责任链模式详解

在实际的软件开发中，我们经常会遇到这样的场景：一个请求需要经过多个处理者的处理，但我们不希望请求的发送者与接收者耦合在一起。责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）正是为了解决这类问题而诞生的。本文将深入讲解责任链模式的原理、实现方式以及在生产环境中的实际应用。责任链模式是一种行为型设计模式，它允许你将请求沿着处理者链进行传递，直到其中一个处理者对其进行处理。该

qq_41262225

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qq_41262225 · 2025-11-19 12:43:06 发布

前言

在实际的软件开发中，我们经常会遇到这样的场景：一个请求需要经过多个处理者的处理，但我们不希望请求的发送者与接收者耦合在一起。责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）正是为了解决这类问题而诞生的。本文将深入讲解责任链模式的原理、实现方式以及在生产环境中的实际应用。

一、什么是责任链模式

1.1 定义

责任链模式是一种行为型设计模式，它允许你将请求沿着处理者链进行传递，直到其中一个处理者对其进行处理。该模式将请求的发送者和接收者解耦，使多个对象都有机会处理这个请求。

1.2 核心思想

责任链模式的核心思想是：避免请求发送者与接收者耦合在一起，让多个对象都有可能接收请求，将这些对象连接成一条链，并且沿着这条链传递请求，直到有对象处理它为止。

1.3 模式结构（ASCII图）

┌─────────────┐
│   Client    │
└──────┬──────┘
       │
       │ request
       ▼
┌─────────────────┐
│    Handler      │◄──────────┐
├─────────────────┤           │
│+ setNext()      │           │
│+ handleRequest()│           │
└────────┬────────┘           │
         │                    │
         │                    │
    ┌────┴────────┐           │
    │             │           │
    ▼             ▼           │
┌─────────┐  ┌─────────┐     │
│Handler1 │  │Handler2 │     │
├─────────┤  ├─────────┤     │
│handle() │  │handle() │     │
└─────────┘  └─────────┘     │
     │                        │
     └────────────────────────┘
          next handler

1.4 角色说明

Handler（抽象处理者）：定义一个处理请求的接口，包含一个指向下一个处理者的引用
ConcreteHandler（具体处理者）：实现抽象处理者的处理方法，判断能否处理请求，如果可以则处理，否则转发给下一个处理者
Client（客户端）：创建并组装责任链，向链上的第一个处理者发送请求

二、责任链模式的实现

2.1 基础实现

首先，我们来看一个简单的责任链模式实现：

/**
 * 抽象处理者
 */
public abstract class Handler {
    protected Handler nextHandler;

    /**
     * 设置下一个处理者
     */
    public void setNextHandler(Handler nextHandler) {
        this.nextHandler = nextHandler;
    }

    /**
     * 处理请求的抽象方法
     */
    public abstract void handleRequest(String request);
}

/**
 * 具体处理者A
 */
public class ConcreteHandlerA extends Handler {

    @Override
    public void handleRequest(String request) {
        if (request.equals("A")) {
            System.out.println("ConcreteHandlerA 处理请求: " + request);
        } else if (nextHandler != null) {
            // 传递给下一个处理者
            nextHandler.handleRequest(request);
        } else {
            System.out.println("没有处理者能够处理该请求");
        }
    }
}

/**
 * 具体处理者B
 */
public class ConcreteHandlerB extends Handler {

    @Override
    public void handleRequest(String request) {
        if (request.equals("B")) {
            System.out.println("ConcreteHandlerB 处理请求: " + request);
        } else if (nextHandler != null) {
            nextHandler.handleRequest(request);
        } else {
            System.out.println("没有处理者能够处理该请求");
        }
    }
}

/**
 * 具体处理者C
 */
public class ConcreteHandlerC extends Handler {

    @Override
    public void handleRequest(String request) {
        if (request.equals("C")) {
            System.out.println("ConcreteHandlerC 处理请求: " + request);
        } else if (nextHandler != null) {
            nextHandler.handleRequest(request);
        } else {
            System.out.println("没有处理者能够处理该请求");
        }
    }
}

/**
 * 客户端测试
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建处理者
        Handler handlerA = new ConcreteHandlerA();
        Handler handlerB = new ConcreteHandlerB();
        Handler handlerC = new ConcreteHandlerC();

        // 构建责任链: A -> B -> C
        handlerA.setNextHandler(handlerB);
        handlerB.setNextHandler(handlerC);

        // 发送请求
        System.out.println("发送请求: A");
        handlerA.handleRequest("A");

        System.out.println("\n发送请求: B");
        handlerA.handleRequest("B");

        System.out.println("\n发送请求: C");
        handlerA.handleRequest("C");

        System.out.println("\n发送请求: D");
        handlerA.handleRequest("D");
    }
}

输出结果：

发送请求: A
ConcreteHandlerA 处理请求: A

发送请求: B
ConcreteHandlerB 处理请求: B

发送请求: C
ConcreteHandlerC 处理请求: C

发送请求: D
没有处理者能够处理该请求

三、生产环境实战案例

3.1 案例一：审批流程系统

在企业管理系统中，不同金额的费用报销需要不同级别的领导审批。这是责任链模式的典型应用场景。

3.1.1 场景分析

审批流程：
┌────────────┐   ┌────────────┐   ┌────────────┐   ┌────────────┐
│  组长审批  │──▶│  经理审批  │──▶│  总监审批  │──▶│  总经理审批│
│  (≤1000)   │   │  (≤5000)   │   │  (≤10000)  │   │   (>10000) │
└────────────┘   └────────────┘   └────────────┘   └────────────┘

3.1.2 代码实现

/**
 * 报销请求类
 */
public class ReimbursementRequest {
    private String employeeName;    // 员工姓名
    private double amount;          // 报销金额
    private String reason;          // 报销理由

    public ReimbursementRequest(String employeeName, double amount, String reason) {
        this.employeeName = employeeName;
        this.amount = amount;
        this.reason = reason;
    }

    public String getEmployeeName() {
        return employeeName;
    }

    public double getAmount() {
        return amount;
    }

    public String getReason() {
        return reason;
    }
}

/**
 * 抽象审批者
 */
public abstract class Approver {
    protected Approver nextApprover;
    protected String name;

    public Approver(String name) {
        this.name = name;
    }

    /**
     * 设置下一个审批者
     */
    public void setNextApprover(Approver nextApprover) {
        this.nextApprover = nextApprover;
    }

    /**
     * 处理审批请求
     */
    public abstract void processRequest(ReimbursementRequest request);
}

/**
 * 组长审批者（审批金额≤1000）
 */
public class TeamLeader extends Approver {

    public TeamLeader(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void processRequest(ReimbursementRequest request) {
        if (request.getAmount() <= 1000) {
            System.out.println("【组长 " + name + " 审批】");
            System.out.println("员工：" + request.getEmployeeName());
            System.out.println("金额：" + request.getAmount() + " 元");
            System.out.println("理由：" + request.getReason());
            System.out.println("审批结果：通过");
            System.out.println("----------------------------------------");
        } else {
            System.out.println("【组长 " + name + "】金额超出权限，转交上级审批...");
            if (nextApprover != null) {
                nextApprover.processRequest(request);
            }
        }
    }
}

/**
 * 经理审批者（审批金额≤5000）
 */
public class Manager extends Approver {

    public Manager(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void processRequest(ReimbursementRequest request) {
        if (request.getAmount() <= 5000) {
            System.out.println("【经理 " + name + " 审批】");
            System.out.println("员工：" + request.getEmployeeName());
            System.out.println("金额：" + request.getAmount() + " 元");
            System.out.println("理由：" + request.getReason());
            System.out.println("审批结果：通过");
            System.out.println("----------------------------------------");
        } else {
            System.out.println("【经理 " + name + "】金额超出权限，转交上级审批...");
            if (nextApprover != null) {
                nextApprover.processRequest(request);
            }
        }
    }
}

/**
 * 总监审批者（审批金额≤10000）
 */
public class Director extends Approver {

    public Director(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void processRequest(ReimbursementRequest request) {
        if (request.getAmount() <= 10000) {
            System.out.println("【总监 " + name + " 审批】");
            System.out.println("员工：" + request.getEmployeeName());
            System.out.println("金额：" + request.getAmount() + " 元");
            System.out.println("理由：" + request.getReason());
            System.out.println("审批结果：通过");
            System.out.println("----------------------------------------");
        } else {
            System.out.println("【总监 " + name + "】金额超出权限，转交上级审批...");
            if (nextApprover != null) {
                nextApprover.processRequest(request);
            }
        }
    }
}

/**
 * 总经理审批者（审批所有金额）
 */
public class GeneralManager extends Approver {

    public GeneralManager(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void processRequest(ReimbursementRequest request) {
        System.out.println("【总经理 " + name + " 审批】");
        System.out.println("员工：" + request.getEmployeeName());
        System.out.println("金额：" + request.getAmount() + " 元");
        System.out.println("理由：" + request.getReason());

        if (request.getAmount() <= 50000) {
            System.out.println("审批结果：通过");
        } else {
            System.out.println("审批结果：金额过大，需要董事会审批");
        }
        System.out.println("----------------------------------------");
    }
}

/**
 * 测试客户端
 */
public class ReimbursementTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建审批者
        Approver teamLeader = new TeamLeader("张三");
        Approver manager = new Manager("李四");
        Approver director = new Director("王五");
        Approver generalManager = new GeneralManager("赵六");

        // 构建责任链
        teamLeader.setNextApprover(manager);
        manager.setNextApprover(director);
        director.setNextApprover(generalManager);

        // 测试不同金额的报销请求
        ReimbursementRequest request1 = new ReimbursementRequest(
            "小明", 800, "购买办公用品"
        );
        teamLeader.processRequest(request1);

        ReimbursementRequest request2 = new ReimbursementRequest(
            "小红", 3500, "参加技术培训"
        );
        teamLeader.processRequest(request2);

        ReimbursementRequest request3 = new ReimbursementRequest(
            "小刚", 8000, "采购服务器设备"
        );
        teamLeader.processRequest(request3);

        ReimbursementRequest request4 = new ReimbursementRequest(
            "小李", 25000, "市场推广活动"
        );
        teamLeader.processRequest(request4);
    }
}

输出结果：

【组长 张三 审批】
员工：小明
金额：800.0 元
理由：购买办公用品
审批结果：通过
----------------------------------------
【组长 张三】金额超出权限，转交上级审批...
【经理 李四 审批】
员工：小红
金额：3500.0 元
理由：参加技术培训
审批结果：通过
----------------------------------------
【组长 张三】金额超出权限，转交上级审批...
【经理 李四】金额超出权限，转交上级审批...
【总监 王五 审批】
员工：小刚
金额：8000.0 元
理由：采购服务器设备
审批结果：通过
----------------------------------------
【组长 张三】金额超出权限，转交上级审批...
【经理 李四】金额超出权限，转交上级审批...
【总监 王五】金额超出权限，转交上级审批...
【总经理 赵六 审批】
员工：小李
金额：25000.0 元
理由：市场推广活动
审批结果：通过
----------------------------------------

3.2 案例三：敏感词过滤系统

在内容审核系统中，我们需要对用户发布的内容进行多层过滤，这也是责任链模式的实际应用。

3.2.1 过滤链结构

内容过滤链：
┌─────────────┐   ┌─────────────┐   ┌─────────────┐
│ 敏感词过滤  │──▶│  HTML过滤   │──▶│  SQL注入过滤 │
└─────────────┘   └─────────────┘   └─────────────┘

3.2.2 代码实现

/**
 * 内容请求类
 */
public class ContentRequest {
    private String content;
    private boolean passed;
    private String rejectReason;

    public ContentRequest(String content) {
        this.content = content;
        this.passed = true;
    }

    public String getContent() {
        return content;
    }

    public void setContent(String content) {
        this.content = content;
    }

    public boolean isPassed() {
        return passed;
    }

    public void reject(String reason) {
        this.passed = false;
        this.rejectReason = reason;
    }

    public String getRejectReason() {
        return rejectReason;
    }
}

/**
 * 抽象内容过滤器
 */
public abstract class ContentFilter {
    protected ContentFilter nextFilter;

    public void setNextFilter(ContentFilter nextFilter) {
        this.nextFilter = nextFilter;
    }

    public void filter(ContentRequest request) {
        // 执行当前过滤器的过滤逻辑
        doFilter(request);

        // 如果通过了当前过滤器，且有下一个过滤器，则继续传递
        if (request.isPassed() && nextFilter != null) {
            nextFilter.filter(request);
        }
    }

    protected abstract void doFilter(ContentRequest request);
}

/**
 * 敏感词过滤器
 */
public class SensitiveWordFilter extends ContentFilter {

    private static final String[] SENSITIVE_WORDS = {"暴力", "色情", "赌博"};

    @Override
    protected void doFilter(ContentRequest request) {
        String content = request.getContent();
        System.out.println("【敏感词过滤器】正在检查内容...");

        for (String word : SENSITIVE_WORDS) {
            if (content.contains(word)) {
                request.reject("内容包含敏感词：" + word);
                System.out.println("过滤结果：不通过 - " + request.getRejectReason());
                return;
            }
        }
        System.out.println("过滤结果：通过");
    }
}

/**
 * HTML标签过滤器
 */
public class HtmlTagFilter extends ContentFilter {

    @Override
    protected void doFilter(ContentRequest request) {
        String content = request.getContent();
        System.out.println("【HTML标签过滤器】正在检查内容...");

        if (content.contains("<script>") || content.contains("</script>")) {
            request.reject("内容包含非法HTML标签");
            System.out.println("过滤结果：不通过 - " + request.getRejectReason());
            return;
        }

        // 过滤HTML标签
        String filtered = content.replaceAll("<[^>]*>", "");
        if (!filtered.equals(content)) {
            System.out.println("过滤结果：已清理HTML标签");
            request.setContent(filtered);
        } else {
            System.out.println("过滤结果：通过");
        }
    }
}

/**
 * SQL注入过滤器
 */
public class SqlInjectionFilter extends ContentFilter {

    private static final String[] SQL_KEYWORDS = {
        "select", "insert", "update", "delete", "drop", "union"
    };

    @Override
    protected void doFilter(ContentRequest request) {
        String content = request.getContent().toLowerCase();
        System.out.println("【SQL注入过滤器】正在检查内容...");

        for (String keyword : SQL_KEYWORDS) {
            if (content.contains(keyword)) {
                request.reject("内容疑似包含SQL注入攻击");
                System.out.println("过滤结果：不通过 - " + request.getRejectReason());
                return;
            }
        }
        System.out.println("过滤结果：通过");
    }
}

/**
 * 内容过滤系统测试
 */
public class ContentFilterTest {

    private static ContentFilter buildFilterChain() {
        ContentFilter sensitiveWordFilter = new SensitiveWordFilter();
        ContentFilter htmlTagFilter = new HtmlTagFilter();
        ContentFilter sqlInjectionFilter = new SqlInjectionFilter();

        // 构建过滤链
        sensitiveWordFilter.setNextFilter(htmlTagFilter);
        htmlTagFilter.setNextFilter(sqlInjectionFilter);

        return sensitiveWordFilter;
    }

    public static void main(String[] args) {
        ContentFilter filterChain = buildFilterChain();

        // 测试案例1：正常内容
        System.out.println("========== 测试案例1：正常内容 ==========");
        ContentRequest request1 = new ContentRequest("这是一条正常的评论内容");
        filterChain.filter(request1);
        System.out.println("最终结果：" + (request1.isPassed() ? "发布成功" : "发布失败"));
        System.out.println();

        // 测试案例2：包含敏感词
        System.out.println("========== 测试案例2：包含敏感词 ==========");
        ContentRequest request2 = new ContentRequest("这条内容包含暴力信息");
        filterChain.filter(request2);
        System.out.println("最终结果：" + (request2.isPassed() ? "发布成功" : "发布失败"));
        System.out.println();

        // 测试案例3：包含HTML标签
        System.out.println("========== 测试案例3：包含HTML标签 ==========");
        ContentRequest request3 = new ContentRequest("这是<b>加粗</b>的内容");
        filterChain.filter(request3);
        System.out.println("最终结果：" + (request3.isPassed() ? "发布成功" : "发布失败"));
        if (request3.isPassed()) {
            System.out.println("处理后的内容：" + request3.getContent());
        }
        System.out.println();

        // 测试案例4：包含SQL注入
        System.out.println("========== 测试案例4：疑似SQL注入 ==========");
        ContentRequest request4 = new ContentRequest("'; DROP TABLE users; --");
        filterChain.filter(request4);
        System.out.println("最终结果：" + (request4.isPassed() ? "发布成功" : "发布失败"));
    }
}

输出结果：

========== 测试案例1：正常内容 ==========
【敏感词过滤器】正在检查内容...
过滤结果：通过
【HTML标签过滤器】正在检查内容...
过滤结果：通过
【SQL注入过滤器】正在检查内容...
过滤结果：通过
最终结果：发布成功

========== 测试案例2：包含敏感词 ==========
【敏感词过滤器】正在检查内容...
过滤结果：不通过 - 内容包含敏感词：暴力
最终结果：发布失败

========== 测试案例3：包含HTML标签 ==========
【敏感词过滤器】正在检查内容...
过滤结果：通过
【HTML标签过滤器】正在检查内容...
过滤结果：已清理HTML标签
【SQL注入过滤器】正在检查内容...
过滤结果：通过
最终结果：发布成功
处理后的内容：这是加粗的内容

========== 测试案例4：疑似SQL注入 ==========
【敏感词过滤器】正在检查内容...
过滤结果：通过
【HTML标签过滤器】正在检查内容...
过滤结果：通过
【SQL注入过滤器】正在检查内容...
过滤结果：不通过 - 内容疑似包含SQL注入攻击
最终结果：发布失败

四、责任链模式的优化

4.1 使用建造者模式优化责任链构建

为了使责任链的构建更加优雅，我们可以结合建造者模式：

/**
 * 责任链建造者
 */
public class FilterChainBuilder {
    private ContentFilter head;
    private ContentFilter tail;

    public FilterChainBuilder addFilter(ContentFilter filter) {
        if (head == null) {
            head = filter;
            tail = filter;
        } else {
            tail.setNextFilter(filter);
            tail = filter;
        }
        return this;
    }

    public ContentFilter build() {
        return head;
    }
}

使用示例：

ContentFilter filterChain = new FilterChainBuilder()
    .addFilter(new SensitiveWordFilter())
    .addFilter(new HtmlTagFilter())
    .addFilter(new SqlInjectionFilter())
    .build();

4.2 Spring中的责任链模式实现

在Spring框架中，我们可以利用依赖注入来更优雅地实现责任链模式：

/**
 * 过滤器接口
 */
public interface Filter {
    int getOrder();
    void doFilter(ContentRequest request);
}

/**
 * 过滤器管理器
 */
@Component
public class FilterChainManager {

    @Autowired
    private List<Filter> filters;

    @PostConstruct
    public void init() {
        // 按order排序
        filters.sort(Comparator.comparingInt(Filter::getOrder));
    }

    public void executeFilters(ContentRequest request) {
        for (Filter filter : filters) {
            filter.doFilter(request);
            if (!request.isPassed()) {
                break;
            }
        }
    }
}

/**
 * 具体过滤器实现
 */
@Component
public class SensitiveWordFilterImpl implements Filter {

    @Override
    public int getOrder() {
        return 1;
    }

    @Override
    public void doFilter(ContentRequest request) {
        // 过滤逻辑
    }
}

五、责任链模式的优缺点

5.1 优点

降低耦合度：请求的发送者和接收者解耦，发送者不需要知道是哪个处理者最终处理了请求
增强灵活性：可以动态地添加、删除或调整处理者的顺序，而不影响其他代码
符合单一职责原则：每个处理者只需关注自己能处理的请求
符合开闭原则：增加新的处理者时，不需要修改原有代码

5.2 缺点

性能问题：如果责任链过长，会影响性能，因为请求需要遍历整个链
调试困难：由于请求是动态分配的，调试时不容易观察运行时的特征
可能无法处理：如果没有正确配置责任链，可能导致请求无法被处理
建链麻烦：需要在客户端手动建立责任链，增加了客户端的复杂度

六、责任链模式的应用场景

6.1 适用场景

多个对象可以处理同一请求，但具体由哪个对象处理则在运行时动态决定
需要动态指定处理一组对象的处理顺序
不希望明确指定接收者的情况下，向多个对象中的一个提交请求
可处理一个请求的对象集合需要被动态指定

6.2 常见应用

审批流程：OA系统中的请假、报销等审批
日志系统：不同级别的日志处理
过滤器：Servlet的Filter链、Spring的拦截器
异常处理：多级异常捕获和处理
权限验证：多层权限校验
事件处理：GUI系统中的事件冒泡机制

七、框架中的责任链模式

7.1 Java Servlet Filter

public class EncodingFilter implements Filter {

    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response,
                        FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
        // 前置处理
        request.setCharacterEncoding("UTF-8");
        response.setCharacterEncoding("UTF-8");

        // 传递给下一个过滤器
        chain.doFilter(request, response);

        // 后置处理
        System.out.println("EncodingFilter 后置处理");
    }
}

7.2 Spring Interceptor

public class LoginInterceptor implements HandlerInterceptor {

    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request,
                           HttpServletResponse response,
                           Object handler) throws Exception {
        // 前置处理
        String token = request.getHeader("token");
        if (token == null) {
            response.sendError(401, "未登录");
            return false; // 中断责任链
        }
        return true; // 继续传递
    }

    @Override
    public void postHandle(HttpServletRequest request,
                          HttpServletResponse response,
                          Object handler,
                          ModelAndView modelAndView) throws Exception {
        // 后置处理
    }
}

7.3 Netty Pipeline

ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();
pipeline.addLast("decoder", new StringDecoder());
pipeline.addLast("encoder", new StringEncoder());
pipeline.addLast("handler", new CustomHandler());

八、责任链模式 vs 其他模式

8.1 责任链模式 vs 装饰者模式

对比维度	责任链模式	装饰者模式
目的	将请求传递给链上的某个对象处理	动态地给对象添加额外职责
处理方式	只有一个对象处理请求（或都处理）	所有装饰者都会处理
顺序	按链的顺序传递	按装饰的顺序叠加

8.2 责任链模式 vs 策略模式

对比维度	责任链模式	策略模式
对象关系	链式结构，对象之间有先后顺序	平行关系，对象之间相互独立
选择方式	动态决定由哪个对象处理	由客户端选择具体策略
处理数量	可能有多个对象处理	只有一个策略对象处理

九、最佳实践

9.1 设计建议

合理控制链的长度：避免责任链过长影响性能
提供默认处理：在链的末尾提供默认处理者，避免请求无法处理
避免循环引用：注意不要让责任链形成环
考虑缓存：对于频繁执行的责任链，可以考虑缓存结果

9.2 代码规范

/**
 * 推荐的责任链处理者模板
 */
public abstract class AbstractHandler {
    protected AbstractHandler nextHandler;

    public AbstractHandler setNext(AbstractHandler handler) {
        this.nextHandler = handler;
        return handler; // 返回下一个处理者，支持链式调用
    }

    public final void handle(Request request) {
        // 模板方法
        if (canHandle(request)) {
            doHandle(request);
        }

        if (nextHandler != null && shouldContinue(request)) {
            nextHandler.handle(request);
        }
    }

    protected abstract boolean canHandle(Request request);
    protected abstract void doHandle(Request request);
    protected boolean shouldContinue(Request request) {
        return true; // 默认继续传递
    }
}