設計模式（九）

職責鏈模式（Chain of Responsibility）詳解

一、核心概念

職責鏈模式將請求的發送者和接收者解耦，使多個對象都有機會處理請求。這些對象連接成一條鏈，請求沿著鏈傳遞，直到有一個對象處理它為止。該模式允許動態調整處理者的順序或組合，增強系統靈活性。

核心組件：

  1. 抽象處理者（Handler）：定義處理請求的接口，包含對下一個處理者的引用。
  2. 具體處理者（Concrete Handler）：實現處理請求的方法，決定是否處理請求或將其傳遞給下一個處理者。
  3. 客戶端（Client）：將請求發送到鏈的起始處理者。
二、代碼示例：員工請假審批系統

場景：員工請假需要不同層級的領導審批（組長→經理→總監），根據請假天數自動選擇審批者。

#include <iostream>
#include <memory>// 請假請求
class LeaveRequest {
private:int days;std::string name;public:LeaveRequest(const std::string& name, int days) : name(name), days(days) {}int getDays() const { return days; }std::string getName() const { return name; }
};// 抽象處理者：領導
class Leader {
protected:std::shared_ptr<Leader> nextLeader;  // 指向下一個處理者public:virtual void setNextLeader(std::shared_ptr<Leader> leader) {nextLeader = leader;}virtual void handleRequest(const LeaveRequest& request) = 0;virtual ~Leader() = default;
};// 具體處理者：組長
class TeamLeader : public Leader {
public:void handleRequest(const LeaveRequest& request) override {if (request.getDays() <= 3) {std::cout << "組長批準" << request.getName() << "請假" << request.getDays() << "天" << std::endl;} else if (nextLeader) {std::cout << "組長無法處理，轉交上級..." << std::endl;nextLeader->handleRequest(request);} else {std::cout << "請假天數過長，無人處理" << std::endl;}}
};// 具體處理者：經理
class Manager : public Leader {
public:void handleRequest(const LeaveRequest& request) override {if (request.getDays() <= 7) {std::cout << "經理批準" << request.getName() << "請假" << request.getDays() << "天" << std::endl;} else if (nextLeader) {std::cout << "經理無法處理，轉交上級..." << std::endl;nextLeader->handleRequest(request);} else {std::cout << "請假天數過長，無人處理" << std::endl;}}
};// 具體處理者：總監
class Director : public Leader {
public:void handleRequest(const LeaveRequest& request) override {if (request.getDays() <= 15) {std::cout << "總監批準" << request.getName() << "請假" << request.getDays() << "天" << std::endl;} else {std::cout << "請假天數超過15天，拒絕批準" << std::endl;}}
};// 客戶端代碼
int main() {// 創建處理者auto teamLeader = std::make_shared<TeamLeader>();auto manager = std::make_shared<Manager>();auto director = std::make_shared<Director>();// 構建責任鏈teamLeader->setNextLeader(manager);manager->setNextLeader(director);// 提交請假請求LeaveRequest request1("張三", 2);teamLeader->handleRequest(request1);LeaveRequest request2("李四", 5);teamLeader->handleRequest(request2);LeaveRequest request3("王五", 10);teamLeader->handleRequest(request3);LeaveRequest request4("趙六", 20);teamLeader->handleRequest(request4);return 0;
}
三、職責鏈模式的優勢

  1. 解耦發送者和接收者：

    • 請求者無需知道哪個對象處理請求，只需將請求發送到鏈上。

  2. 動態組合處理者：

    • 可在運行時動態調整處理者的順序或組成。

  3. 簡化對象職責：

    • 每個處理者只需關注自己的職責，無需關心整條鏈的結構。

  4. 增強可擴展性：

    • 新增處理者只需實現接口并加入鏈中，無需修改現有代碼。
四、實現變種

  1. 純職責鏈 vs 不純職責鏈：

    • 純職責鏈：每個處理者要么處理請求，要么完全不處理（如示例）。
    • 不純職責鏈：處理者可部分處理請求后繼續傳遞（如日志過濾）。

  2. 動態鏈構建：

    • 通過配置文件或工廠動態構建責任鏈，適應不同場景。

  3. 并行鏈處理：

    • 多個處理者同時處理請求，返回首個成功的結果（如負載均衡）。
五、適用場景

  1. 多級審批系統：

    • 如請假、報銷等流程，根據金額或權限自動分配審批人。

  2. 事件處理系統：

    • 如GUI事件傳遞（按鈕點擊→容器→窗口）。

  3. 日志過濾系統：

    • 根據日志級別（INFO→WARN→ERROR）選擇處理方式。

  4. 請求攔截器：

    • 如Web應用中的過濾器鏈（身份驗證→日志記錄→權限檢查）。
六、注意事項

  1. 鏈的完整性：

    • 確保鏈的末端有默認處理者，避免請求無人處理。

  2. 性能問題：

    • 過長的鏈可能影響性能，需控制鏈的長度。

  3. 調試難度：

    • 鏈的動態性可能導致調試困難，需添加適當的日志。

  4. 與狀態模式的區別：

    • 職責鏈模式中處理者可自由決定是否傳遞請求；狀態模式中狀態轉移由上下文控制。

職責鏈模式通過將請求處理者組織成鏈，實現了請求發送者與接收者的解耦，使系統更具靈活性和可維護性。在需要動態處理請求或多級處理的場景中，該模式尤為適用。

中介者模式（Mediator Pattern）詳解

一、核心概念

中介者模式通過一個中介對象來封裝一系列對象間的交互，使各對象無需顯式引用彼此，從而降低耦合度。中介者負責協調對象間的通信，所有交互都通過中介者進行，而非對象直接調用。

核心組件：

  1. 抽象中介者（Mediator）：定義協調對象交互的接口。
  2. 具體中介者（Concrete Mediator）：實現中介者接口，維護對象引用并處理交互邏輯。
  3. 抽象同事類（Colleague）：定義同事對象的公共接口，持有中介者引用。
  4. 具體同事類（Concrete Colleague）：實現抽象同事類，通過中介者與其他同事通信。

沒有使用中介模式前是網狀結構，關系混亂

現在改為輻射狀，變為多對一

二、代碼示例：機場塔臺調度系統

場景：飛機降落和起飛需要塔臺協調，避免跑道沖突。飛機（同事）不直接通信，而是通過塔臺（中介者）調度。

#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>
#include <vector>// 前向聲明
class Tower;// 抽象同事類：飛機
class Aircraft {
protected:Tower* tower;std::string flightNumber;public:Aircraft(Tower* tower, const std::string& flightNumber) : tower(tower), flightNumber(flightNumber) {}virtual void requestLanding() = 0;virtual void confirmLanding() = 0;virtual std::string getFlightNumber() const = 0;virtual ~Aircraft() = default;
};// 抽象中介者：塔臺
class Tower {
public:virtual void registerAircraft(Aircraft* aircraft) = 0;virtual void handleLandingRequest(Aircraft* aircraft) = 0;virtual void clearRunway() = 0;virtual ~Tower() = default;
};// 具體同事類：客機
class PassengerAircraft : public Aircraft {
public:using Aircraft::Aircraft;  // 繼承構造函數void requestLanding() override {std::cout << "[" << flightNumber << "] 請求降落" << std::endl;tower->handleLandingRequest(this);}void confirmLanding() override {std::cout << "[" << flightNumber << "] 確認降落，跑道清空" << std::endl;}std::string getFlightNumber() const override { return flightNumber; }
};// 具體同事類：貨機
class CargoAircraft : public Aircraft {
public:using Aircraft::Aircraft;  // 繼承構造函數void requestLanding() override {std::cout << "[" << flightNumber << "] 請求降落" << std::endl;tower->handleLandingRequest(this);}void confirmLanding() override {std::cout << "[" << flightNumber << "] 確認降落，跑道清空" << std::endl;}std::string getFlightNumber() const override { return flightNumber; }
};// 具體中介者：控制塔臺
class ControlTower : public Tower {
private:std::vector<Aircraft*> aircrafts;bool runwayAvailable = true;public:void registerAircraft(Aircraft* aircraft) override {aircrafts.push_back(aircraft);std::cout << "塔臺已注冊航班: " << aircraft->getFlightNumber() << std::endl;}void handleLandingRequest(Aircraft* aircraft) override {if (runwayAvailable) {runwayAvailable = false;std::cout << "塔臺: 跑道可用，" << aircraft->getFlightNumber() << " 可以降落" << std::endl;aircraft->confirmLanding();} else {std::cout << "塔臺: 跑道繁忙，" << aircraft->getFlightNumber() << " 請等待" << std::endl;}}void clearRunway() override {runwayAvailable = true;std::cout << "塔臺: 跑道已清空，可以接受新降落請求" << std::endl;}
};// 客戶端代碼
int main() {auto tower = std::make_unique<ControlTower>();auto plane1 = std::make_unique<PassengerAircraft>(tower.get(), "CA1234");auto plane2 = std::make_unique<CargoAircraft>(tower.get(), "CZ5678");auto plane3 = std::make_unique<PassengerAircraft>(tower.get(), "MU9012");tower->registerAircraft(plane1.get());tower->registerAircraft(plane2.get());tower->registerAircraft(plane3.get());// 模擬多個飛機同時請求降落plane1->requestLanding();plane2->requestLanding();plane3->requestLanding();// 跑道清空后再次請求tower->clearRunway();plane2->requestLanding();return 0;
}
三、中介者模式的優勢

  1. 降低耦合度：

    • 對象間無需直接引用，所有交互通過中介者，減少依賴。

  2. 集中控制交互：

    • 中介者作為交互中心，便于統一管理和修改交互邏輯。

  3. 增強可擴展性：

    • 新增同事或修改交互邏輯只需調整中介者，無需修改所有同事類。

  4. 簡化對象設計：

    • 同事類只需關注自身業務邏輯，無需處理復雜的交互關系。
四、實現變種

  1. 事件總線（Event Bus）：

    • 中介者維護事件隊列，同事通過發布/訂閱機制通信（如Guava EventBus）。

  2. MVC模式中的Controller：

    • Controller作為View和Model的中介者，處理兩者間的交互。

  3. 分布式系統中的消息隊列：

    • 如RabbitMQ、Kafka作為服務間的中介者，實現解耦通信。
五、適用場景

  1. 對象間交互復雜：

    • 如GUI組件間的交互（按鈕、文本框、下拉菜單）。

  2. 網狀結構轉星型結構：

    • 將多對多關系轉化為一對多關系，如社交網絡中的好友關系。

  3. 系統模塊間松耦合：

    • 如電商系統中訂單、庫存、支付模塊的交互。

  4. 需要集中控制的場景：

    • 如多人游戲中的房間管理、交通調度系統。
六、注意事項

  1. 中介者復雜度：

    • 中介者可能變得過于龐大，需合理拆分功能或采用分層中介者。

  2. 單點故障風險：

    • 中介者作為核心組件，若出現故障可能影響整個系統。

  3. 性能開銷：

    • 所有交互通過中介者中轉，可能引入性能瓶頸。

  4. 與觀察者模式的區別：

    • 中介者模式中同事對象依賴中介者；觀察者模式中觀察者與被觀察對象松耦合。

中介者模式通過引入中介對象，將復雜的對象間交互集中管理，降低了系統耦合度，提高了可維護性。在需要控制對象間直接通信的場景中，該模式尤為有效。

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