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GoF給裝飾者模式的定義

元閏子的邀請 ? 來源:元閏子的邀請 ? 作者:元閏子的邀請 ? 2022-06-29 10:22 ? 次閱讀
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上一篇:【Go實(shí)現(xiàn)】實(shí)踐GoF的23種設(shè)計模式:原型模式

簡單的分布式應(yīng)用系統(tǒng)(示例代碼工程):https://github.com/ruanrunxue/Practice-Design-Pattern--Go-Implementation

簡介

我們經(jīng)常會遇到“給現(xiàn)有對象/模塊新增功能”的場景,比如 http router 的開發(fā)場景下,除了最基礎(chǔ)的路由功能之外,我們常常還會加上如日志、鑒權(quán)、流控等 middleware。如果你查看框架的源碼,就會發(fā)現(xiàn) middleware 功能的實(shí)現(xiàn)用的就是裝飾者模式(Decorator Pattern)。

GoF給裝飾者模式的定義如下:

Decorators provide a flexible alternative to subclassing for extending functionality. Attach additional responsibilities to an object dynamically.

簡單來說,裝飾者模式通過組合的方式,提供了能夠動態(tài)地給對象/模塊擴(kuò)展新功能的能力。理論上,只要沒有限制,它可以一直把功能疊加下去,具有很高的靈活性。

如果寫過 Java,那么一定對 I/O Stream 體系不陌生,它是裝飾者模式的經(jīng)典用法,客戶端程序可以動態(tài)地為原始的輸入輸出流添加功能,比如按字符串輸入輸出,加入緩沖等,使得整個 I/O Stream 體系具有很高的可擴(kuò)展性和靈活性。

UML 結(jié)構(gòu)

0c30719e-f700-11ec-ba43-dac502259ad0.jpg

場景上下文

在簡單的分布式應(yīng)用系統(tǒng)(示例代碼工程)中,我們設(shè)計了 Sidecar 邊車模塊,它的用處主要是為了 1)方便擴(kuò)展network.Socket的功能,如增加日志、流控等非業(yè)務(wù)功能;2)讓這些附加功能對業(yè)務(wù)程序隱藏起來,也即業(yè)務(wù)程序只須關(guān)心看到network.Socket接口即可。

0c4d81d0-f700-11ec-ba43-dac502259ad0.jpg

代碼實(shí)現(xiàn)

Sidecar 的這個功能場景,很適合使用裝飾者模式來實(shí)現(xiàn),代碼如下:

//demo/network/socket.go
packagenetwork

//關(guān)鍵點(diǎn)1:定義被裝飾的抽象接口
//Socket網(wǎng)絡(luò)通信Socket接口
typeSocketinterface{
//Listen在endpoint指向地址上起監(jiān)聽
Listen(endpointEndpoint)error
//Close關(guān)閉監(jiān)聽
Close(endpointEndpoint)
//Send發(fā)送網(wǎng)絡(luò)報文
Send(packet*Packet)error
//Receive接收網(wǎng)絡(luò)報文
Receive(packet*Packet)
//AddListener增加網(wǎng)絡(luò)報文監(jiān)聽者
AddListener(listenerSocketListener)
}

//關(guān)鍵點(diǎn)2:提供一個默認(rèn)的基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)
typesocketImplstruct{
listenerSocketListener
}

funcDefaultSocket()*socketImpl{
return&socketImpl{}
}

func(s*socketImpl)Listen(endpointEndpoint)error{
returnInstance().Listen(endpoint,s)
}
...//socketImpl的其他Socket實(shí)現(xiàn)方法


//demo/sidecar/flowctrl_sidecar.go
packagesidecar

//關(guān)鍵點(diǎn)3:定義裝飾器,實(shí)現(xiàn)被裝飾的接口
//FlowCtrlSidecarHTTP接收端流控功能裝飾器,自動攔截Socket接收報文,實(shí)現(xiàn)流控功能
typeFlowCtrlSidecarstruct{
//關(guān)鍵點(diǎn)4:裝飾器持有被裝飾的抽象接口作為成員屬性
socketnetwork.Socket
ctx*flowctrl.Context
}

//關(guān)鍵點(diǎn)5:對于需要擴(kuò)展功能的方法,新增擴(kuò)展功能
func(f*FlowCtrlSidecar)Receive(packet*network.Packet){
httpReq,ok:=packet.Payload().(*http.Request)
//如果不是HTTP請求,則不做流控處理
if!ok{
f.socket.Receive(packet)
return
}
//流控后返回429TooManyRequest響應(yīng)
if!f.ctx.TryAccept(){
httpResp:=http.ResponseOfId(httpReq.ReqId()).
AddStatusCode(http.StatusTooManyRequest).
AddProblemDetails("enterflowctrlstate")
f.socket.Send(network.NewPacket(packet.Dest(),packet.Src(),httpResp))
return
}
f.socket.Receive(packet)
}

//關(guān)鍵點(diǎn)6:不需要擴(kuò)展功能的方法,直接調(diào)用被裝飾接口的原生方法即可
func(f*FlowCtrlSidecar)Close(endpointnetwork.Endpoint){
f.socket.Close(endpoint)
}
...//FlowCtrlSidecar的其他方法

//關(guān)鍵點(diǎn)7:定義裝飾器的工廠方法,入?yún)楸谎b飾接口
funcNewFlowCtrlSidecar(socketnetwork.Socket)*FlowCtrlSidecar{
return&FlowCtrlSidecar{
socket:socket,
ctx:flowctrl.NewContext(),
}
}

//demo/sidecar/all_in_one_sidecar_factory.go
//關(guān)鍵點(diǎn)8:使用時,通過裝飾器的工廠方法,把所有裝飾器和被裝飾者串聯(lián)起來
func(aAllInOneFactory)Create()network.Socket{
returnNewAccessLogSidecar(NewFlowCtrlSidecar(network.DefaultSocket()),a.producer)
}

總結(jié)實(shí)現(xiàn)裝飾者模式的幾個關(guān)鍵點(diǎn):

  1. 定義需要被裝飾的抽象接口,后續(xù)的裝飾器都是基于該接口進(jìn)行擴(kuò)展。
  2. 為抽象接口提供一個基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)。
  3. 定義裝飾器,并實(shí)現(xiàn)被裝飾的抽象接口。
  4. 裝飾器持有被裝飾的抽象接口作為成員屬性?!把b飾”的意思是在原有功能的基礎(chǔ)上擴(kuò)展新功能,因此必須持有原有功能的抽象接口。
  5. 在裝飾器中,對于需要擴(kuò)展功能的方法,新增擴(kuò)展功能。
  6. 不需要擴(kuò)展功能的方法,直接調(diào)用被裝飾接口的原生方法即可。
  7. 為裝飾器定義一個工廠方法,入?yún)楸谎b飾接口。
  8. 使用時,通過裝飾器的工廠方法,把所有裝飾器和被裝飾者串聯(lián)起來。

擴(kuò)展

Go 風(fēng)格的實(shí)現(xiàn)

在 Sidecar 的場景上下文中,被裝飾的Socket是一個相對復(fù)雜的接口,裝飾器通過實(shí)現(xiàn)Socket接口來進(jìn)行功能擴(kuò)展,是典型的面向?qū)ο箫L(fēng)格。

如果被裝飾者是一個簡單的接口/方法/函數(shù),我們可以用更具 Go 風(fēng)格的實(shí)現(xiàn)方式,考慮前文提到的 http router 場景。如果你使用原生的net/http進(jìn)行 http router 開發(fā),通常會這么實(shí)現(xiàn):

funcmain(){
//注冊/hello的router
http.HandleFunc("/hello",hello)
//啟動http服務(wù)器
http.ListenAndServe("localhost:8080",nil)
}

//具體的請求處理邏輯,類型是http.HandlerFunc
funchello(whttp.ResponseWriter,r*http.Request){
w.Write([]byte("hello,world"))
}

其中,我們通過http.HandleFunc來注冊具體的 router,hello是具體的請求處理方法?,F(xiàn)在,我們想為該 http 服務(wù)器增加日志、鑒權(quán)等通用功能,那么可以把func(w http.ResponseWriter, r *http.Request)作為被裝飾的抽象接口,通過新增日志、鑒權(quán)等裝飾器完成功能擴(kuò)展。

//demo/network/http/http_handle_func_decorator.go

//關(guān)鍵點(diǎn)1:確定被裝飾接口,這里為原生的http.HandlerFunc
typeHandlerFuncfunc(ResponseWriter,*Request)

//關(guān)鍵點(diǎn)2:定義裝飾器類型,是一個函數(shù)類型,入?yún)⒑头祷刂刀际莌ttp.HandlerFunc函數(shù)
typeHttpHandlerFuncDecoratorfunc(http.HandlerFunc)http.HandlerFunc

//關(guān)鍵點(diǎn)3:定義裝飾函數(shù),入?yún)楸谎b飾的接口和裝飾器可變列表
funcDecorate(hhttp.HandlerFunc,decorators...HttpHandlerFuncDecorator)http.HandlerFunc{
//關(guān)鍵點(diǎn)4:通過for循環(huán)遍歷裝飾器,完成對被裝飾接口的裝飾
for_,decorator:=rangedecorators{
h=decorator(h)
}
returnh
}

//關(guān)鍵點(diǎn)5:實(shí)現(xiàn)具體的裝飾器
funcWithBasicAuth(hhttp.HandlerFunc)http.HandlerFunc{
returnfunc(whttp.ResponseWriter,r*http.Request){
cookie,err:=r.Cookie("Auth")
iferr!=nil||cookie.Value!="Pass"{
w.WriteHeader(http.StatusForbidden)
return
}
//關(guān)鍵點(diǎn)6:完成功能擴(kuò)展之后,調(diào)用被裝飾的方法,才能將所有裝飾器和被裝飾者串起來
h(w,r)
}
}

funcWithLogger(hhttp.HandlerFunc)http.HandlerFunc{
returnfunc(whttp.ResponseWriter,r*http.Request){
log.Println(r.Form)
log.Printf("path%s",r.URL.Path)
h(w,r)
}
}

funchello(whttp.ResponseWriter,r*http.Request){
w.Write([]byte("hello,world"))
}

funcmain(){
//關(guān)鍵點(diǎn)7:通過Decorate函數(shù)完成對hello的裝飾
http.HandleFunc("/hello",Decorate(hello,WithLogger,WithBasicAuth))
//啟動http服務(wù)器
http.ListenAndServe("localhost:8080",nil)
}

上述的裝飾者模式的實(shí)現(xiàn),用到了類似于Functional Options的技巧,也是巧妙利用了 Go 的函數(shù)式編程的特點(diǎn),總結(jié)下來有如下幾個關(guān)鍵點(diǎn):

  1. 確定被裝飾的接口,上述例子為http.HandlerFunc。
  2. 定義裝飾器類型,是一個函數(shù)類型,入?yún)⒑头祷刂刀际潜谎b飾接口,上述例子為func(http.HandlerFunc) http.HandlerFunc。
  3. 定義裝飾函數(shù),入?yún)楸谎b飾的接口和裝飾器可變列表,上述例子為Decorate方法。
  4. 在裝飾方法中,通過for循環(huán)遍歷裝飾器,完成對被裝飾接口的裝飾。這里是用來類似Functional Options的技巧,一定要注意裝飾器的順序!
  5. 實(shí)現(xiàn)具體的裝飾器,上述例子為WithBasicAuthWithLogger函數(shù)。
  6. 在裝飾器中,完成功能擴(kuò)展之后,記得調(diào)用被裝飾者的接口,這樣才能將所有裝飾器和被裝飾者串起來。
  7. 在使用時,通過裝飾函數(shù)完成對被裝飾者的裝飾,上述例子為Decorate(hello, WithLogger, WithBasicAuth)。

Go 標(biāo)準(zhǔn)庫中的裝飾者模式

在 Go 標(biāo)準(zhǔn)庫中,也有一個運(yùn)用了裝飾者模式的模塊,就是context,其中關(guān)鍵的接口如下:

packagecontext

//被裝飾接口
typeContextinterface{
Deadline()(deadlinetime.Time,okbool)
Done()<-chanstruct{}
Err()error
Value(keyany)any
}

//cancel裝飾器
typecancelCtxstruct{
Context//被裝飾接口
musync.Mutex
doneatomic.Value
childrenmap[canceler]struct{}=
errerror
}
//cancel裝飾器的工廠方法
funcWithCancel(parentContext)(ctxContext,cancelCancelFunc){
//...
c:=newCancelCtx(parent)
propagateCancel(parent,&c)
return&c,func(){c.cancel(true,Canceled)}
}

//timer裝飾器
typetimerCtxstruct{
cancelCtx//被裝飾接口
timer*time.Timer

deadlinetime.Time
}
//timer裝飾器的工廠方法
funcWithDeadline(parentContext,dtime.Time)(Context,CancelFunc){
//...
c:=&timerCtx{
cancelCtx:newCancelCtx(parent),
deadline:d,
}
//...
returnc,func(){c.cancel(true,Canceled)}
}
//timer裝飾器的工廠方法
funcWithTimeout(parentContext,timeouttime.Duration)(Context,CancelFunc){
returnWithDeadline(parent,time.Now().Add(timeout))
}

//value裝飾器
typevalueCtxstruct{
Context//被裝飾接口
key,valany
}
//value裝飾器的工廠方法
funcWithValue(parentContext,key,valany)Context{
ifparent==nil{
panic("cannotcreatecontextfromnilparent")
}
//...
return&valueCtx{parent,key,val}
}
0c708ad6-f700-11ec-ba43-dac502259ad0.jpg

使用時,可以這樣:

//使用時,可以這樣
funcmain(){
ctx:=context.Background()
ctx=context.WithValue(ctx,"key1","value1")
ctx,_=context.WithTimeout(ctx,time.Duration(1))
ctx=context.WithValue(ctx,"key2","value2")
}

不管是 UML 結(jié)構(gòu),還是使用方法,context模塊都與傳統(tǒng)的裝飾者模式有一定出入,但也不妨礙context是裝飾者模式的典型運(yùn)用。還是那句話,學(xué)習(xí)設(shè)計模式,不能只記住它的結(jié)構(gòu),而是學(xué)習(xí)其中的動機(jī)和原理。

典型使用場景

  • I/O 流,比如為原始的 I/O 流增加緩沖、壓縮等功能。
  • Http Router,比如為基礎(chǔ)的 Http Router 能力增加日志、鑒權(quán)、Cookie等功能。
  • ......

優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

  1. 遵循開閉原則,能夠在不修改老代碼的情況下擴(kuò)展新功能。
  2. 可以用多個裝飾器把多個功能組合起來,理論上可以無限組合。

缺點(diǎn)

  1. 一定要注意裝飾器裝飾的順序,否則容易出現(xiàn)不在預(yù)期內(nèi)的行為。
  2. 當(dāng)裝飾器越來越多之后,系統(tǒng)也會變得復(fù)雜。

與其他模式的關(guān)聯(lián)

裝飾者模式和代理模式具有很高的相似性,但是兩種所強(qiáng)調(diào)的點(diǎn)不一樣。前者強(qiáng)調(diào)的是為本體對象添加新的功能;后者強(qiáng)調(diào)的是對本體對象的訪問控制

裝飾者模式和適配器模式的區(qū)別是,前者只會擴(kuò)展功能而不會修改接口;后者則會修改接口。

文章配圖

可以在用Keynote畫出手繪風(fēng)格的配圖中找到文章的繪圖方法。

審核編輯 :李倩


聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
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原文標(biāo)題:【Go實(shí)現(xiàn)】實(shí)踐GoF的23種設(shè)計模式:裝飾者模式

文章出處:【微信號:yuanrunzi,微信公眾號:元閏子的邀請】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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