，完全符合开闭原则.这是一个扩展性好的示例.

Servlet Filter中职责链的实现:

javax.servlet.Filter: 职责链业务声明接口,使用时需要用户自定义实现类,比如上的LogFilter
FilterChain: 职责链接口,抽象职责链定义.用于生成调用链,处理调用流程 ApplicationFilterChain: Tomcat提供的FilterChain的实现类.实现了Filter新增和调用流程定义

部分源码:

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);// 这里其实是递归调用链上的过滤器,因为this就是当前维护的filter链表.自定义Filter中需要执行'chain.doFilter(request, response);'进行放行,这又会再次执行该方法.实现链表上的过滤器依次执行
    } 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;
  }
}
  • Spring Interceptor

Spring Interceptor，翻译成中文就是拦截器。尽管英文单词和中文翻译都不同，但这两者基本上可以看作一个概念，都用来实现对HTTP请求进行拦截处理。

它们不同之处在于，Servlet Filter是Servlet规范的一部分，实现依赖于Web容器。Spring Interceptor是Spring MVC框架的一部分，由Spring MVC框架来提供实现。同时Interceptor的功能比Filter要更完善.

filter-servlet-interceptor流程

filter与Interceptor区别

filter基于filter接口中的doFilter回调函数(递归的实现)，interceptor则基于Java本身的反射机制；
filter是依赖于servlet容器的，没有servlet容器就无法回调doFilter方法，而interceptor与servlet无关；
filter的过滤范围比interceptor大，filter除了过滤请求外通过通配符可以保护页面、图片、文件等，而interceptor只能过滤请求，只对action起作用，在action之前开始，在action完成后结束（如被拦截，不执行action）；
在action的生命周期中，拦截器可以被多次调用，而过滤器只能在容器初始化时被调用一次。

Interceptor 与spring AOP的区别

spring Interceptor也是一种aop思想，我们这里面的spring AOP主要是讲aop应用，interceptor 的使用场合比aop小很多，顾名思义，它是拦截一些action请求，但是比aop使用起来简便；
程序执行的顺序是先进过滤器，再进拦截器，最后进切面；
Interceptor可以阻止代码执行下去，当preHandle返回false，那么这个请求就到此结束，真正的被拦截了，但是aop不能，它只是单纯的切入添加操作；

参考资料: spring中过滤器（filter）、拦截器（interceptor）和切面（aop）的执行顺序

实现:

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>

源码实现:

HandlerExecutionChain类是职责链模式中的处理器链。它的实现相较于Tomcat中的ApplicationFilterChain来说，逻辑更加清晰，不需要使用递归来实现，主要是因为它将请求和响应的拦截工作，拆分到了两个函数中实现。HandlerExecutionChain的源码如下所示，同样，我对代码也进行了一些简化，只保留了关键代码。

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);
    }
   }
  }
 }
}

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。模板模式+职责链模式是典型的实现组合.

问题

  • 如何实现自动handler注册.

1 注解
2 配置
3 spi

  • 鉴权、限流、日志可以通过代理模式,职责链模式中的filter,interceptor三种方式,如何具体判断该使用哪种模式实现?

核心是使用场景,代理是针对外部业务逻辑;职责链是当前业务流程;filter,interceptor的选择可以考虑自己的拦截范围来选择.