设计模式-行为型模式

设计模式是对大家实际工作中写的各种代码进行高层次抽象的总结，其中最出名的当属 Gang of Four (GoF) 的分类了，他们将设计模式分类为 23 种经典的模式，根据用途我们又可以分为三大类，分别为创建型模式、结构型模式和行为型模式。

行为型模式（Behavioral Patterns）：主要用于描述对象之间的通信和责任分配，包括多个不同的模式，如“策略模式”、“模板方法模式”、“观察者模式”、“迭代器模式”、“职责链模式”、“命令模式”、“访问者模式”、“备忘录模式”和“解释器模式”等。这些模式通常用于实现不同的算法、流程和通信方式，以实现系统的更高灵活性和可维护性。

参考文章：

设计模式——模板模式

设计模式——观察者模式

设计模式——责任链模式

模板模式

基本介绍

• 模板方法模式（Template Method Pattern），又叫模板模式（Template Pattern），在一个抽象类公开定义了执行它的方法的模板。它的子类可以按需要重写方法实现，但调用将以抽象类中定义的方式进行
• 简单说，模板方法模式定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中，使得子类可以不改变一个算法的结构，就可以重定义该算法的某些特定步骤

实现方式：抽象类有一个模板方法和其他行为方法，模板方法按流程调用各行为方法（抽象或非抽象）；具体子类重写抽象的行为方法。

模板方法模式的角色和职责

• AbstractClass抽象类中实现了模板方法，定义了算法的骨架，具体子类需要去实现其抽象方法或重写其中方法

• ConcreteClass实现了抽象方法，已完成算法中特定子类的步骤

注意事项和细节

1. 基本思想：算法只存在于一个地方，也就是在父类中，容易修改。需要修改算法时，只要修改父类的模板方法或者已经实现的某些步骤，子类就会继承这些修改
2. 实现了最大化代码复用。父类的模板方法和已实现的某些步骤会被子类继承而直接使用
3. 既统一了算法，也提供了很大的灵活性。父类的模板方法确保了算法的结构保持不变，同时由子类提供部分步骤的实现
4. 不足之处：每一个不同的实现都需要一个子类实现，导致类的个数增加，使得系统更加庞大
5. 一般模板方法都加上final关键字，防止子类重写模板方法
6. 使用场景：当要完成在某个过程，该过程要执行一系列步骤，这一系列的步骤基本相同，但其个别步骤在实现时可能不同，通常考虑用模板方法模式来处理

模板模式解决豆浆制作问题

编写制作豆浆的程序，说明如下：

1. 制作豆浆的流程选材 → 添加配料 → 浸泡 → 放到豆浆机打碎
2. 通过添加不同的配料，可以制作出不同口味的豆浆
3. 选材、浸泡和放到豆浆机打碎这几个步骤是一个模板方法，对于制作每种口味的豆浆都是一样的
4. 请使用模板方法模式完成

说明：因为模板方法模式比较简单，很容易就想到这个方案，因此就直接使用，不再使用传统的方案来引出模板方法模式

// 抽象方法
public abstract class SoyaMilk {
    // 模板方法，定义为final禁止覆写
    public final void make() {
        System.out.println(">>>>>>豆浆制作开始<<<<<<");
        useSoyBean();
        addIngredients();
        soak();
        mash();
        System.out.println(">>>>>>豆浆制作结束<<<<<<");
    }
    // 同包可见、对其他包下的子类可见。
    protected void useSoyBean() {
        System.out.println("Step1. 选用上好的黄豆.");
    }
    // 添加原材料是抽象方法，因为不同豆浆原材料不一样
    protected abstract void addIngredients();
    protected void soak() {
        System.out.println("Step3. 对黄豆和配料进行水洗浸泡.");
    }
    protected void mash() {
        System.out.println("Step4. 将充分浸泡过的黄豆和配料放入豆浆机中，开始打豆浆.");
    }
}
// 花生豆浆
public class PeanutSoyaMilk extends SoyaMilk {
    public PeanutSoyaMilk() {
        System.out.println("============花生豆浆============");
    }
    @Override
    protected void addIngredients() { System.out.println("Step2. 加入上好的花生."); }
}
// 红豆豆浆
public class RedBeanSoyaMilk extends SoyaMilk {
    public RedBeanSoyaMilk() {
        System.out.println("============红豆豆浆============");
    }
    @Override
    protected void addIngredients() { System.out.println("Step2. 加入上好的红豆."); }
}
// 芝麻豆浆
public class SesameSoyaMilk extends SoyaMilk {
        public SesameSoyaMilk() {
        System.out.println("============芝麻豆浆============");
    }
    @Override
    protected void addIngredients() { System.out.println("Step2. 加入上好的芝麻."); }
}

客户端调用模板方法

SoyaMilk peanutSoyaMilk = new PeanutSoyaMilk();
peanutSoyaMilk.make();
SoyaMilk redBeanSoyaMilk = new RedBeanSoyaMilk();
redBeanSoyaMilk.make();
SoyaMilk sesameSoyaMilk = new SesameSoyaMilk();
sesameSoyaMilk.make();
/*
============花生豆浆============
>>>>>>豆浆制作开始<<<<<<
Step1. 选用上好的黄豆.
Step2. 加入上好的花生.
Step3. 对黄豆和配料进行水洗浸泡.
Step4. 将充分浸泡过的黄豆和配料放入豆浆机中，开始打豆浆.
>>>>>>豆浆制作结束<<<<<<
============红豆豆浆============
...
============芝麻豆浆============
...
*/

钩子方法

在模板方法模式的父类中，我们可以定义一个方法，它默认不做任何事，子类可以视情况要不要覆盖它，该方法称为“钩子”

用上面做豆浆的例子来讲解，比如，我们还希望制作纯豆浆，不添加任何的配料，请使用钩子方法对前面的模板方法进行改造

抽象类和具体类

// 抽象模板类
public abstract class SoyaMilk {
    // 模板方法
    public final void make() {
        // ...
        // 如果钩子方法决定加配料，就加配料；否则不执行加配料操作。
        if (customAddIngredients()) {
            addIngredients();
        }
        // ...
    }
    // 钩子方法，决定是否需要添加配料。默认情况是加配料。
    boolean customAddIngredients() {
        return true;
    }
    // ...
}
// 纯豆浆
public class PureSoyaMilk extends SoyaMilk {
    public PureSoyaMilk() {
        System.out.println("============纯豆浆============");
    }
    @Override
    protected void addIngredients() {
        // 空实现即可
    }
    @Override
    protected Boolean customAddIngredients() {
        return false;
    }
}

客户端，测试钩子方法

SoyaMilk pureSoyaMilk = new PureSoyaMilk();
pureSoyaMilk.make();
/*
============纯豆浆============
>>>>>>豆浆制作开始<<<<<<
Step1. 选用上好的黄豆.
Step3. 对黄豆和配料进行水洗浸泡.
Step4. 将充分浸泡过的黄豆和配料放入豆浆机中，开始打豆浆.
>>>>>>豆浆制作结束<<<<<<
*/

Spring 框架AbstractApplicationContext抽象类

AbstractApplicationContext.java中有一个refresh()方法就是模板方法，它用于根据流程调用aop代理创建、bean生命周期初始化、属性注入等启动并初始化Spring应用上下文的方法。

AbstractApplicationContext抽象类是ApplicationContext接口的一种默认实现，提供了一些通用的应用上下文功能，同时也为其他具体的应用上下文实现类提供了一些可扩展的方法。

应用上下文：负责管理各种bean以及它们之间的关系，并对它们进行生命周期的管理。

// 模板方法
public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
    synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
        prepareRefresh();
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();
        prepareBeanFactory(beanFactory);
        try {
            postProcessBeanFactory(beanFactory);     // 钩子方法
            invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
            registerBeanPostProcessors(beanFactory);
            initMessageSource();
            initApplicationEventMulticaster();
            onRefresh();                             // 钩子方法
            registerListeners();
            finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
            finishRefresh();
        }
        catch (BeansException ex) {
            if (logger.isWarnEnabled()) {
                logger.warn("Exception encountered during context initialization - " +
                            "cancelling refresh attempt: " + ex);
            }
            destroyBeans();
            cancelRefresh(ex);
            throw ex;
        }
        finally {
            resetCommonCaches();
        }
    }
}
protected ConfigurableListableBeanFactory obtainFreshBeanFactory() {
    refreshBeanFactory(); // 抽象方法
    ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = getBeanFactory(); // 抽象方法
    if (logger.isDebugEnabled()) {
        logger.debug("Bean factory for " + getDisplayName() + ": " + beanFactory);
    }
    return beanFactory;
}
protected void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {}
protected void onRefresh() throws BeansException {
    // For subclasses: do nothing by default.
}

JUC包下的AQS抽象队列同步器

AQS是基于模板方法模式进行设计的。锁的实现类需要继承AQS并重写它指定的方法。

AQS的模板方法将“管理同步状态的逻辑”提炼出来形成标准流程，这些方法主要包括：独占式获取同步状态、独占式释放同步状态、共享式获取同步状态、共享式释放同步状态。

AQS（AbstractQueuedSynchronizer抽象队列同步器）：

AQS是实现锁或者其他同步器（用于协调线程之间对共享资源的访问）的核心框架。AQS是一个抽象类，在JUC.locks包下，它通过内部的状态变量和同步队列来实现线程的同步（允许多个线程协作共享访问共享资源）。很多锁和同步器都是基于AQS实现的。ReentrantLock，ThreadPoolExecutor，CountDownLatch等都是基于AQS实现。

• ReentrantLock：可重入锁，同一个线程在持有锁的情况下，可以重复地获取该锁，无需等待，只需记录重入次数。能防止死锁，因为不用线程自己等待自己释放锁。是Lock接口的实现类。可以通过构造参数true或false指定公平锁或非公平锁，可以通过newCondition()方法创建多个Condition对象分组唤醒等待线程。

  • 公平锁：按加锁顺序获取锁。线程竞争锁时判断AQS队列里有没有等待线程，有就加入队尾。

  • 非公平锁（默认）：可能某个线程会不断获取锁，牺牲公平的情况下提高了效率。不管AQS队列里有没有等待线程，都会先尝试获取锁；如果抢占不到，再加入队尾。如果线程刚好在上个线程释放时拿到锁，就不用像公平锁那样还要阻塞等待、放队尾、唤醒，这些操作涉及到对内核的切换，对性能有影响。

  • Condition对象：用于线程间通信，通过await()和signal(),signalAll()让线程等待或唤醒。通常用lock锁创建Condition对象，即lock.newCondition();

• CountDownLatch：计数器，它允许一个或多个线程等待其他线程完成操作后再执行。countDown()方法让计数器减一，await()方法阻塞当前线程直到计数器减为0。

• ThreadPoolExecutor。

state变量和等待队列：

• state变量：在AQS中，volatile类型的state变量表示锁的状态，通过CAS原子操作这个状态变量来保证线程安全。初始是0，代表没拿到锁，1代表拿到锁。
• 同步队列：在AQS中，FIFO（先入先出）队列用来管理等待锁的线程，队列每个节点记录等待锁的线程的地址、状态、等待锁的条件。先入先出确保同步器的公平性，也就是先等待的线程先获得锁。队列底层是双向链表。

实现线程同步的原理：线程通过CAS原子性修改state变量，修改成功则获得锁，失败则插入队尾等待。

基于模板方法：AQS是基于模板方法模式进行设计的。锁的实现类需要继承AQS并重写它指定的方法。

模板方法：抽象类有一个模板方法和其他行为方法，模板方法按流程调用各行为方法（抽象或非抽象）；具体子类重写抽象的行为方法。

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观察者模式

天气预报需求

具体要求如下：

1. 气象站可以将每天测量到的温度，湿度，气压等等以公告的形式发布出去（比如发布到自己的网站或第三方）
2. 需要设计开放型 API，便于其他第三方也能接入气象站获取数据
3. 提供温度、气压和湿度的接口
4. 测量数据更新时，要能实时的通知给第三方

天气预报需求方案之普通方案

WeatherData类

通过对气象站项目的分析，我们可以初步设计出一个天气数据类WeatherData类

1. 通过getXxx方法，可以让第三方接入，并得到相关信息
2. 当数据有更新时，气象站通过调用dataChange()去更新数据，当第三方再次获取时，就能得到最新数据，当然也可以推送

CurrentConditions（当前的天气情况）可以理解成是我们气象局的网站

代码示例

// 当前的天气情况：可以理解成是气象局的网站
// 当前天气状况类，即气象网，用于展示天气数据
public class CurrentConditions {
    private Float temperature;
    private Float pressure;
    private Float humidity;
    // 更新天气情况，通过推送的方式，由 WeatherData 调用
    public void update(Float temperature, Float pressure, Float humidity) {
        // 更新最新天气数据
        this.temperature = temperature;
        this.pressure = pressure;
        this.humidity = humidity;
        // 展示最新天气数据
        display();
    }
    // 公告板展示天气情况
    public void display() {
        System.out.println("============最新天气============");
        System.out.println("*** 当前温度：" + this.temperature + " ℃ ***");
        System.out.println("*** 当前气压：" + this.pressure + " kPa ***");
        System.out.println("*** 当前湿度：" + this.humidity + " %RH ***");
    }
}
// 天气数据类
// 包含最新的天气信息情况，含有 CurrentConditions 对象，当数据更新时，主动调用 CurrentConditions 的 update() 方法
public class WeatherData {
    private Float temperature;
    private Float pressure;
    private Float humidity;
    private CurrentConditions conditions;
    // 传入 CurrentConditions 对象
    public WeatherData(CurrentConditions conditions) {
        this.conditions = conditions;
    }
    // temperature, pressure, humidity getter
    
    // 推送天气数据到网站
    public void dataChange() {
        conditions.update(getTemperature(), getPressure(), getHumidity());
    }
    // 当天气数据发生变化时进行更新
    public void setData(Float temperature, Float pressure, Float humidity) {
        this.temperature = temperature;
        this.pressure = pressure;
        this.humidity = humidity;
        dataChange();
    }
}

客户端调用

// 创建气象网站对象
CurrentConditions currentConditions = new CurrentConditions();
// 创建气象数据对象，并传入气象网站对象
WeatherData weatherData = new WeatherData(currentConditions);
// 天气发生变化时，更新最新的气象数据
weatherData.setData(10f, 150f, 40f);
//weatherData.setData(15f, 130f, 60f);
//weatherData.setData(13f, 160f, 20f);
// 结果输出
/*
============最新天气============
*** 当前温度：10.0 ℃ ***
*** 当前气压：150.0 kPa ***
*** 当前湿度：40.0 %RH ***
============最新天气============
*** 当前温度：15.0 ℃ ***
*** 当前气压：130.0 kPa ***
*** 当前湿度：60.0 %RH ***
============最新天气============
*** 当前温度：13.0 ℃ ***
*** 当前气压：160.0 kPa ***
*** 当前湿度：20.0 %RH ***
*/

问题分析

1. 其他第三方接入气象站获取数据的问题
2. 无法在运行时动态的添加第三方（如xx网站）
3. 违反OCP原则 => 观察者模式

在WeatherData中增加第三方时，都需要创建对应的第三方公台板对象并加入到dataChange()方法中，既不是动态加入，也不利于维护

观察者模式介绍

观察者模式是一种行为型设计模式（用于描述对象之间的通信和责任分配），它定义了对象之间一对多的依赖关系，使得当主题对象状态发生改变时，所有依赖于它的观察者对象都能够得到通知并自动更新。该模式的核心是抽象对象与观察者之间的耦合度达到了最小化，从而使系统更加灵活且易于扩展。

实现方法：

1. 主题对象实现主题接口的注册、移除、通知方法，并管理资源和观察者列表；
2. 观察者对象实现观察者接口的更新方法，并管理资源；
3. 主题对象通知方法：遍历观察者列表执行更新方法。

在观察者模式中，主题对象（也称为被观察者）维护一个观察者列表，并提供方法用于添加、删除和通知观察者。当主题状态发生改变时，它会遍历观察者列表并调用每个观察者的更新方法，从而通知它们状态已经改变。

• 主题接口：有注册、移除和通知功能；
• 主题实现类：实现主题接口，管理资源和观察者列表；
• 观察者接口：发起更新资源请求；
• 观察者实现类：发起更新资源请求、使用资源

优点：

1. 降低了对象之间的耦合度，因为主题对象不需要知道观察者的具体实现，只需要知道观察者实现了一个特定接口即可。
2. 可以动态扩展观察者列表，方便灵活。
3. 实现了对象之间的一对多依赖关系，提高了系统的可维护性和可重用性。遵守了ocp原则（开闭原则：对扩展开放，对修改关闭）。

缺点：

1. 当观察者过多时，通知过程需要花费较多的时间，会影响系统的性能。
2. 如果观察者与主题对象之间存在循环依赖，可能会出现死循环。

观察者模式在Java中的应用非常广泛，例如Swing中的Listener、Servlet中的Listener、Spring中的事件监听、JDK的Observable等等。

观察者模式优化天气预报案例

Subject接口：主体接口，有注册、移除和通知功能；

WeatherData类：主体实现类，实现Subject接口，聚合观察者列表，管理天气信息和观察者列表；

Observer接口：观察者接口，发起更新天气信息请求；

CurrentCondition类：观察者实现类，发起更新天气信息请求和使用天气

主题Subject

// 主体对象接口，有注册、移除和通知功能；
public interface Subject {
    void registerObserver(Observer o);    // 注册某观察者
    void removeObserver(Observer o);    // 移除某观察者
    void notifyObservers();                // 通知
}
// 主体对象实现，聚合观察者列表，管理天气信息和观察者列表；
public class WeatherData implements Subject {
    private Float temperature;
    private Float pressure;
    private Float humidity;
    private List<Observer> observerList;
 
    public WeatherData() {
        observerList = new ArrayList<>();
    }
    // temperature, pressure, humidity getter
    
    // 推送天气数据到网站
    public void dataChange() {
        notifyObservers();
    }
    // 当天气数据发生变化时进行更新
    public void setData(Float temperature, Float pressure, Float humidity) {
        this.temperature = temperature;
        this.pressure = pressure;
        this.humidity = humidity;
        dataChange();
    }
    // 注册某观察者
    @Override
    public void registerObserver(Observer o) {
        observerList.add(o);
    }
    // 移除某观察者
    @Override
    public void removeObserver(Observer o) {
        if(o!= null && observerList.contains(o)) {
            observerList.remove(o);
        }
    }
    // 通知
    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observerList) {
            observer.update(temperature, pressure, humidity);
        }
    }
}

观察者对象Observer

// 观察者接口，发起更新天气信息请求；
public interface Observer {
    void update(Float temperature, Float pressure, Float humidity);
}
// 观察者实现，发起更新天气信息请求和使用天气
public class CurrentConditions implements Observer {
    private Float temperature;
    private Float pressure;
    private Float humidity;
    @Override
    public void update(Float temperature, Float pressure, Float humidity) {
        // 更新最新天气数据
        this.temperature = temperature;
        this.pressure = pressure;
        this.humidity = humidity;
        // 展示最新天气数据
        display();
    }
    // 公告板展示天气情况
    public void display() {
        System.out.println("============最新天气============");
        System.out.println("*** 当前温度：" + this.temperature + " ℃ ***");
        System.out.println("*** 当前气压：" + this.pressure + " kPa ***");
        System.out.println("*** 当前湿度：" + this.humidity + " %RH ***");
    }
}

调用测试

// 创建气象网站对象
CurrentConditions currentConditions = new CurrentConditions();
// 创建气象数据对象
WeatherData weatherData = new WeatherData();
// 注册气象网站对象
weatherData.registerObserver(currentConditions);
// 天气发生变化时，更新最新的气象数据
weatherData.setData(10f, 150f, 40f);
//============最新天气============
//*** 当前温度：10.0 ℃ ***
//*** 当前气压：150.0 kPa ***
//*** 当前湿度：40.0 %RH ***

观察者模式的好处

• 观察者模式设计后，会以集合的方式来管理用户Observer，包括注册、移除和通知
• 这样增加观察者（新的公告板）时，就不需要去修改核心类WeatherData不会修改代码，遵守了 OCP 原则（开闭原则）

新增SinaWebSite和BaiDuWebSite两个三方网站，接口气象局。此时三方只需实现相应接口即可，WeatherData不需要有任何的改变

// 新增的三方观察者对象——新浪网
public class SinaWebSite implements Observer {
    private Float temperature;
    private Float pressure;
    private Float humidity;
    // 更新天气情况，通过推送的方式，由 WeatherData 调用
    @Override
    public void update(Float temperature, Float pressure, Float humidity) {
        // 更新最新天气数据
        this.temperature = temperature;
        this.pressure = pressure;
        this.humidity = humidity;
        // 展示最新天气数据
        display();
    }
    // 公告板展示天气情况
    public void display() {
        System.out.println("============新浪网-最新天气============");
        System.out.println("*** 新浪网-当前温度：" + this.temperature + " ℃ ***");
        System.out.println("*** 新浪网-当前气压：" + this.pressure + " kPa ***");
        System.out.println("*** 新浪网-当前湿度：" + this.humidity + " %RH ***");
    }
}
// 新增的三方观察者对象——百度网
public class BaiDuWebSite implements Observer {
    private Float temperature;
    private Float pressure;
    private Float humidity;
 
    // 更新天气情况，通过推送的方式，由 WeatherData 调用
    @Override
    public void update(Float temperature, Float pressure, Float humidity) {
        // 更新最新天气数据
        this.temperature = temperature;
        this.pressure = pressure;
        this.humidity = humidity;
        // 展示最新天气数据
        display();
    }
 
    // 公告板展示天气情况
    public void display() {
        System.out.println("============百度网-最新天气============");
        System.out.println("*** 百度网-当前温度：" + this.temperature + " ℃ ***");
        System.out.println("*** 百度网-当前气压：" + this.pressure + " kPa ***");
        System.out.println("*** 百度网-当前湿度：" + this.humidity + " %RH ***");
    }
}

调用测试

// 新增三方气象网站，只需注册即可
weatherData.registerObserver(new SinaWebSite());
weatherData.registerObserver(new BaiDuWebSite());
// 天气发生变化时，更新最新的气象数据
weatherData.setData(15f, 120f, 80f);
//============最新天气============
//*** 当前温度：15.0 ℃ ***
//*** 当前气压：120.0 kPa ***
//*** 当前湿度：80.0 %RH ***
//============新浪网-最新天气============
//*** 新浪网-当前温度：15.0 ℃ ***
//*** 新浪网-当前气压：120.0 kPa ***
//*** 新浪网-当前湿度：80.0 %RH ***
//============百度网-最新天气============
//*** 百度网-当前温度：15.0 ℃ ***
//*** 百度网-当前气压：120.0 kPa ***
//*** 百度网-当前湿度：80.0 %RH ***

当三方网站不再需要时，只要做相应的移除即可

// 移除气象网站
weatherData.removeObserver(currentConditions);
weatherData.setData(20f, 160f, 30f);
//============新浪网-最新天气============
//*** 新浪网-当前温度：20.0 ℃ ***
//*** 新浪网-当前气压：160.0 kPa ***
//*** 新浪网-当前湿度：30.0 %RH ***
//============百度网-最新天气============
//*** 百度网-当前温度：20.0 ℃ ***
//*** 百度网-当前气压：160.0 kPa ***
//*** 百度网-当前湿度：30.0 %RH ***

JDK 的Observable类和Observer类

JDK提供观察者模式基础功能的主题抽象类和观察者接口：

Observable抽象类

JDK中的Observable抽象类可作为实现观察者模式的一种工具，用于构建主题（被观察者）对象，并且可将多个观察者对象添加到主题。主题发生变化时，调用Observable类的notifyObservers()方法，可以通知所有观察者对象进行更新，从而实现一对多依赖关系。

Observable类的主要作用是简化观察者模式的实现过程，将观察者模式的基础部分已经实现，程序员只需要编写具体的业务逻辑即可。addObserver()、deleteObserver()和notifyObservers()。

但需要注意，JDK中的Observable类并不是非常灵活和易于扩展，它只提供了简单的实现方式。因此，在实际的项目中有时会采用其他方案实现观察者模式，例如使用事件模型、Spring框架中的ApplicationEvent等。

总之，JDK中的Observable类可以作为一种工具来支持观察者模式的实现，它简化了观察者模式的编写，提高了代码的可读性和可维护性。但实际应用中需要根据实际情况选择最适合的实现方案。

Observer类

Observer即观察者接口，具有update()方法

public class Observable {
    private boolean changed = false;
    private Vector<Observer> obs = new Vector();
    public Observable() {}
    public synchronized void addObserver(Observer var1) {
        if (var1 == null) {
            throw new NullPointerException();
        } else {
            if (!this.obs.contains(var1)) {
                this.obs.addElement(var1);
            }
 
        }
    }
    public synchronized void deleteObserver(Observer var1) {
        this.obs.removeElement(var1);
    }
    public void notifyObservers() {
        this.notifyObservers((Object)null);
    }
    //...
}
public interface Observer {
    void update(Observable o, Object arg);
}

---

责任链模式

责任链模式类似一个链表，每个具体处理人层层判断对请求的处理权限，没权限的话把请求交给下一个具体处理人。

抽象处理人：成员变量是资源和下一个抽象处理人，通过setNext()设置下一个抽象处理人（后面会多态形式传参具体处理人），通过process()方法处理资源。

具体处理人：层层判断处理权限，没权限的话把请求交给下一个具体处理人，有权限就process()方法处理资源。

测试方法：创建每个具体处理人对象，通过setNext()按处理人权限把每个对象串起来。

传统方案，OA系统的采购审批项目

学校 OA 系统的采购审批项目，需求是

1. 采购员采购教学器材

2. 如果金额小于等于 5000，由教学主任审批（0 < x ≤ 5000）

3. 如果金额小于等于 10000，由院长审批（5000 < x ≤ 10000）

4. 如果金额小于等于 30000，由副校长审批（10000< x ≤ 30000）

5. 如果金额超过 30000 以上，有校长审批（30000 < x）

传统方案解决 OA 系统审批问题分析

传统方式是：接收到一个采购请求后，根据采购金额来调用对应的Approver（审批人）完成审批

传统方式的问题分析：客户端这里会使用到分支判断（比如switch）来对不同的采购请求处理，这样就存在如下问题

1. 如果各个级别的人员审批金额发生变化，在客户端的也需要变化
2. 客户端必须明确的知道有多少个审批级别和访问

这样对一个采购请求进行处理和Approver（审批人）就存在强耦合关系，不利于代码的扩展和维护

解决方案：职责链模式

职责链模式基本介绍

职责链模式（Chain of Responsibility Pattern），又叫责任链模式：为请求创建了一个接收者对象的链。

1. 这种模式对请求的发送者和接收者进行解耦
2. 职责链模式通常每个接收者都包含对另一个接收者的引用。如果一个对象不能处理该请求，那么它会把相同的请求传给下一个接收者，依此类推。如果最后接收者也无法处理，就返回“无法处理”，或者抛出异常。

原理类图

职责链模式使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系

将这个对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它为止。

• Handler抽象处理者：是一个抽象类或接口，里面包含一个处理请求的抽象方法，和另外一个Handler作为成员变量。Handler依赖请求，客户端把请求发给Handler。上面案例里每个审批者抽象的接口是Handler。
• ConcreteHandler具体处理者：是Handler的实现类，处理自己负责的请求，同时可以访问它的后继者（即下一个处理者） ；如果可以处理请求，则进行处理，否则交给后继者去处理，从而形成一个职责链。上面案例里每个审批者都是一个具体处理者。
• Request请求：含有很多属性，表示一个请求。上面案例里采购员采购是一个请求。

注意事项和细节

• 将请求和处理分开，实现解耦，提高系统的灵活性
• 简化了对象，使对象不需要知道链的结构，对象自己不知道下一个结点是谁（迪米特法则/最少知道原则）
• 性能会受到影响，特别是在链比较长的时候，因此需控制链中最大节点数量，一般通过在Handler中设置一个最大节点数量，在setNext()方法中判断是否已经超过阀值，超过则不允许该链建立，避免出现超长链无意识地破坏系统性能
• 调试不方便。采用了类似递归的方式，调试时逻辑可能比较复杂
• 最佳应用场景：有多个对象可以处理同一个请求时，比如：多级请求、请假 / 加薪等审批流程、Java Web 中 Tomcat 对Encoding的处理、拦截器

职责链模式解决 OA 系统采购审批项目

购买请求类：有id和价格两个成员变量。

// 采购申请类
public class PurchaseRequest {
    private Integer id;
    private Float price;
    public PurchaseRequest(Integer id, Float price) {
        this.id = id;
        this.price = price;
    }
     // id,price getter
}

抽象审批人类：成员变量有姓名和下一个抽象审批人，方法有处理请求。

// 抽象审批人对象
public abstract class Approver {
    protected Approver nextApprover;
    protected String name;
    public Approver(String name) {
        this.name = name;
    }
    // 设置后继者,@param nextApprover
    public void setNextApprover(Approver nextApprover) {
        this.nextApprover = nextApprover;
    }
    // 处理请求的方法
    public abstract void processRequest(PurchaseRequest purchaseRequest);
}

具体审批人对象：主任、院长等具体审批人，继承抽象审批人，实现处理请求的方法，如果请求中金额自己能审批则审批，如果金额不能审批则把请求交给下一个具体人。

// 教学主任审批人
public class TeachDirectorApprover extends Approver {
    public TeachDirectorApprover(String name) {
        super(name);
    }
 
    @Override
    public void processRequest(PurchaseRequest purchaseRequest) {
        if (purchaseRequest.getPrice() <= 5000) {
            System.out.println("请求编号：" + purchaseRequest.getId() + "，处理人：" + this.name);
        } else {
            nextApprover.processRequest(purchaseRequest);
        }
    }
}
// 院长审批人
public class DepartmentHeadApprover extends Approver {
    public DepartmentHeadApprover(String name) {
        super(name);
    }
 
    @Override
    public void processRequest(PurchaseRequest purchaseRequest) {
        if (purchaseRequest.getPrice() > 5000 && purchaseRequest.getPrice() <= 10000) {
            System.out.println("请求编号：" + purchaseRequest.getId() + "，处理人：" + this.name);
        } else {
            nextApprover.processRequest(purchaseRequest);
        }
    }
}
// 副校长审批人
public class ViceChancellorApprover extends Approver {
    public ViceChancellorApprover(String name) {
        super(name);
    }
    @Override
    public void processRequest(PurchaseRequest purchaseRequest) {
        if (purchaseRequest.getPrice() > 10000 && purchaseRequest.getPrice() <= 30000) {
            System.out.println("请求编号：" + purchaseRequest.getId() + "，处理人：" + this.name);
        } else {
            nextApprover.processRequest(purchaseRequest);
        }
    }
}
// 校长审批人
public class ChancellorApprover extends Approver {
    public ChancellorApprover(String name) {
        super(name);
    }
    @Override
    public void processRequest(PurchaseRequest purchaseRequest) {
        if (purchaseRequest.getPrice() > 30000) {
            System.out.println("请求编号：" + purchaseRequest.getId() + "，处理人：" + this.name);
        } else {
            nextApprover.processRequest(purchaseRequest);
        }
    }
}

测试代码

// 创建一个请求。id是1，价格是31000.0f
PurchaseRequest purchaseRequest = new PurchaseRequest(1, 31000.0f);
 
// 创建相关的审批人
TeachDirectorApprover teachDirectorApprover = new TeachDirectorApprover("童主任");
DepartmentHeadApprover departmentHeadApprover = new DepartmentHeadApprover("王院长");
ViceChancellorApprover viceChancellorApprover = new ViceChancellorApprover("钱副校长");
ChancellorApprover chancellorApprover = new ChancellorApprover("郑校长");
 
// 设置后继者（处理人形成环形）
teachDirectorApprover.setNextApprover(departmentHeadApprover);
departmentHeadApprover.setNextApprover(viceChancellorApprover);
viceChancellorApprover.setNextApprover(chancellorApprover);
chancellorApprover.setNextApprover(teachDirectorApprover);
 
// 发起一个请求
teachDirectorApprover.processRequest(purchaseRequest); // 请求编号：1，处理人：郑校长

职责链模式在 SpringMVC 框架应用的源码分析

SpringMVC中HandlerExecutionChain类就使用到了职责链模式

首先，需要回顾下SpringMVC基本的请求流程，如下图所示

首先，当用户会发起一个request请求到后台，这个request请求首先会经过DispatcherServlet，DispatcherServlet对象首先会遍历接收到的HandlerMapping集合，然后再找到对应的HandlerMapping集合，并得到HandlerExecutionChain对象。这个HandlerExecutionChain对象内部包含了一些拦截器。拿到HandlerInterceptor拦截器过后，有以下几个操作

• 首先会调用HandlerInterceptor中的preHandle()方法

• 然后会调用HandlerInterceptor中的postHandle()方法

• 最后会调用HandlerInterceptor中的afterCompletion()方法

现在对SpringMVC进行源码分析，首先需要引入SpringMVC相关依赖

<properties>
    <maven.compiler.source>8</maven.compiler.source>
    <maven.compiler.target>8</maven.compiler.target>
    <org.springframework.version>4.3.7.RELEASE</org.springframework.version>
</properties>
<dependency>
    <groupId>org.springframework</groupId>
    <artifactId>spring-core</artifactId>
    <version>${org.springframework.version}</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework</groupId>
    <artifactId>spring-beans</artifactId>
    <version>${org.springframework.version}</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework</groupId>
    <artifactId>spring-context</artifactId>
    <version>${org.springframework.version}</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework</groupId>
    <artifactId>spring-web</artifactId>
    <version>${org.springframework.version}</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework</groupId>
    <artifactId>spring-webmvc</artifactId>
    <version>${org.springframework.version}</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework</groupId>
    <artifactId>spring-expression</artifactId>
    <version>${org.springframework.version}</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>javax.servlet</groupId>
    <artifactId>servlet-api</artifactId>
    <version>2.5</version>
    <scope>provided</scope>
</dependency>

接下来，探究其如何调用HandlerInterceptor拦截器中的这三个方法

1. 在DispatcherServlet中找到doDispatch()方法，发现该方法中定义了一个HandlerExecutionChain对象

   源码分析mappedHandler是如何调用preHandle()、postHandle()和afterCompletion()三个方法：

   if(!mappedHandler.applyPreHandle(processedRequest, response)){
       return;
   }
   // Actually invoke the handler.
   mv = ha.handle(processedRequest, response, mappedHandler.getHandler());
   if(asyncManager.isConcurrentHandlingStarted()){
       return;
   }
   applyDefaultViewName(processedRequest，mv);
   mappedHandler.applyPostHandle(processedRequest,response, mv);

   在后续的代码逻辑中，调用了getHandler()方法，接收一个processedRequest请求对象作为参数，得到初始化的HandlerExecutionChain对象

   try {
       processedRequest =checkMultipart(request);
       multipartRequestParsed =(processedRequest !=request);
       // Determine handler for the current request
       mappedHandler = getHandler(processedRequest);
       if (mappedHandler == nulll mappedHandler.getHandler()== null) {
           noHandlerFound(processedRequest,response);return;
       }
       // ...
   }

   最终找到两段代码，很像上述所说的preHandle()和postHandle()两个方法

   if (!mappedHandler.applyPreHandle(processedRequest, response)) {
       return;
   }
   mappedHandler.applyPostHandle(processedRequest, response, mv);

   首先会执行mappedHandler的applyPreHandle()方法：如果返回为false，则判断成立，后续代码不再执行；否则继续往下执行，调用mappedHandler的applyPostHandle()方法

2. 先看下applyPreHandle()方法的源码

   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;
            }
            this.interceptorIndex = i;
        }
    }
    return true;
   }

   applyPreHandle方法内部首先会拿到一组interceptors拦截器，当拦截器数组不为空时，进行如下处理：

   • 首先对interceptors拦截器进行了for循环遍历，拿到每一个具体的interceptor拦截器
   • 接着调用了interceptor的preHandle()方法，如果返回false，则执行triggerAfterCompletion()方法并进行return，此方法结束；否则继续执行相关处理

3. 接着看下triggerAfterCompletion()方法的源码

   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);
               }
           }
       }
   }

   其中逻辑跟applyPreHandle()方法很相似：先对一组interceptors拦截器进行遍历，再执行interceptor单个拦截器的afterCompletion()方法

4. 最后看下applyPostHandle()方法的源码

   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);
           }
       }
   }

   其中逻辑跟上述方法也基本一致：先对一组interceptors拦截器进行遍历，再执行interceptor单个拦截器的postHandle()方法。

总结

• SpringMVC请求的流程图中，执行了拦截器相关方法，如interceptor.preHandler()
• 在处理SpringMVC请求时，使用到职责链模式和适配器模式
• HandlerExecutionChain：主要负责请求拦截器的执行和请求处理，但是本身不处理请求，只是将请求分配给 链上注册处理器 执行。这是职责链实现方式，减少职责链本身与处理逻辑之间的耦合，规范了处理流程
• HandlerExecutionChain：维护了Handlerlnterceptor的集合，可以向其中注册相应的拦截器

职责链模式在Sentinel中的应用

责任链模式：sentinel在内部创建了一个责任链，责任链是由一系列ProcessorSlot接口的实现类组成的，每个ProcessorSlot对象负责不同的功能，外部请求想要访问资源需要责任链层层校验和处理。每个具体处理人有权限（例如配置过降级规则DegradeSlot有权限）则校验，没权限则交给下一个具体处理人。只有校验通过才可以访问资源，如果校验失败，会抛出BlockException异常。

校验顺序：降级、黑白名单、构建ClusterNode对象（统计QPS,RT等）、校验QPS,RT等、流控、打印日志

ProcessorSlot接口（抽象处理人）：是一个基于责任链模式的接口，定义了一个entry()方法，用于处理入口参数和出口参数的限流和降级逻辑；一个exit()方法，用于将权限交给下一个抽象处理人（实际会传参具体处理人）。

ProcessorSlot实现类（具体处理人）：

• DegradeSlot：用于服务降级。如果发现服务超时次数或者报错次数超过限制，DegradeSlot将禁止再次访问服务，等待一段时间后，DegradeSlot试探性的放过一个请求，然后根据该请求的处理情况，决定是否再次降级。
• AuthoritySlot：黑白名单校验，按照字符串匹配，如果在黑名单，则禁止访问。
• ClusterBuilderSlot：构建ClusterNode对象，该对象用于统计访问资源的QPS、线程数、异常、响应时间等，每个资源对应一个ClusterNode对象。
• SystemSlot：校验QPS、并发线程数、系统负载、CPU使用率、平均响应时间是否超过限制，使用滑动窗口算法统计上述数据。
• StatisticSlot：用于多维度（入口流量、调用者、当前被访问资源）统计响应时间、并发线程数、处理失败个数、处理成功个数等。
• FlowSlot：用于流控，可以根据QPS或者每秒并发线程数控制，当QPS或者并发线程数超过设定值，便会抛出FlowException异常。FlowSlot依赖于StatisticSlot的统计数据。
• NodeSelectorSlot：收集资源路径，并将这些资源的调用路径，以树状结构存储起来，用于根据调用路径来限流降级、数据统计。
• LogSlot：打印日志。