Golang 常见设计模式之装饰模式

版主 又拍云 3月前 568

想必只要是熟悉 Python 的同学对装饰模式一定不会陌生,这类 Python 从语法上原生支持的装饰器,大大提高了装饰模式在 Python 中的应用。尽管 Go 语言中装饰模式没有 Python 中应用的那么广泛,但是它也有其独到的地方。接下来就一起看下装饰模式在 Go 语言中的应用。



简单装饰器


我们通过一个简单的例子来看一下装饰器的简单应用,首先编写一个 hello 函数:

package main
import "fmt"
func hello() {
    fmt.Println("Hello World!")
}
func main() {
    hello()
}


完成上面代码后,执行会输出“Hello World!”。接下来通过以下方式,在打印“Hello World!”前后各加一行日志:

package main
import "fmt"
func hello() {
    fmt.Println("before")
    fmt.Println("Hello World!")
    fmt.Println("after")
}
func main() {
    hello()
}


代码执行后输出:

before
Hello World!
after


当然我们可以选择一个更好的实现方式,即单独编写一个专门用来打印日志的 logger 函数,示例如下:

package main
import "fmt"
func logger(f func()) func() {
    return func() {
        fmt.Println("before")
        f()
        fmt.Println("after")
    }
}
func hello() {
    fmt.Println("Hello World!")
}
func main() {
    hello := logger(hello)
    hello()
}


可以看到 logger 函数接收并返回了一个函数,且参数和返回值的函数签名同 hello 一样。然后我们在原来调用 hello() 的位置进行如下修改:

hello := logger(hello)
hello()


这样我们通过 logger 函数对 hello 函数的包装,更加优雅的实现了给 hello 函数增加日志的功能。执行后的打印结果仍为:

before
Hello World!
after


其实 logger 函数也就是我们在 Python 中经常使用的装饰器,因为 logger 函数不仅可以用于 hello,还可以用于其他任何与 hello 函数有着同样签名的函数。

当然如果想使用 Python 中装饰器的写法,我们可以这样做:

package main
import "fmt"
func logger(f func()) func() {
    return func() {
        fmt.Println("before")
        f()
        fmt.Println("after")
    }
}
// 给 hello 函数打上 logger 装饰器
@logger
func hello() {
    fmt.Println("Hello World!")
}
func main() {
    // hello 函数调用方式不变
    hello()
}


但很遗憾,上面的程序无法通过编译。因为 Go 语言目前还没有像 Python 语言一样从语法层面提供对装饰器语法糖的支持。



装饰器实现中间件


尽管 Go 语言中装饰器的写法不如 Python 语言精简,但它被广泛运用于 Web 开发场景的中间件组件中。比如 Gin Web 框架的如下代码,只要使用过就肯定会觉得熟悉:

package main
import "github.com/gin-gonic/gin"
func main() {
    r := gin.New()
    // 使用中间件
    r.Use(gin.Logger(), gin.Recovery())
    r.GET("/ping", func(c *gin.Context) {
        c.JSON(200, gin.H{
            "message": "pong",
        })
    })
    _ = r.Run(":8888")
}


如示例中使用 gin.Logger() 增加日志,使用 gin.Recovery() 来处理 panic 异常一样,在 Gin 框架中可以通过 r.Use(middlewares...) 的方式给路由增加非常多的中间件,来方便我们拦截路由处理函数,并在其前后分别做一些处理逻辑。

而 Gin 框架的中间件正是使用装饰模式来实现的。下面我们借用 Go 语言自带的 http 库进行一个简单模拟。这是一个简单的 Web Server 程序,其监听 8888 端口,当访问 /hello 路由时会进入 handleHello 函数逻辑:

package main
import (
"fmt"
"net/http"
)
func loggerMiddleware(f http.HandlerFunc) http.HandlerFunc {
return func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
fmt.Println("before")
f(w, r)
fmt.Println("after")
}
}
func authMiddleware(f http.HandlerFunc) http.HandlerFunc {
return func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
if token := r.Header.Get("token"); token != "fake_token" {
_, _ = w.Write([]byte("unauthorized\n"))
return
}
f(w, r)
}
}
func handleHello(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
fmt.Println("handle hello")
_, _ = w.Write([]byte("Hello World!\n"))
}
func main() {
http.HandleFunc("/hello", authMiddleware(loggerMiddleware(handleHello)))
fmt.Println(http.ListenAndServe(":8888", nil))
}


我们分别使用 loggerMiddleware、authMiddleware 函数对 handleHello 进行了包装,使其支持打印访问日志和认证校验功能。如果我们还需要加入其他中间件拦截功能,可以通过这种方式进行无限包装。

启动这个 Server 来验证下装饰器:



对结果进行简单分析可以看到,第一次请求 /hello 接口时,由于没有携带认证 token,收到了 unauthorized 响应。第二次请求时携带了 token,则得到响应“Hello World!”,并且后台程序打印如下日志:

before
handle hello
after


这说明中间件执行顺序是先由外向内进入,再由内向外返回。而这种一层一层包装处理逻辑的模型有一个非常形象且贴切的名字,洋葱模型。

但用洋葱模型实现的中间件有一个直观的问题。相比于 Gin 框架的中间件写法,这种一层层包裹函数的写法不如 Gin 框架提供的 r.Use(middlewares...) 写法直观。

Gin 框架源码的中间件和 handler 处理函数实际上被一起聚合到了路由节点的 handlers 属性中。其中 handlers 属性是 HandlerFunc 类型切片。对应到用 http 标准库实现的 Web Server 中,就是满足 func(ResponseWriter, *Request) 类型的 handler 切片。

当路由接口被调用时,Gin 框架就会像流水线一样依次调用执行 handlers 切片中的所有函数,再依次返回。这种思想也有一个形象的名字,就叫作流水线(Pipeline)。


接下来我们要做的就是将 handleHello 和两个中间件 loggerMiddleware、authMiddleware 聚合到一起,同样形成一个 Pipeline。

package main
import (
"fmt"
"net/http"
)
func authMiddleware(f http.HandlerFunc) http.HandlerFunc {
return func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
if token := r.Header.Get("token"); token != "fake_token" {
_, _ = w.Write([]byte("unauthorized\n"))
return
}
f(w, r)
}
}
func loggerMiddleware(f http.HandlerFunc) http.HandlerFunc {
return func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
fmt.Println("before")
f(w, r)
fmt.Println("after")
}
}
type handler func(http.HandlerFunc) http.HandlerFunc
// 聚合 handler 和 middleware
func pipelineHandlers(h http.HandlerFunc, hs ...handler) http.HandlerFunc {
for i := range hs {
h = hs[i](h)
}
return h
}
func handleHello(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
fmt.Println("handle hello")
_, _ = w.Write([]byte("Hello World!\n"))
}
func main() {
http.HandleFunc("/hello", pipelineHandlers(handleHello, loggerMiddleware, authMiddleware))
fmt.Println(http.ListenAndServe(":8888", nil))
}


我们借用 pipelineHandlers 函数将 handler 和 middleware 聚合到一起,实现了让这个简单的 Web Server 中间件用法跟 Gin 框架用法相似的效果。

再次启动 Server 进行验证:


改造成功,跟之前使用洋葱模型写法的结果如出一辙。



总结


简单了解了 Go 语言中如何实现装饰模式后,我们通过一个 Web Server 程序中间件,学习了装饰模式在 Go 语言中的应用。

需要注意的是,尽管 Go 语言实现的装饰器有类型上的限制,不如 Python 装饰器那般通用。就像我们最终实现的 pipelineHandlers 不如 Gin 框架中间件强大,比如不能延迟调用,通过 c.Next() 控制中间件调用流等。但不能因为这样就放弃,因为 GO 语言装饰器依然有它的用武之地。

Go 语言是静态类型语言不像 Python 那般灵活,所以在实现上要多费一点力气。希望通过这个简单的示例,相信对大家深入学习 Gin 框架有所帮助。





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