设计模式-过滤器模式

设计模式专栏

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模式介绍

过滤器模式是一种设计模式，它允许开发人员使用不同的标准来过滤一组对象。这种模式是通过运算逻辑以解耦的方式将它们联系起来。在结构上，这种类型的设计模式属于结构型模式，即按条件筛选一组对象出来。

过滤器模式的组成部分包括：

1. 抽象过滤器角色（AbstractFilter）：负责定义过滤器的实现接口。具体的实现还需要具体过滤器角色去参与。客户端可以调用抽象过滤器角色中定义好的方法，将客户端的所有请求委派到具体的实现类去，从而让实现类去处理。
2. 具体过滤器角色（ConcreteFilter）：该角色负责具体筛选规则的逻辑实现，最后再返回一个过滤后的数据集合。标准的过滤器只对数据做过滤，当然也可以对集合中的数据做某项处理，再将处理后的集合返回。
3. 被过滤的主体角色（Subject）：一个软件系统中可以有一个或多个目标角色，在具体过滤器角色中会对指定感兴趣的目标进行处理，以确保后面的数据确实是我想要的。

此外，根据具体的使用场景，还可以扩展出过滤器链（FilterChain）的概念，将多个过滤器按照一定的顺序组合起来，形成一个过滤器链，依次对数据进行过滤。

总的来说，过滤器模式的核心思想是将筛选条件和数据集合分离，使得二者可以独立变化而互不影响。这种模式有助于提高系统的灵活性和可维护性。

模式特点

过滤器模式的优点包括：

1. 灵活性：通过定义不同的过滤器实现类和谓词，可以灵活地对数据集合进行过滤，得到符合不同条件的子集。
2. 可扩展性：可以轻松地添加、组合和重用不同的过滤器，扩展过滤器的功能。
3. 简单性：将数据集合和过滤器分开，使得代码更加清晰和易于维护。

然而，过滤器模式也存在一些缺点：

1. 性能问题：当数据集合非常大时，每次过滤都需要遍历整个数据集合，可能导致性能问题。
2. 配置复杂性：当需要组合多个过滤器时，可能需要编写大量的配置代码，增加了代码的复杂性。

应用场景

过滤器模式的应用场景主要包括：

1. 数据过滤：通过过滤器可以实现对数据的清晰化、加密、去重、去重复等处理，有效降低数据处理的时间和成本。
2. 网络安全：过滤器可以识别一些有害的请求或数据包，对其进行屏蔽或加工，提高网络的安全性。
3. 性能优化：通过过滤器可以对数据进行压缩、加速、减少不必要的重复等优化处理，提高系统的性能。
4. 内容控制：过滤器可以识别出恶意或不当的内容，加以过滤或替换，维护良好的内容生态。
5. 业务逻辑与处理逻辑解耦：当需要对数据进行特殊处理，且处理逻辑与业务逻辑需要解耦时，可以使用过滤器模式。例如，需要对人员进行过滤，同时不想与业务代码耦合。可以定义一个过滤接口DataFilter，并增加其实现类DataFilterByOne、DataFilterByTwo、DataFilterByThree，内部增加过滤逻辑。消费者直接调用具体过滤类即可。

Java中的过滤器介绍

在Java中，"过滤器"的概念在不同的上下文中有不同的含义。以下是一些常见的情境和相关的Java过滤器概念：

1. Servlet过滤器（Filter in Servlet API）：

   • 在Java Web开发中，Servlet过滤器是一个设计模式，允许你在请求到达Servlet或JSP之前或之后执行某些操作。
   • 过滤器通常用于执行以下任务：
     • 字符编码设置。
     • 日志记录。
     • 认证和授权。
     • 数据压缩。
     • 缓存。
   • 创建一个过滤器，你需要实现javax.servlet.Filter接口，并重写doFilter方法。

2. Java Stream API中的过滤（Filter in Java Stream API）：

   • 在Java 8及以后的版本中，Stream API提供了一个filter方法，用于从原始数据源中筛选出满足特定条件的元素。
   • 例如，你可以使用filter方法来筛选出一个整数列表中的所有偶数。

3. 自定义注解过滤器（Custom Annotation-based Filters）：

   • 在Spring框架中，你可以创建自定义的注解过滤器，这些过滤器可以基于某些条件来决定是否继续处理请求或将其转发给其他组件。

4. 数据库查询中的过滤（Filter in Database Queries）：

   • 在执行数据库查询时，你可能会使用某种形式的"过滤"，以只获取你感兴趣的数据。这通常在SQL查询中使用WHERE子句完成。

5. 第三方库和框架中的过滤器：

   • 许多第三方库和框架在它们自己的API中实现了过滤的概念。例如，MyBatis-Plus有一个强大的查询构造器，其中包括过滤条件的功能。

6. 其他上下文：

   • 在不同的框架、库或应用程序中，"过滤器"可能有其特定的用途和实现方式。

如果你有关于特定上下文或技术的具体问题，请提供更多细节，我会为你提供更详细的解答。

代码示例

Java实现过滤器模式

以下是一个简单的Java实现过滤器模式的示例：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 抽象过滤器角色
interface Filter {
    boolean isAccepted(Object obj);
}

// 具体过滤器角色1
class ConcreteFilter1 implements Filter {
    private String name;

    public ConcreteFilter1(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public boolean isAccepted(Object obj) {
        return ((String) obj).startsWith(name);
    }
}

// 具体过滤器角色2
class ConcreteFilter2 implements Filter {
    private String name;

    public ConcreteFilter2(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public boolean isAccepted(Object obj) {
        return ((String) obj).endsWith(name);
    }
}

// 被过滤的主体角色
class Subject {
    private List<String> items = new ArrayList<>();
    private List<Filter> filters = new ArrayList<>();

    public void addItem(String item) {
        items.add(item);
    }

    public void addFilter(Filter filter) {
        filters.add(filter);
    }

    public List<String> getItems() {
        List<String> result = new ArrayList<>();
        for (String item : items) {
            for (Filter filter : filters) {
                if (filter.isAccepted(item)) {
                    result.add(item);
                    break; // 如果一个item通过了所有filters，那么直接加入到结果集中，不必再继续遍历下去。
                }
            }
        }
        return result;
    }
}

使用示例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Subject subject = new Subject(); // 创建被过滤的主体对象。
        subject.addItem("apple"); // 添加被过滤的主体对象。
        subject.addItem("banana"); // 添加被过滤的主体对象。
        subject.addItem("pear"); // 添加被过滤的主体对象。
        subject.addItem("grape"); // 添加被过滤的主体对象。
        subject.addItem("orange"); // 添加被过滤的主体对象。
        subject.addFilter(new ConcreteFilter1("a")); // 添加第一个具体过滤器对象。只接受以"a"开头的字符串。例如"apple"。此时被过滤的主体对象变为：[apple]。剩余的未通过的字符串：["banana", "pear", "grape", "orange"]。但是这四个对象可以接受其他过滤器的检查。因此它们不会立即被丢弃掉。例如"banana"可以接受第二个过滤器的检查，而"orange"不可以接受任何过滤器的检查。所以最后的筛选结果应该是["apple", "banana"]。因为只有这两个对象通过了所有过滤器的检查。而"pear"和"grape"没有通过所有过滤器的检查，所以最后不应该出现在结果集中。这和之前的理解可能不同，但这确实是被过滤器模式的正确应用方式。只有在当前没有被任何过滤器所接受的剩余字符串不再继续参与后面的过滤过程（也就是不在参与后续的循环），而直接丢弃掉。如果一个字符串通过了所有过滤器的检查，那么它就可以直接加入到结果集中，不必再继续遍历下去。如果一个字符串没有通过所有过滤器的检查，那么它就会一直保持下去，直到不再参与后续的过滤过程为止。因此，如果一个字符串没有通过所有过滤器的检查，那么它就会一直保持下去，直到不再参与后续的过滤过程为止。这是被过滤器模式的正确应用方式。

Python实现过滤器模式

在Python中，过滤器模式可以通过使用生成器函数来实现。生成器函数允许你编写一个函数，该函数在每次调用时生成一个新的值，而不是返回所有值。这种函数特别适合用于过滤器模式，因为你可以根据某些条件来生成或过滤值。

以下是一个Python实现过滤器模式的示例：

def filter_numbers(numbers, condition):
    """
    使用给定条件过滤数字的生成器函数。
    """
    for num in numbers:
        if condition(num):
            yield num

# 示例用法
numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
even_numbers = filter_numbers(numbers, lambda x: x % 2 == 0)

# 输出结果
for num in even_numbers:
    print(num)

在这个示例中，filter_numbers函数接受一个数字列表和一个条件函数作为参数。条件函数是一个接受一个参数并返回布尔值的函数。在每次迭代中，如果条件函数对当前数字返回True，则该数字被生成并返回。

你可以根据需要修改条件函数来过滤不同的数字。例如，你可以使用lambda x: x > 5作为条件函数来过滤出大于5的数字。

过滤器模式在spring中的应用

过滤器模式在Spring框架中有多种应用场景，其中最常见的是在Web应用中用于处理请求和响应的过滤。Spring提供了一些内置的过滤器，例如拦截器和过滤器，你可以通过实现这些过滤器来对请求和响应进行预处理或后处理。

下面是一个使用Spring拦截器的示例：

1. 创建一个实现HandlerInterceptor接口的类：

import org.springframework.web.servlet.HandlerInterceptor;
import org.springframework.web.servlet.ModelAndView;

public class MyInterceptor implements HandlerInterceptor {

    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
        // 在请求处理之前执行的操作
        // 例如，检查请求的权限或身份验证
        return true; // 返回true表示继续处理请求，返回false表示中止请求
    }

    @Override
    public void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, ModelAndView modelAndView) throws Exception {
        // 在请求处理之后执行的操作
        // 例如，记录日志或修改响应内容
    }

    @Override
    public void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex) throws Exception {
        // 在请求处理完成之后执行的操作
        // 例如，清理资源或关闭数据库连接
    }
}

2. 在Spring配置文件中注册拦截器：

<bean id="myInterceptor" class="com.example.MyInterceptor" />

<bean class="org.springframework.web.servlet.handler.HandlerInterceptorRegistry">
    <property name="interceptors">
        <list>
            <ref bean="myInterceptor" />
        </list>
    </property>
</bean>

通过这种方式，你可以在请求处理之前、之后或完成后执行自定义的逻辑，例如权限检查、日志记录或修改响应内容等。过滤器模式在Spring中的其他应用还包括用于数据转换、验证和格式化的组件。