32.3 观察者模式VS责任链模式

发表于 更新于 分类于 ， ， Waline： 本文字数： 12k 阅读时长 ≈ 11 分钟

32.3 观察者模式VS责任链模式

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。

image-20210930172207752

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。

image-20210930172314258

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。

image-20210930172345216

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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
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：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
=====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。

image-20210930172848826

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。

image-20210930172945418

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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
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：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
=====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。