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Golang 常见设计模式之装饰模式
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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。
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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