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设计模式——拦截过滤器模式

article 2024/11/25 22:24:49

定义与概念

拦截过滤器模式（Intercepting Filter Pattern）是一种软件设计模式，主要用于在处理请求的过程中，对请求进行一系列预处理和后处理操作。这些操作通过一系列的过滤器来实现，过滤器可以在请求到达目标处理程序之前对请求进行检查、修改或记录等操作，也可以在目标处理程序生成响应之后对响应进行类似的操作。

结构组成

过滤器（Filter）：
这是模式的核心组件，它定义了对请求和响应进行操作的接口。过滤器可以有多个，每个过滤器都有自己特定的功能，如身份验证过滤器、日志记录过滤器、数据压缩过滤器等。过滤器通常会实现一个doFilter()方法，这个方法接收请求和响应对象，并在其中执行对请求或响应的操作，还会决定是否将请求传递给下一个过滤器或者目标处理程序。例如，身份验证过滤器会在doFilter()方法中检查请求中的用户凭据，只有验证通过的请求才会被继续传递。
目标处理程序（Target Handler）：
目标处理程序是最终处理请求并生成响应的组件。它接收经过一系列过滤器处理后的请求，执行具体的业务逻辑，如查询数据库、生成 HTML 页面等操作，然后返回响应。例如，在一个 Web 应用中，目标处理程序可能是一个 Servlet，它根据请求中的参数从数据库中获取数据，然后生成包含数据的 HTML 页面作为响应。
过滤器链（Filter Chain）：
过滤器链用于管理和组织多个过滤器，它决定了过滤器的执行顺序。当一个请求进入系统时，它会按照过滤器链中定义的顺序依次通过各个过滤器，每个过滤器都可以对请求进行操作，然后再传递给下一个过滤器或者目标处理程序。过滤器链可以是一个简单的线性结构，也可以根据不同的请求类型或者其他条件动态地调整过滤器的顺序。
客户端（Client）：
客户端是发起请求的实体，它可以是一个浏览器、一个移动应用或者其他软件系统。客户端发送请求到过滤器链的第一个过滤器，然后等待接收经过处理后的响应。

工作原理

客户端发起请求，请求首先到达过滤器链中的第一个过滤器。第一个过滤器对请求进行预处理，例如检查请求的合法性、记录请求日志等操作。如果请求满足该过滤器的要求，过滤器会调用过滤器链的doFilter()方法，将请求传递给下一个过滤器（如果有）。这个过程会在过滤器链中依次进行，每个过滤器都可以对请求进行检查、修改或者添加信息等操作。当请求通过所有的过滤器后，它会到达目标处理程序。目标处理程序执行具体的业务逻辑，生成响应。响应会沿着相反的方向通过过滤器链，每个过滤器可以对响应进行后处理，如数据压缩、添加响应头信息等操作。最后，经过处理后的响应返回给客户端。

代码示例（简单的控制台应用模拟）

请求和响应结构体

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

// 表示请求的结构体
struct Request {
    std::string url;
    std::vector<std::string> parameters;
};

// 表示响应的结构体
struct Response {
    int statusCode;
    std::string body;
};

过滤器接口（Filter）

class Filter {
public:
    virtual void doFilter(Request& request, Response& response, Filter* next) = 0;
};

具体过滤器 - 日志记录过滤器（LoggingFilter）

class LoggingFilter : public Filter {
public:
    void doFilter(Request& request, Response& response, Filter* next) override {
        std::cout << "记录请求日志: " << request.url << std::endl;
        if (next!= nullptr) {
            next->doFilter(request, response, nullptr);
        }
    }
};

具体过滤器 - 身份验证过滤器（AuthenticationFilter）

class AuthenticationFilter : public Filter {
public:
    void doFilter(Request& request, Response& response, Filter* next) override {
        // 简单模拟身份验证，这里假设URL包含"auth"表示已认证
        if (request.url.find("auth")!= std::string::npos) {
            if (next!= nullptr) {
                next->doFilter(request, response, nullptr);
            }
        } else {
            response.statusCode = 401;
            response.body = "未授权访问。";
        }
    }
};

目标处理程序（TargetHandler）

class TargetHandler {
public:
    Response handleRequest(Request& request) {
        Response response;
        response.statusCode = 200;
        response.body = "已处理请求: " + request.url;
        return response;
    }
};

过滤器链（FilterChain）

class FilterChain {
private:
    std::vector<Filter*> filters;
    int currentIndex = 0;
    TargetHandler targetHandler;

public:
    void addFilter(Filter* filter) {
        filters.push_back(filter);
    }

    void doFilter(Request& request, Response& response) {
        if (currentIndex < filters.size()) {
            Filter* currentFilter = filters[currentIndex];
            currentFilter->doFilter(request, response, this);
            currentIndex++;
        } else {
            response = targetHandler.handleRequest(request);
        }
    }
};

客户端使用示例（模拟）

int main() {
    FilterChain chain;
    LoggingFilter loggingFilter;
    AuthenticationFilter authenticationFilter;

    chain.addFilter(&loggingFilter);
    chain.addFilter(&authenticationFilter);

    Request request;
    request.url = "auth/somepage";
    Response response;
    chain.doFilter(request, response);

    std::cout << "响应状态码: " << response.statusCode << std::endl;
    std::cout << "响应内容: " << response.body << std::endl;

    Request unauthorizedRequest;
    unauthorizedRequest.url = "somepage";
    Response unauthorizedResponse;
    chain.doFilter(unauthorizedRequest, unauthorizedResponse);

    std::cout << "未授权响应状态码: " << unauthorizedResponse.statusCode << std::endl;
    std::cout << "未授权响应内容: " << unauthorizedResponse.body << std::endl;

    return 0;
}

优点

分离关注点：
通过将不同的处理功能（如日志记录、身份验证等）封装到不同的过滤器中，使得每个功能模块的职责更加清晰，便于维护和扩展。例如，在一个大型的 Web 应用中，可以方便地添加、删除或者修改某个过滤器，而不会影响到其他功能模块。
可复用性高：
过滤器可以在不同的请求处理场景中复用。例如，日志记录过滤器可以用于所有的请求处理流程，只需要将其添加到过滤器链中即可。这提高了代码的复用性，减少了重复代码的编写。
灵活性和可配置性：
可以根据不同的应用需求灵活地配置过滤器链，包括过滤器的顺序、是否启用某个过滤器等。例如，在开发环境中，可以启用详细的日志记录过滤器，而在生产环境中可以禁用或者调整日志记录的级别。

缺点

增加系统复杂度：
引入多个过滤器和过滤器链会增加系统的层次结构和复杂度。对于简单的应用来说，可能会显得过于复杂，并且在理解和调试请求处理流程时会增加难度。例如，在一个小型的命令行工具中，使用拦截过滤器模式可能会使代码变得臃肿。
性能开销：
每个过滤器都需要对请求和响应进行处理，这可能会引入一定的性能开销，尤其是在高并发的应用场景下。如果过滤器的处理逻辑比较复杂或者过滤器数量较多，可能会导致响应时间延长。因此，在设计过滤器时，需要注意优化其性能，避免不必要的操作。

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