Chain of Responsibility，PHP 責任鏈模式

30 October 2023
php

簡介

Chain of Responsibility（責任鏈模式）是一種行為型設計模式，用於將一個請求沿著一條「鏈」傳遞，這條「鏈」由多個處理物件組成。每個處理物件決定自己是否要處理該請求，如果不處理就將請求傳給下一個物件。這種設計有助於減少發送者和接收者之間的耦合，讓系統更加靈活和易於擴展。

什麼是 Chain of Responsibility

Chain of Responsibility 用於將一個請求沿著一條「鏈」傳遞，直到有一個物件處理它。想像一下你去咖啡店點了一杯拿鐵，員工會按照一個特定的順序來製作：先磨咖啡豆，然後萃取咖啡，最後加牛奶。每個步驟都是一個「責任」，並且是按照一個特定的順序（也就是「鏈」）來完成的。

在這個模式中，每一個責任都會被分配給一個單獨的物件。這個物件會判斷它是否能夠處理這個請求。如果可以，它就會處理；否則，它會將請求傳遞給鏈中的下一個物件。這樣的好處是，每個處理者只需要關注自己的職責，不需要知道整個鏈的結構。

chain fo resposibility class diagram

Chain of Responsibility 類別圖

這個設計模式有助於解耦，讓不同的物件有機會處理請求，而不需要知道其他物件的存在。這樣就易於添加或修改功能，因為你只需要更改相應的「環節」，而不需要修改整個「鏈」。這種設計讓系統更加模組化，每個處理者都可以獨立開發和測試。

舉例來說，如果咖啡店想要推出新口味的拿鐵，比如「焦糖拿鐵」，員工只需要在原有的「製作拿鐵」的鏈上添加一個「加焦糖糖漿」的步驟。這樣，既不需要改變其他步驟，也不會影響其他種類的咖啡。

什麼狀況適合使用 Chain of Responsibility

多個處理者：當您有多個物件可以處理同一請求，但您不確定哪個物件應該負責時，可以使用責任鏈模式讓它們依次嘗試處理。
動態添加功能：當您想動態地為物件添加處理請求的功能時，責任鏈模式讓您可以靈活地組合不同的處理者。
請求分解：當您想將一個大請求拆分成多個小請求，每個請求由不同的物件處理時，責任鏈模式非常適合。
降低耦合：當您想降低發送者和接收者之間的耦合度時，責任鏈模式可以讓發送者不需要知道具體的處理者。
處理順序重要：當請求的處理順序很重要，且需要按照特定順序執行時，責任鏈模式可以確保順序。

範例教學

假設我們有一個咖啡機，可以添加糖、牛奶，以及拿鐵精華。

原始範例 (未使用 Chain of Responsibility)

function makeCoffee($type, $addMilk = false, $addSugar = false) {
    echo "Making a $type coffee.\n";
    if ($addMilk) {
        echo "Adding milk.\n";
    }
    if ($addSugar) {
        echo "Adding sugar.\n";
    }
}

makeCoffee("Espresso", true, false);  // Output: Making an Espresso coffee. Adding milk.

這種做法會把功能與處理邏輯嵌入在單一函數中，不易擴展。如果未來需要添加新的咖啡類型或新的添加物（如巧克力、焦糖等），就需要修改這個函數，違反了開放封閉原則（Open-Closed Principle）。

改善範例 (使用 Chain of Responsibility)

// 定義一個 CoffeeHandler 介面，它擁有 setNext 和 handle 方法
interface CoffeeHandler {
    public function setNext(CoffeeHandler $handler);
    public function handle($request);
}

// BaseCoffee 是 CoffeeHandler 介面的基礎實現
class BaseCoffee implements CoffeeHandler {
    private $nextHandler;  // 下一個處理者

    // 設置下一個處理者
    public function setNext(CoffeeHandler $handler) {
        $this->nextHandler = $handler;
    }

    // 處理請求，如果有下一個處理者則傳遞給下一個處理者
    public function handle($request) {
        if ($this->nextHandler) {
            $this->nextHandler->handle($request);
        }
    }
}

// Espresso 處理者繼承 BaseCoffee，專門處理 Espresso 請求
class Espresso extends BaseCoffee {
    public function handle($request) {
        if ($request == 'Espresso') {
            echo "Making an Espresso.\n";
        }
        parent::handle($request);  // 傳遞給下一個處理者（如果有）
    }
}

// Milk 處理者繼承 BaseCoffee，添加牛奶
class Milk extends BaseCoffee {
    public function handle($request) {
        echo "Adding milk.\n";
        parent::handle($request);  // 傳遞給下一個處理者（如果有）
    }
}

// Sugar 處理者繼承 BaseCoffee，添加糖
class Sugar extends BaseCoffee {
    public function handle($request) {
        echo "Adding sugar.\n";
        parent::handle($request);  // 傳遞給下一個處理者（如果有）
    }
}

// 建立 Chain of Responsibility
$espresso = new Espresso();  // 處理 Espresso 的處理者
$milk = new Milk();  // 處理牛奶的處理者
$sugar = new Sugar();  // 處理糖的處理者

// 設置處理鏈
$espresso->setNext($milk);
$milk->setNext($sugar);

// 發起請求
$espresso->handle('Espresso');

這種做法會產生高度解耦、更加靈活、易於擴展和維護的程式。每個處理者都只負責自己的職責，如果需要添加新的處理者（例如添加巧克力），只需要創建一個新的類別並將其加入到鏈中即可，不需要修改現有的程式碼。

更多延伸範例

這個範例會示範如何使用 Chain of Responsibility 模式為咖啡添加不同的成分，如糖、牛奶和巧克力。

// CoffeeHandler 是負責處理咖啡請求的介面
interface CoffeeHandler {
    public function setNext(CoffeeHandler $handler);
    public function handle($request);
}

// BaseCoffee 是 CoffeeHandler 的基本實現，它將請求轉發給鏈中的下一個處理程序
class BaseCoffee implements CoffeeHandler {
    private $nextHandler;
    public function setNext(CoffeeHandler $handler) {
        $this->nextHandler = $handler;
    }
    public function handle($request) {
        if ($this->nextHandler) {
            $this->nextHandler->handle($request);
        }
    }
}

// Espresso 類別負責製作濃咖啡
class Espresso extends BaseCoffee {
    public function handle($request) {
        if ($request == 'Espresso') {
            echo "Making an Espresso.\n";
        }
        parent::handle($request);
    }
}

// Milk 類別負責添加牛奶
class Milk extends BaseCoffee {
    public function handle($request) {
        if ($request == 'Milk') {
            echo "Adding milk.\n";
        }
        parent::handle($request);
    }
}

// Sugar 類別負責添加糖
class Sugar extends BaseCoffee {
    public function handle($request) {
        if ($request == 'Sugar') {
            echo "Adding sugar.\n";
        }
        parent::handle($request);
    }
}

// Chocolate 類別負責添加巧克力
class Chocolate extends BaseCoffee {
    public function handle($request) {
        if ($request == 'Chocolate') {
            echo "Adding chocolate.\n";
        }
        parent::handle($request);
    }
}

// 使用 Chain of Responsibility
$espresso = new Espresso();
$milk = new Milk();
$sugar = new Sugar();
$chocolate = new Chocolate();

// 設定責任鏈
$espresso->setNext($milk);
$milk->setNext($sugar);
$sugar->setNext($chocolate);

// 製作一杯包含濃咖啡、牛奶、糖和巧克力的咖啡
$espresso->handle('Espresso');  // Output: Making an Espresso.
$milk->handle('Milk');          // Output: Adding milk.
$sugar->handle('Sugar');        // Output: Adding sugar.
$chocolate->handle('Chocolate');// Output: Adding chocolate.

這個範例中，我們添加了一個新的處理程序 Chocolate，這樣你就可以為咖啡添加巧克力了。通過這種方式，你可以輕易地擴展責任鏈，添加更多的咖啡成分或其他特性。每個處理程序只需要關注自己的部分，使得程式更容易維護和擴展。

注意：在這個範例中，每個處理者都需要明確指定要處理的請求類型。在實際應用中，你可以根據不同的條件來決定是否處理請求，例如根據請求的屬性、狀態等。

Chain of Responsibility 的優缺點

優點：

降低耦合度：發送者和接收者之間不需要直接耦合，發送者不需要知道具體的處理者
增強靈活性：可以動態地組合和調整處理鏈，添加或移除處理者都很容易
單一職責原則：每個處理者只負責自己的職責，符合單一職責原則
開放封閉原則：可以添加新的處理者而不需要修改現有程式碼

缺點：

效能考量：如果鏈很長，可能會影響效能，因為請求需要經過多個處理者
請求可能不被處理：如果鏈中沒有處理者能夠處理請求，請求可能會被忽略
調試困難：當鏈很長時，追蹤請求的處理流程可能會比較困難
順序依賴：處理者的順序很重要，如果順序錯誤可能會導致問題

實際應用場景

Chain of Responsibility 模式在實際開發中經常被使用，常見的應用場景包括：

請求處理：在 Web 框架中處理 HTTP 請求，例如中間件（Middleware）的處理鏈
事件處理：處理事件時，讓多個處理者依次嘗試處理事件
權限驗證：多層級的權限驗證，例如先驗證登入狀態，再驗證權限，最後驗證資源存取權限
日誌處理：不同級別的日誌由不同的處理者處理（例如錯誤日誌、警告日誌、資訊日誌）
表單驗證：多個驗證規則依次檢查表單資料
異常處理：不同類型的異常由不同的處理者處理

其他類似的 Design Pattern

在設計模式中，有幾個與 Chain of Responsibility 相似的模式，但它們的用途和應用場景有所不同：

Command Pattern（命令模式）：將請求封裝成物件，讓你可以參數化客戶端。Command Pattern 一般用於單一發送者，而 Chain of Responsibility 用於多個接收者。
Observer Pattern（觀察者模式）：定義物件間的一對多依賴關係，當一個物件狀態改變時，所有依賴它的物件都會收到通知。Observer Pattern 一般用於多個接收者同時處理事件，而 Chain of Responsibility 是依次處理。

主要區別：

Chain of Responsibility：主要用於降低發送者和多個接收者之間的耦合，請求沿著鏈依次傳遞，直到有處理者處理它
Command Pattern：將請求封裝成物件，可以延遲執行、記錄、撤銷等，一般用於單一發送者
Observer Pattern：當事件發生時，所有觀察者都會收到通知，一般用於多個接收者同時處理

總結

Chain of Responsibility 模式是一個非常實用的設計模式，特別適合在需要多個物件依次處理請求的情況下使用。它能夠降低系統的耦合度，提高程式碼的靈活性和可維護性。

記住，責任鏈模式的核心思想是「將請求沿著鏈傳遞，直到有處理者處理它」，這讓我們能夠動態地組合不同的處理者，而不需要修改現有的程式碼。

參考來源

Design Patterns: Chain of Responsibility
"Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software" by Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, and John Vlissides

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