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设计模式（十四）行为型：职责链模式详解

网友: 技术文档 2025-07-30 10:35:18

设计模式（十四）行为型：职责链模式详解

职责链模式（Chain of Responsibility Pattern）是 GoF 23 种设计模式中的行为型模式之一，其核心价值在于将多个处理对象（处理器）连接成一条链，使请求沿着链传递，直到被某个处理器处理为止。它解耦了请求的发送者与接收者，允许动态地组织处理流程，提升系统的灵活性与可扩展性。职责链模式是实现“开闭原则”的典范，广泛应用于审批流程（请假、报销）、事件处理（GUI 事件分发）、日志系统（多级日志处理器）、中间件管道（如 Web 框架的过滤器链）、异常处理、权限校验等需要多级判断或顺序处理的场景，是构建可配置、可插拔业务流程的关键架构模式。

一、详细介绍

职责链模式解决的是“一个请求可能由多个对象处理，但具体由谁处理在运行时决定”的问题。在传统设计中，客户端需要显式判断由哪个对象处理请求，导致代码中充斥条件判断（if-else 或 switch），难以维护和扩展。当处理逻辑变更或新增处理器时，客户端代码必须修改。

职责链模式通过将多个处理器组织成一条链，客户端只需将请求发送给链的首节点，后续传递由处理器自行决定。每个处理器都持有对下一个处理器的引用（或通过外部容器管理），并在处理请求时：

  1. 判断自己是否能处理该请求；
  2. 若能处理，则执行业务逻辑并结束；
  3. 若不能处理，则将请求转发给链中的下一个处理器；
  4. 若链尾仍未处理，则可选择丢弃或抛出异常。

该模式包含以下核心角色：

  • Handler（抽象处理器）：定义处理请求的接口，通常包含一个方法（如 handleRequest()）和一个指向后继处理器的引用（successor）。可以是抽象类或接口。
  • ConcreteHandler（具体处理器）：实现 Handler 接口，包含具体的处理逻辑。它决定是否处理当前请求，若不处理则将请求转发给后继。
  • Client（客户端）：创建处理器链，并向链的首节点发送请求。客户端不关心具体由哪个处理器处理，也不依赖具体处理器类型。

职责链的组织方式有两种：

  1. 显式链（Explicit Chain）：每个处理器持有对下一个处理器的引用，形成链式结构。
  2. 中心化链（Centralized Chain）：由一个容器（如 Chain 类）管理处理器列表，按顺序调用。

职责链模式的关键优势：

  • 解耦请求发送者与接收者：客户端无需知道具体处理者。
  • 增强系统灵活性：可动态添加、删除或重排处理器。
  • 符合开闭原则：新增处理器无需修改现有代码。
  • 支持多种处理逻辑：可实现“首个匹配即处理”或“全部处理”等策略。

与“状态模式”相比，职责链关注请求的传递与处理，状态模式关注对象行为随状态改变；与“观察者模式”相比，职责链是单向链式传递，观察者是广播式通知；与“策略模式”相比，职责链允许多个策略顺序参与，策略模式是单一策略选择。

二、职责链模式的UML表示

以下是职责链模式的标准 UML 类图：

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图解说明：

  • Handler 定义处理接口和后继引用。
  • ConcreteHandlerA/B/C 实现具体处理逻辑，可选择处理请求或转发。
  • 处理器通过 setSuccessor() 构成链。
  • 客户端向链首发送请求，请求沿链传递。

三、一个简单的Java程序实例及其UML图

以下是一个公司请假审批系统的示例，展示不同级别的管理者对不同天数的请假请求进行审批。

Java 程序实例
// 请求类class LeaveRequest { private String employee; private int days; private String reason; public LeaveRequest(String employee, int days, String reason) { this.employee = employee; this.days = days; this.reason = reason; } // Getter 方法 public String getEmployee() { return employee; } public int getDays() { return days; } public String getReason() { return reason; } @Override public String toString() { return \"LeaveRequest{\" + \"employee=\'\" + employee + \'\\\'\' + \", days=\" + days + \", reason=\'\" + reason + \'\\\'\' + \'}\'; }}// 抽象处理器：审批者abstract class Approver { protected Approver successor; protected String name; protected String position; public Approver(String name, String position) { this.name = name; this.position = position; } public void setSuccessor(Approver successor) { this.successor = successor; } // 处理请求的抽象方法 public abstract void handleRequest(LeaveRequest request);}// 具体处理器：组长（可批1-3天）class TeamLeader extends Approver { public TeamLeader(String name) { super(name, \"Team Leader\"); } @Override public void handleRequest(LeaveRequest request) { if (request.getDays() <= 3) { System.out.println(\"✅ [\" + position + \" \" + name + \"] 批准了 \" + request.getEmployee() +  \" 的 \" + request.getDays() + \" 天请假申请。\"); } else if (successor != null) { System.out.println(\"⏭️ [\" + position + \" \" + name + \"] 无法处理，转交上级...\"); successor.handleRequest(request); } }}// 具体处理器：部门经理（可批4-7天）class DepartmentManager extends Approver { public DepartmentManager(String name) { super(name, \"Department Manager\"); } @Override public void handleRequest(LeaveRequest request) { if (request.getDays() <= 7) { System.out.println(\"✅ [\" + position + \" \" + name + \"] 批准了 \" + request.getEmployee() +  \" 的 \" + request.getDays() + \" 天请假申请。\"); } else if (successor != null) { System.out.println(\"⏭️ [\" + position + \" \" + name + \"] 无法处理，转交上级...\"); successor.handleRequest(request); } }}// 具体处理器：总经理（可批任意天数）class GeneralManager extends Approver { public GeneralManager(String name) { super(name, \"General Manager\"); } @Override public void handleRequest(LeaveRequest request) { System.out.println(\"✅ [\" + position + \" \" + name + \"] 特批了 \" + request.getEmployee() + \" 的 \" + request.getDays() + \" 天请假申请。\"); }}// 客户端使用示例public class ChainOfResponsibilityDemo { public static void main(String[] args) { System.out.println(\"🏢 公司请假审批系统 - 职责链模式示例\\n\"); // 创建处理器链 Approver teamLeader = new TeamLeader(\"张组长\"); Approver deptManager = new DepartmentManager(\"李经理\"); Approver gm = new GeneralManager(\"王总\"); // 构建链：组长 -> 部门经理 -> 总经理 teamLeader.setSuccessor(deptManager); deptManager.setSuccessor(gm); // 模拟不同请假请求 LeaveRequest req1 = new LeaveRequest(\"小明\", 2, \"感冒\"); LeaveRequest req2 = new LeaveRequest(\"小红\", 5, \"家庭事务\"); LeaveRequest req3 = new LeaveRequest(\"小刚\", 10, \"出国旅游\"); System.out.println(\"📝 处理请假请求:\"); teamLeader.handleRequest(req1); System.out.println(\"---\"); teamLeader.handleRequest(req2); System.out.println(\"---\"); teamLeader.handleRequest(req3); System.out.println(\"\\n💡 说明：请求沿链传递，直到被合适处理器处理。\"); System.out.println(\"🔧 可动态调整链结构，如新增总监层。\"); }}
实例对应的UML图（简化版）

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运行说明：

  • Approver 定义了处理链的结构和接口。
  • TeamLeader、DepartmentManager、GeneralManager 实现具体审批逻辑。
  • 请求从 teamLeader 开始，根据天数逐级传递。
  • 客户端只需将请求交给链首，无需关心处理细节。

四、总结

特性 说明 核心目的 解耦请求发送者与接收者，实现请求的动态处理 实现机制 构建处理器链，请求沿链传递直至被处理 优点 降低耦合、增强灵活性、支持动态配置、符合开闭原则 缺点 请求可能未被处理（需设计默认处理）、性能可能下降（链过长）、调试困难 适用场景 审批流程、事件处理、日志分级、过滤器链、异常处理、权限校验 不适用场景 处理逻辑简单、必须由特定对象处理、性能敏感且链过长

职责链模式使用建议：

  • 应确保链中有至少一个处理器能处理请求，避免“黑洞”。
  • 可引入“默认处理器”处理未匹配请求。
  • 支持运行时动态构建和修改链结构。
  • 在 Java 中，Servlet 的 FilterChain、Spring 的拦截器链是典型应用。

架构师洞见：
职责链模式是“流程可配置化”与“关注点分离”的高级体现。在现代架构中，其思想已演变为中间件管道、事件驱动架构和工作流引擎的核心。例如，在 Web 框架（如 Express、Koa）中，中间件链按顺序处理 HTTP 请求；在微服务中，API 网关的过滤器链执行认证、限流、日志等操作；在工作流引擎（如 Activiti）中，任务节点构成处理链；在前端框架中，事件冒泡机制本质是职责链。

未来趋势是：职责链将与低代码流程引擎深度融合，通过可视化拖拽构建处理链；在AI Agent 系统中，Agent 的“决策链”（Reasoning Chain）可视为职责链，每个步骤由不同工具或模型处理；在可观测性系统中，日志、指标、追踪数据将通过职责链进行分级处理与路由。

掌握职责链模式，有助于设计出灵活、可配置、易扩展的业务流程。作为架构师，应在涉及“多级判断”、“顺序处理”或“流程编排”的场景中主动引入职责链。职责链不仅是模式，更是流程治理的哲学——它提醒我们：真正的灵活性，来自于将“决策路径”从硬编码中解放出来，交由配置与链式逻辑动态决定。

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