前端的设计模式系列-责任链模式

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代码也写了几年了，设计模式处于看了忘，忘了看的状态，最近对设计模式有了点感觉，索性就再学习总结下吧。

大部分讲设计模式的文章都是使用的 Java、C++ 这样的以类为基础的静态类型语言，作为前端开发者，js 这门基于原型的动态语言，函数成为了一等公民，在实现一些设计模式上稍显不同，甚至简单到不像使用了设计模式，有时候也会产生些困惑。

下面按照「场景」-「设计模式定义」- 「代码实现」- 「易混设计模式」 -「总」的顺序来总结一下，如有不当之处，欢迎交流讨论。

场景

leetcode 65 题 判断是否是合法的数字：

image-20220204102426236

部分有效数字列举如下：["2", "0089", "-0.1", "+3.14", "4.", "-.9", "2e10", "-90E3", "3e+7", "+6e-1", "53.5e93", "-123.456e789"]
部分无效数字列举如下：["abc", "1a", "1e", "e3", "99e2.5", "--6", "-+3", "95a54e53"]

我们可以依次遍历给定的字符串，然后各种 if 、else 来解决这个问题：

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/**
 * @param {string} s
 * @return {boolean}
 */
const isNumber = function (s) {
    const e = ["e", "E"];
    s = s.trim();

    let pointSeen = false;
    let eSeen = false;
    let numberSeen = false;
    let numberAfterE = true;
    for (let i = 0; i < s.length; i++) {
        if ("0" <= s.charAt(i) && s.charAt(i) <= "9") {
            numberSeen = true;
            numberAfterE = true;
        } else if (s.charAt(i) === ".") {
            if (eSeen || pointSeen) {
                return false;
            }
            pointSeen = true;
        } else if (e.includes(s.charAt(i))) {
            if (eSeen || !numberSeen) {
                return false;
            }
            numberAfterE = false;
            eSeen = true;
        } else if (s.charAt(i) === "-" || s.charAt(i) === "+") {
            if (i != 0 && !e.includes(s.charAt(i - 1))) {
                return false;
            }
        } else {
            return false;
        }
    }

    return numberSeen && numberAfterE;
};

如果只是为了刷题 AC 也没啥毛病，但如果在业务中写出这么多 if、else 大概就要被打了。

为了让代码扩展性和可读性更高，我们可以通过责任链模式进行改写。

责任链模式

GoF 介绍的责任链模式定义：

Avoid coupling the sender of a request to its receiver by giving more than one object a chance to handle the request. Chain the receiving objects and pass the request along the chain until an object handles it.

避免请求者和接收者之间的耦合，让多个接收者都有机会去处理请求。将接收者组成链条，在链条中传递请求直到有接收者可以处理它。

原始的定义中，当请求被处理后链条就终止了，但很多地方也会将请求一直传递下去，可以看作是责任链模式的变体。

看一下 UML 类图和时序图：

image-20220204151213707

Sender 无需关心哪一个 Receiver 去处理它，只需要通过 Handler 接口在 Receiver 链条中进行处理，每一个 Receiver 处理结束后继续传给下一个 Receiver 。

看起来比较抽象，看一个具体的例子，不同等级的日志进行不同的处理：

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import java.util.*;

abstract class Logger 
{
    public static int ERR = 3;
    public static int NOTICE = 5;
    public static int DEBUG = 7;
    protected int mask;

    // The next element in the chain of responsibility
    protected Logger next;
    public Logger setNext( Logger l)
    {
        next = l;
        return this;
    }

    public final void message( String msg, int priority )
    {
        if ( priority <= mask ) 
        {
            writeMessage( msg );
            if ( next != null )
            {
                next.message( msg, priority );
            }
        }
    }
    
    protected abstract void writeMessage( String msg );

}

class StdoutLogger extends Logger 
{

    public StdoutLogger( int mask ) { this.mask = mask; }

    protected void writeMessage( String msg )
    {
        System.out.println( "Writting to stdout: " + msg );
    }
}


class EmailLogger extends Logger 
{

    public EmailLogger( int mask ) { this.mask = mask; }

    protected void writeMessage( String msg )
    {
        System.out.println( "Sending via email: " + msg );
    }
}

class StderrLogger extends Logger 
{

    public StderrLogger( int mask ) { this.mask = mask; }

    protected void writeMessage( String msg )
    {
        System.out.println( "Sending to stderr: " + msg );
    }
}

public class ChainOfResponsibilityExample
{
    public static void main( String[] args )
    {
        // Build the chain of responsibility
        Logger l = new StdoutLogger( Logger.DEBUG).setNext(
                            new EmailLogger( Logger.NOTICE ).setNext(
                            new StderrLogger( Logger.ERR ) ) );

        // Handled by StdoutLogger
        l.message( "Entering function y.", Logger.DEBUG );

        // Handled by StdoutLogger and EmailLogger
        l.message( "Step1 completed.", Logger.NOTICE );

        // Handled by all three loggers
        l.message( "An error has occurred.", Logger.ERR );
    }
}

输出：

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Writting to stdout: Entering function y.
Writting to stdout: Step1 completed.
Sending via email: Step1 completed.
Writting to stdout: An error has occurred.
Sending via email: An error has occurred.
Sending to stderr: An error has occurred.

每个 logger 都继承了 message 方法，并且拥有的 next 也指向一个 logger 对象，通过 next 去调用下一个的 message 方法。

image-20220204152750255

让我们用 js 再来改写一下：

我们先实现一个 Handler 对象，构建链条。

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const Handler = function (fn) {
    this.handler = fn;
    this.next = null;
};

Handler.prototype.setNext = function setNext(h) {
    this.next = h;
    return h;
};

Handler.prototype.passRequest = function () {
    const ret = this.handler.apply(this, arguments);
    this.next && this.next.passRequest.apply(this.next, arguments);
};

接下来实现不同的 Logger 。

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const ERR = 3;
const NOTICE = 5;
const DEBUG = 7;

const StdoutLogger = function (msg, level) {
    // 根据等级判断自己是否处理
    if (level <= DEBUG) {
        console.log("Writting to stdout: " + msg);
    }
};

const EmailLogger = function (msg, level) {
  	// 根据等级判断自己是否处理
    if (level <= NOTICE) {
        console.log("Sending via email: " + msg);
    }
};

const StderrLogger = function (msg, level) {
  	// 根据等级判断自己是否处理
    if (level <= ERR) {
        console.log("Sending to stderr: " + msg);
    }
};

然后进行测试：

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const StdoutHandler = new Handler(StdoutLogger);
const EmailHandler = new Handler(EmailLogger);
const StderrHandler = new Handler(StderrLogger);
StdoutHandler.setNext(EmailHandler).setNext(StderrHandler);

StdoutHandler.passRequest("Entering function y.", DEBUG);
StdoutHandler.passRequest("Step1 completed.", NOTICE);
StdoutHandler.passRequest("An error has occurred.", ERR);

输出内容和 java 代码是一致的。

代码实现

回到开头的场景中，判断是否是有效数字。

我们可以抽离出不同功能，判断是否是整数、是否是科学记数法、是否是浮点数等等，然后通过职责链模式把它们链接起来，如果某一环节返回了 true 就不再判断，直接返回最终结果。

可以利用上边写的 Handler 对象，构建链条，此外可以通过返回值提前结束传递。

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function Handler(fn) {
    this.handler = fn;
    this.next = null;
}

Handler.prototype.setNext = function setNext(h) {
    this.next = h;
    return h;
};

Handler.prototype.passRequest = function () {
    const ret = this.handler.apply(this, arguments);
    // 提前结束
    if (ret) {
        return ret;
    }
  
  	// 向后传递
    if (this.next) {
        return this.next.passRequest.apply(this.next, arguments);
    }
    return ret;
};

数字预处理一下，去掉前后空白和 +、- 便于后续的判断。

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function preProcessing(v) {
    let value = v.trim();
    if (value.startsWith("+") || value.startsWith("-")) {
        value = value.substring(1);
    }
    return value;
}

判断是否是整数：

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// 判断是否是整数
function isInteger(integer) {
    integer = preProcessing(integer);
    if (!integer) {
        return false;
    }
    for (let i = 0; i < integer.length; i++) {
        if (!/[0-9]/.test(integer.charAt(i))) {
            return false;
        }
    }

    return true;
}

判断是否是小数：

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// 判断是否是小数
function isFloat(floatVal) {
    floatVal = preProcessing(floatVal);
    if (!floatVal) {
        return false;
    }
    function checkPart(part) {
        if (part === "") {
            return true;
        }
        if (
            !/[0-9]/.test(part.charAt(0)) ||
            !/[0-9]/.test(part.charAt(part.length - 1))
        ) {
            return false;
        }

        if (!isInteger(part)) {
            return false;
        }

        return true;
    }
    const pos = floatVal.indexOf(".");
    if (pos === -1) {
        return false;
    }

    if (floatVal.length === 1) {
        return false;
    }

    const first = floatVal.substring(0, pos);
    const second = floatVal.substring(pos + 1, floatVal.length);

    if (checkPart(first) && checkPart(second)) {
        return true;
    }

    return false;
}

判断是否是科学计数法：

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// 判断是否是科学计数法
function isScienceFormat(s) {
    s = preProcessing(s);
    if (!s) {
        return false;
    }
    function checkHeadAndEndForSpace(part) {
        if (part.startsWith(" ") || part.endsWith(" ")) {
            return false;
        }

        return true;
    }
    function validatePartBeforeE(first) {
        if (!first) {
            return false;
        }

        if (!checkHeadAndEndForSpace(first)) {
            return false;
        }

        if (!isInteger(first) && !isFloat(first)) {
            return false;
        }

        return true;
    }

    function validatePartAfterE(second) {
        if (!second) {
            return false;
        }

        if (!checkHeadAndEndForSpace(second)) {
            return false;
        }

        if (!isInteger(second)) {
            return false;
        }

        return true;
    }
    s = s.toLowerCase();
    let pos = s.indexOf("e");
    if (pos === -1) {
        pos = s.indexOf("E");
    }
    if (pos === -1) {
        return false;
    }

    if (s.length === 1) {
        return false;
    }

    const first = s.substring(0, pos);
    const second = s.substring(pos + 1, s.length);

    if (!validatePartBeforeE(first) || !validatePartAfterE(second)) {
        return false;
    }

    return true;
}

判断是否是十六进制：

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function isHex(hex) {
    function isValidChar(c) {
        const validChar = ["a", "b", "c", "d", "e", "f"];
        for (let i = 0; i < validChar.length; i++) {
            if (c === validChar[i]) {
                return true;
            }
        }

        return false;
    }
    hex = preProcessing(hex);
    if (!hex) {
        return false;
    }
    hex = hex.toLowerCase();
    if (hex.startsWith("0x")) {
        hex = hex.substring(2);
    } else {
        return false;
    }

    for (let i = 0; i < hex.length; i++) {
        if (!/[0-9]/.test(hex.charAt(0)) && !isValidChar(hex.charAt(i))) {
            return false;
        }
    }

    return true;
}

然后通过 Handler 将上边的功能串联起来即可：

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/**
 * @param {string} s
 * @return {boolean}
 */
const isNumber = function (s) {
    const isIntegerHandler = new Handler(isInteger);
    const isFloatHandler = new Handler(isFloat);
    const isScienceFormatHandler = new Handler(isScienceFormat);
    const isHexHandler = new Handler(isHex);

    isIntegerHandler
        .setNext(isFloatHandler)
        .setNext(isScienceFormatHandler)
        .setNext(isHexHandler);

    return isIntegerHandler.passRequest(s);
};

通过责任链的设计模式，每一个函数都可以很好的进行复用，并且未来如果要新增一种类型判断，只需要加到责任链中即可，和之前的判断也完全独立。

易混设计模式

说到沿着「链」执行，应该会想到 装饰器模式 。

image-20220204202859919

它和责任链模式看起来结构上是一致的，我的理解上主要有两点不同：

  1. 装饰器模式是对已有功能的增强，依次包装起来形成链式调用。而责任链模式从一开始就抽象出了很多功能，然后形成责任链。
  2. 装饰器模式会依次调用新增的功能直到最初的功能，责任链模式提供了一种中断的能力，调用到某个操作的时候可以直接终止掉，不是所有的功能都会调用。

总

当处理一件事情的时候发现会分很多种情况去讨论，此时可以考虑使用责任链模式进行功能的拆分，提高代码的复用性、扩展性以及可读性。

像 js 中底层的原型链、作用域链、Dom 元素的冒泡机制都可以看作是责任链模式的应用。

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