Java 設計模式精講：責任鏈模式與 Tomcat Filter 鏈實戰解析

模式定義

責任鏈模式將請求的發送者與接收者解耦：多個處理者對象組成一條鏈，請求沿鏈傳遞，直到某個處理者處理它或到達鏈尾。發送者無需知道誰最終處理請求。

角色

純與不純責任鏈

• 純：每個處理者要么全權處理，要么完全轉發，不允許部分處理後再轉發。請求必須被某處理者吸收。
• 不純：允許部分處理後轉發，請求可能到達鏈尾無人處理。實際項目多為不純。

案例一：會餐費用審批流程

業務規則

• 項目經理：審批 ≤ 500 元
• 部門經理：審批 ≤ 1000 元
• 總經理：審批任意金額

代碼實現

// 抽象處理者
public abstract class Handler {
    protected Handler successor;
    public void setSuccessor(Handler s) { this.successor = s; }
    public abstract String handleFeeRequest(String user, double fee);
}

// 具體處理者
public class ProjectManager extends Handler {
    @Override public String handleFeeRequest(String user, double fee) {
        if (fee < 500) {
            return "張三".equals(user) ?
                "成功：項目經理批准【" + user + "】" + fee + "元" :
                "失敗：項目經理駁回【" + user + "】" + fee + "元";
        }
        return successor != null ? successor.handleFeeRequest(user, fee) : "無人審批";
    }
}
public class DeptManager extends Handler {
    @Override public String handleFeeRequest(String user, double fee) {
        if (fee < 1000) {
            return "張三".equals(user) ?
                "成功：部門經理批准【" + user + "】" + fee + "元" :
                "失敗：部門經理駁回【" + user + "】" + fee + "元";
        }
        return successor != null ? successor.handleFeeRequest(user, fee) : "無人審批";
    }
}
public class GeneralManager extends Handler {
    @Override public String handleFeeRequest(String user, double fee) {
        if (fee >= 1000) {
            return "張三".equals(user) ?
                "成功：總經理批准【" + user + "】" + fee + "元" :
                "失敗：總經理駁回【" + user + "】" + fee + "元";
        }
        return successor != null ? successor.handleFeeRequest(user, fee) : "無人審批";
    }
}

// 客戶端組裝鏈
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Handler pm = new ProjectManager();
        Handler dm = new DeptManager();
        Handler gm = new GeneralManager();
        pm.setSuccessor(dm);
        dm.setSuccessor(gm);

        System.out.println(pm.handleFeeRequest("張三", 300));  // 項目經理批准
        System.out.println(pm.handleFeeRequest("李四", 300));  // 項目經理駁回
        System.out.println(pm.handleFeeRequest("張三", 700));  // 部門經理批准
        System.out.println(pm.handleFeeRequest("張三", 1500)); // 總經理批准
    }
}

案例二：Tomcat Filter 鏈源碼深度解析

核心類

• ApplicationFilterChain：責任鏈核心，實現 FilterChain 接口，持有 ApplicationFilterConfig[] filters 數組與位置指針 pos。
• ApplicationFilterConfig：Filter 包裝器，持有 Filter 實例與配置元數據。
• ApplicationFilterFactory：構建 Filter 鏈，從 StandardContext 讀取 web.xml 配置，實例化 Filter 並加入鏈。

鏈構建流程

1. StandardWrapperValve.invoke() 調用 ApplicationFilterFactory.createFilterChain()。
2. 工廠創建 ApplicationFilterChain，遍歷 FilterMap，匹配 URL/Servlet 名稱。
3. 匹配成功則從 StandardContext 獲取 ApplicationFilterConfig，調用 filterChain.addFilter(config) 加入數組。
4. 返回構建好的 filterChain，閥門調用 filterChain.doFilter(req, res) 啟動鏈。

doFilter 執行邏輯

// ApplicationFilterChain.internalDoFilter()
if (pos < n) {
    ApplicationFilterConfig config = filters[pos++];
    Filter filter = config.getFilter();
    // 安全管理器檢查...
    filter.doFilter(request, response, this); // 關鍵：傳遞 this (FilterChain) 讓 Filter 可繼續調用
}

用戶 Filter 實現：

public class MyFilter implements Filter {
    public void doFilter(ServletRequest req, ServletResponse res, FilterChain chain) {
        // 前置邏輯
        chain.doFilter(req, res); // 必須調用，否則鏈中斷
        // 後置邏輯
    }
}

調試驗證

在 StandardWrapperValve.invoke() 斷點可見調用棧：
invoke → createFilterChain → addFilter (多次) → doFilter → internalDoFilter → filter.doFilter → chain.doFilter → ...

優缺點總結

最佳實踐

1. 處理者盡量單一職責，避免大而全的 handleRequest。
2. 提供建構器/工廠靈活組裝鏈，支援配置文件驅動（如 Tomcat）。
3. 關鍵節點添加日誌/埋點，便於追蹤請求流向。
4. 設置鏈長上限或超時機制，防止異常循環。
5. 區分同步/異步處理者：耗時操作放入異步處理者，返回 CompletableFuture 或使用 Reactor 模式。