首页 » 设计模式之禅(第2版) » 设计模式之禅(第2版)全文在线阅读

《设计模式之禅(第2版)》32.3 观察者模式VS责任链模式

关灯直达底部

为什么要把观察者模式和责任链模式放在一起对比呢?看起来这两个模式没有太多的相似性,真没有吗?回答是有。我们在观察者模式中也提到了触发链(也叫做观察者链)的问题,一个具体的角色既可以是观察者,也可以是被观察者,这样就形成了一个观察者链。这与责任链模式非常类似,它们都实现了事务的链条化处理,比如说在上课的时候你睡着了,打鼾声音太大,盖过了老师讲课声音,老师火了,捅到了校长这里,校长也处理不了,然后告状给你父母,于是你的魔鬼日子来临了,这是责任链模式,老师、校长、父母都是链中的一个具体角色,事件(你睡觉)在链中传递,最终由一个具体的节点来处理,并将结果反馈给调用者(你挨揍了)。那什么是触发链?你还是在课堂上睡觉,还是打鼾声音太大,老师火了,但是老师掏出个扩音器来讲课,于是你睡不着了,同时其他同学的耳朵遭殃了,这就是触发链,其中老师既是观察者(相对你)也是被观察者(相对其他同学),事件从“你睡觉”到老师这里转化为“扩音器放大声音”,这也是一个链条结构,但是链结构中传递的事件改变了。

我们还是以一个具体的例子来说明两者的区别,DNS协议相信大家都听说过,只要在“网络设置”中设置一个DNS服务器地址就可以把我们需要的域名翻译成IP地址。DNS协议还是比较简单的,传递过去一个域名以及记录标志(比如是要A记录还是要MX记录),DNS就开始查找自己的记录树,找到后把IP地址反馈给请求者。我们可以在Windows操作系统中了解一下DNS解析过程,在DOS窗口下输入nslookup命令后,结果如图32-6所示。

图32-6 DNS服务器解析域名

我们的意图就是要DNS服务器192.168.10.1解析出www.xxx.com.cn的IP地址,DNS服务器是如何工作的呢?图32-6中的192.168.10.1这个DNS Server存储着全球的域名和IP之间的对应关系吗?不可能,目前全球的域名数量是1.7亿个,如此庞大的数字,每个DNS服务器都存储一份,还怎么快速响应?DNS解析的响应时间一般都是毫秒级别的,如此高的性能要求还怎么让DNS服务器遍地开花呢?而且域名变更非常频繁,数据读写的量也非常大,不可能每个DNS服务器都保留这1.7亿数据,那么是怎么设计的呢?DNS协议还是很聪明的,它规定了每个区域的DNS服务器(Local DNS)只保留自己区域的域名解析,对于不能解析的域名,则提交上级域名解析器解析,最终由一台位于美国洛杉矶的顶级域名服务器进行解析,返回结果。很明显这是一个事务的链结构处理,我们使用两种模式来实现该解析过程。

32.3.1 责任链模式实现DNS解析过程

本小节我们用责任链模式来实现DNS解析过程。首先我们定义一下业务场景,这里有三个DNS服务器:上海DNS服务器(区域服务器)、中国顶级DNS服务器(父服务器)、全球顶级DNS服务器,其示意图如图32-7所示。

图32-7 DNS解析示意图

假设有请求者发出请求,由上海DNS进行解析,如果能够解析,则返回结果,若不能解析,则提交给父服务器(中国顶级DNS)进行解析,若还不能解析,则提交到全球顶级DNS进行解析,若还不能解析呢?那就返回该域名无法解析。确实,这与责任链模式非常相似,我们把这一过程抽象一下,类图如图32-8所示。

图32-8 责任链模式实现DNS解析的类图

我们来解释一下类图,Recorder是一个BO对象,它记录DNS服务器解析后的结果,包括域名、IP地址、属主(即由谁解析的),除此之外还有getter/setter方法。DnsServer抽象类中的resolve方法是一个基本方法,每个DNS服务器都必须拥有该方法,它对DNS进行解析,如何解析呢?具体是由echo方法来实现的,每个DNS服务器独自实现。类图还是比较简单的,我们首先看一下解析记录Recorder类,如代码清单32-31所示。

代码清单32-31 解析记录

public class Recorder {     //域名     private String domain;     //IP地址     private String ip;     //属主     private String owner;     public String getDomain {     return domain;     }     public void setDomain(String domain) {     this.domain = domain;     }     public String getIp {     return ip;     }     public void setIp(String ip) {     this.ip = ip;     }     public String getOwner {     return owner;     }     public void setOwner(String owner) {     this.owner = owner;     }     //输出记录信息     @Override     public String toString{     String str= "域名:" + this.domain;     str = str + "/nIP地址:" + this.ip;     str = str + "/n解析者:" + this.owner;     return str;     }}  

为什么要覆写toString方法呢?是为了打印展示的需要,可以直接把Recorder的信息打印出来。我们再来看抽象域名服务器,如代码清单32-32所示。

代码清单32-32 抽象域名服务器

public abstract class DnsServer {     //上级DNS是谁     private DnsServer upperServer;     //解析域名     public final Recorder resolve(String domain){     Recorder recorder=null;     if(isLocal(domain)){//是本服务器能解析的域名     recorder = echo(domain);     }else{//本服务器不能解析     //提交上级DNS进行解析     recorder = upperServer.resolve(domain);     }     return recorder;     }     //指向上级DNS     public void setUpperServer(DnsServer _upperServer){     this.upperServer = _upperServer;     }     //每个DNS都有一个数据处理区(ZONE),检查域名是否在本区中     protected abstract boolean isLocal(String domain);     //每个DNS服务器都必须实现解析任务     protected Recorder echo(String domain){     Recorder recorder = new Recorder;     //获得IP地址     recorder.setIp(genIpAddress);     recorder.setDomain(domain);     return recorder;     }     //随机产生一个IP地址,工具类     private String genIpAddress{     Random rand = new Random;     String address = rand.nextInt(255) + "." + rand.nextInt(255) + "."+ rand.nextInt(255) + "."+ rand.nextInt(255);     return address;     }}  

在该类中有一个方法——genIpAddress方法——没有在类图中展现出来,它用于实现随机生成IP地址,这是我们为模拟DNS解析场景而建立的一个虚拟方法,在实际的应用中是不可能出现的。抽象DNS服务器编写完成,我们再来看具体的DNS服务器,先看上海的DNS服务器,如代码清单32-33所示。

代码清单32-33 上海DNS服务器

public class SHDnsServer extends DnsServer {     @Override     protected Recorder echo(String domain) {     Recorder recorder= super.echo(domain);     recorder.setOwner("上海DNS服务器");     return recorder;     }     //定义上海的DNS服务器能处理的级别     @Override     protected boolean isLocal(String domain) {     return domain.endsWith(".sh.cn");     }}  

为什么要覆写echo方法?各具体的DNS服务器实现自己的解析过程,属于个性化处理,它代表的是每个DNS服务器的不同处理逻辑。还要注意一下,我们在这里做了一个简化处理,所有以".sh.cn"结尾的域名都由上海DNS服务器解析。其他的中国顶级DNS和全球顶级DNS实现过程类似,如代码清单32-34、32-35所示。

代码清单32-34 中国顶级DNS服务器

public class ChinaTopDnsServer extends DnsServer {     @Override     protected Recorder echo(String domain) {Recorder recorder = super.echo(domain);recorder.setOwner("中国顶级DNS服务器");return recorder;     }     @Override     protected boolean isLocal(String domain) {return domain.endsWith(".cn");     }}  

代码清单32-35 全球顶级DNS服务器

public class TopDnsServer extends DnsServer {     @Override     protected Recorder echo(String domain) {     Recorder recorder = super.echo(domain);     recorder.setOwner("全球顶级DNS服务器");     return recorder;     }     @Override     protected boolean isLocal(String domain) {     //所有的域名最终的解析地点     return true;     }}  

所有的DNS服务器都准备好了,下面我们写一个客户端来模拟一下IP地址是怎么解析的,如代码清单32-36所示。

代码清单32-36 场景类

public class Client {     public static void main(String args) throws Exception {     //上海域名服务器     DnsServer sh = new SHDnsServer;     //中国顶级域名服务器     DnsServer china = new ChinaTopDnsServer;     //全球顶级域名服务器     DnsServer top = new TopDnsServer;     //定义查询路径     china.setUpperServer(top);     sh.setUpperServer(china);     //解析域名     System.out.println("=====域名解析模拟器=====");     while(true){     System.out.print("/n请输入域名(输入N退出):");     String domain = (new BufferedReader(new InputStreamReader (System.in))).readLine;     if(domain.equalsIgnoreCase("n")){     return;     }     Recorder recorder = sh.resolve(domain);     System.out.println("----DNS服务器解析结果----");     System.out.println(recorder);  }     }}  

我们来模拟一下,运行结果如下所示:

=====域名解析模拟器=====

请输入域名(输入N退出):www.xxx.sh.cn

----DNS服务器解析结果----

域名:www. xxx.sh.cn

IP地址:69.224.162.154

解析者:上海DNS服务器

请输入域名(输入N退出):www. xxx.com.cn

----DNS服务器解析结果----

域名:www. xxx.com.cn

IP地址:51.28.66.140

解析者:中国顶级DNS服务器

请输入域名(输入N退出):www. xxx.com

----DNS服务器解析结果----

域名:www. xxx.com

IP地址:73.247.80.117

解析者:全球顶级DNS服务器

请输入域名(输入N退出):n

请注意看运行结果,以".sh.cn"结尾的域名确实由上海DNS服务器解析了,以".cn"结尾的域名由中国顶级DNS服务器解析了,其他域名都由全球顶级DNS服务器解析。这个模拟过程看起来很完整,它完全就是责任链模式的一个具体应用,把一个请求放置到链中的首节点,然后由链中的某个节点进行解析并将结果反馈给调用者。但是,我可以负责任地告诉你:这个解析过程是有缺陷的,什么缺陷?后面会说明。

32.3.2 触发链模式实现DNS解析过程

上面说到使用责任链模式模拟DNS解析过程是有缺陷的,究竟有什么缺陷?大家是不是觉得这个解析过程很完美了,没什么问题了?那说明你对DNS协议了解得还不太深入。我们来做一个实验,在dos窗口下输入nslookup命令,然后输入多个域名,注意观察返回值有哪些数据是相同的。可以看出,解析者都相同,都是由同一个DNS服务器解析的,准确地说都是由本机配置的DNS服务器做的解析。这与我们上面的模拟过程是不相同的,看看我们模拟的过程,对请求者来说,".sh.cn"是由区域DNS解析的,".com"却是由全球顶级DNS解析的,与真实的过程不相同,这是怎么回事呢?

肯定地说,采用责任链模式模拟DNS解析过程是不完美的,或者说是有缺陷的,怎么来修复这个缺陷呢?我们先来看看真实的DNS解析过程,如图32-9所示。

图32-9 真实的DNS解析示意图

解析一个域名的完整路径如图32-9中的标号①~⑥所示,首先由请求者发送一个请求,然后由上海DNS服务器尝试解析,若不能解析再通过路径②转发给中国顶级DNS进行解析,解析后的结果通过路径⑤返回给上海DNS服务器,然后由上海DNS服务器通过路径⑥返回给请求者。同样,若中国顶级DNS不能解析,则通过路径③转由全球顶级DNS进行解析,通过路径④把结果返回给中国顶级DNS,然后再通过路径⑤返回给上海DNS。注意看标号⑥,不管一个域名最终由谁解析,最终反馈到请求者的还是第一个节点,也就是说首节点负责对请求者应答,其他节点都不与请求者交互,而只与自己的左右节点交互。实际上我们的DNS服务器确实是如此处理的,例如本机请求查询一个www.abcdefg.com的域名,上海DNS服务器解析不到这个域名,于是提交到中国顶级DNS服务器,如果中国顶级DNS服务器有该域名的记录,则找到该记录,反馈到上海DNS服务器,上海DNS服务器做两件事务处理:一是响应请求者,二是存储该记录,以备其他请求者再次查询,这类似于数据缓存。

整个场景我们已经清晰,想想看,我们把请求者看成是被观察者,它的行为或属性变更通知了观察者——上海DNS,上海DNS又作为被观察者出现了自己不能处理的行为(行为改变),通知了中国顶级DNS,依次类推,这是不是一个非常标准的触发链?而且还必须是同步的触发,异步触发已经在该场景中失去了意义(读者可以想想为什么)。

分析了这么多,我们用触发链来模拟DNS的解析过程,如图32-10所示。

图32-10 触发链模式实现DNS解析的类图

与责任链模式很相似,仅仅多了一个Observable父类和Observer接口,但是在实现上这两种模式有非常大的差异。我们先来解释一下抽象DnsServer的作用。

● 标示声明

表示所有的DNS服务器都具备双重身份:既是观察者也是被观察者,这很重要,它声明所有的服务器都具有相同的身份标志,具有该标志后就可以在链中随意移动,而无需固定在链中的某个位置(这也是链的一个重要特性)。

● 业务抽象

方法setUpperServer的作用是设置父DNS,也就是设置自己的观察者,update方法不仅仅是一个事件的处理者,也同时是事件的触发者。

我们来看代码,首先是最简单的,Recorder类与责任链模式中的记录相同,这里不再赘述。那我们就先看看该模式的核心抽象DnsServer,如代码清单32-37所示。

代码清单32-37 抽象DNS服务器

public abstract class DnsServer extends Observable implements Observer {     //处理请求,也就是接收到事件后的处理     public void update(Observable arg0, Object arg1) {     Recorder recorder = (Recorder)arg1;     //如果本机能解析     if(isLocal(recorder)){     recorder.setIp(genIpAddress);     }else{//本机不能解析,则提交到上级DNS     responsFromUpperServer(recorder);     }     //签名     sign(recorder);     }     //作为被观察者,允许增加观察者,这里上级DNS一般只有一个     public void setUpperServer(DnsServer dnsServer){     //先清空,然后再增加     super.deleteObservers;     super.addObserver(dnsServer);     }     //向父DNS请求解析,也就是通知观察者     private void responsFromUpperServer(Recorder recorder){     super.setChanged;     super.notifyObservers(recorder);     }     //每个DNS服务器签上自己的名字     protected abstract void sign(Recorder recorder);     //每个DNS服务器都必须定义自己的处理级别     protected abstract boolean isLocal(Recorder recorder);     //随机产生一个IP地址,工具类     private String genIpAddress{     Random rand = new Random;     String address = rand.nextInt(255) + "." + rand.nextInt(255) + "."+ rand.nextInt(255) + "."+ rand.nextInt(255);     return address;     }}  

注意看一下responseFromUpperServer方法,它只允许设置一个观察者,因为一般的DNS服务器都只有一个上级DNS服务器。sign方法是签名,这个记录是由谁解析出来的,就由各个实现类独自来实现。三个DnsServer的实现类都比较简单,如代码清单32-38、32-39、32-40所示。

代码清单32-38 上海DNS服务器

public class SHDnsServer extends DnsServer {     @Override     protected void sign(Recorder recorder) {     recorder.setOwner("上海DNS服务器");     }     //定义上海的DNS服务器能处理的级别     @Override     protected boolean isLocal(Recorder recorder) {     return recorder.getDomain.endsWith(".sh.cn");     }}  

代码清单32-39 中国顶级DNS服务器

public class ChinaTopDnsServer extends DnsServer {     @Override     protected void sign(Recorder recorder) {     recorder.setOwner("中国顶级DNS服务器");     }     @Override     protected boolean isLocal(Recorder recorder) {     return recorder.getDomain.endsWith(".cn");     }}  

代码清单32-40 全球顶级DNS服务器

public class TopDnsServer extends DnsServer {     @Override     protected void sign(Recorder recorder) {     recorder.setOwner("全球顶级DNS服务器");     }@Override     protected boolean isLocal(Recorder recorder) {     //所有的域名最终的解析地点     return true;     }}  

我们再建立一个场景类模拟一下DNS解析过程,如代码清单32-41所示。

代码清单32-41 场景类

public class Client {     public static void main(String args) throws Exception {     //上海域名服务器     DnsServer sh = new SHDnsServer;     //中国顶级域名服务器     DnsServer china = new ChinaTopDnsServer;     //全球顶级域名服务器     DnsServer top = new TopDnsServer;     //定义查询路径     china.setUpperServer(top);     sh.setUpperServer(china);     //解析域名     System.out.println("=====域名解析模拟器=====");     while(true){     System.out.print("/n请输入域名(输入N退出):");     String domain = (new BufferedReader(new InputStreamReader (System.in))).readLine;     if(domain.equalsIgnoreCase("n")){     return;     }     Recorder recorder = new Recorder;     recorder.setDomain(domain);     sh.update(null,recorder);     System.out.println("----DNS服务器解析结果----");     System.out.println(recorder);  }     }}  

与责任链模式中的场景类很相似。读者请注意sh.update(null,recorder)这句代码,这是我们虚拟了观察者触发动作,完整的做法是把场景类作为一个被观察者,然后设置观察者为上海DNS服务器,再进行测试,其结果完全相同,我们这里为减少代码量采用了简化处理,有兴趣的读者可以扩充实现。

我们来看看运行结果如何,结果如下所示:

=====域名解析模拟器=====

请输入域名(输入N退出):www.xxx.sh.cn

----DNS服务器解析结果----

域名:www.xxx.sh.cn

IP地址:197.15.34.227

解析者:上海DNS服务器

请输入域名(输入N退出):www.xxx.com.cn

----DNS服务器解析结果----

域名:www.xxx.com.cn

IP地址:201.177.148.99

解析者:上海DNS服务器

请输入域名(输入N退出):www.xxx.com

----DNS服务器解析结果----

域名:www.xxx.com

IP地址:251.41.14.230

解析者:上海DNS服务器

请输入域名(输入N退出):n

可以看出,所有的解析结果都是由上海DNS服务器返回的,这才是真正的DNS解析过程。如何知道它是由上海DNS服务器解析的还是由别的DNS服务器解析的呢?很好办,把代码拷贝过去,然后调试跟踪一下就可以了。或者仔细看看代码,理解一下代码逻辑也可以非常清楚地知道它是如何解析的。

再仔细看一下我们的代码逻辑,上下两个节点之间的关系很微妙,很有意思。

● 下级节点对上级节点顶礼膜拜

比如我们输入的这个域名www.xxx.com,上海域名服务器只知道它是由父节点(中国顶级DNS服务器)解析的,而不知道父节点把该请求转发给了更上层节点(全球顶级DNS服务器),也就是说下级节点关注的是上级节点的响应,只要是上级反馈的结果就认为是上级的。www.xxx.com这个域名最终是由最高节点(全球顶级DNS服务器)解析的,它把解析结果传递给第二个节点(中国顶级DNS服务器)时的签名为“全球顶级DNS服务器”,而第二个节点把请求传递给首节点(上海DNS服务器)时的签名被修改为“中国顶级DNS服务器”。所有从上级节点反馈的响应都认为是上级节点处理的结果,而不追究到底是不是真的是上级节点处理的。

● 上级节点对下级节点绝对信任

上级节点只对下级节点负责,它不关心下级节点的请求从何而来,只要是下级发送的请求就认为是下级的。还是以www.xxx.com域名为例,当最高节点(全球顶级DNS服务器)获得解析请求时,它认为这个请求是谁的?当然是第二个节点(中国顶级DNS服务器)的,否则它也不会把结果反馈给它,但是这个请求的源头却是首节点(上海DNS服务器)的。

32.3.3 小结

通过对DNS解析过程的实现,我们发现触发链和责任链虽然都是链结构,但是还是有区别的。

● 链中的消息对象不同

从首节点开始到最终的尾节点,两个链中传递的消息对象是不同的。责任链模式基本上不改变消息对象的结构,虽然每个节点都可以参与消费(一般是不参与消费),类似于“雁过拔毛”,但是它的结构不会改变,比如从首节点传递进来一个String对象或者Person对象,不会到链尾的时候成了int对象或者Human对象,这在责任链模式中是不可能的,但是在触发链模式中是允许的,链中传递的对象可以自由变化,只要上下级节点对传递对象了解即可,它不要求链中的消息对象不变化,它只要求链中相邻两个节点的消息对象固定。

● 上下节点的关系不同

在责任链模式中,上下节点没有关系,都是接收同样的对象,所有传递的对象都是从链首传递过来,上一节点是什么没有关系,只要按照自己的逻辑处理就成。而触发链模式就不同了,它的上下级关系很亲密,下级对上级顶礼膜拜,上级对下级绝对信任,链中的任意两个相邻节点都是一个牢固的独立团体。

● 消息的分销渠道不同

在责任链模式中,一个消息从链首传递进来后,就开始沿着链条向链尾运动,方向是单一的、固定的;而触发链模式则不同,由于它采用的是观察者模式,所以有非常大的灵活性,一个消息传递到链首后,具体怎么传递是不固定的,可以以广播方式传递,也可以以跳跃方式传递,这取决于处理消息的逻辑。