Pipeline模式应用

2023-12-08 09:34 由京东云开发者发表于 #软件设计

本文记录Pipeline设计模式在业务流程编排中的应用

前言

Pipeline模式意为管道模式，又称为流水线模式。旨在通过预先设定好的一系列阶段来处理输入的数据，每个阶段的输出即是下一阶段的输入。

本案例通过定义PipelineProduct（管道产品），PipelineJob（管道任务），PipelineNode（管道节点），完成一整条流水线的组装，并将“原材料”加工为“商品”。其中管道产品负责承载各个阶段的产品信息；管道任务负责不同阶段对产品的加工；管道节点约束了管道产品及任务的关系，通过信号量定义了任务的执行方式。

依赖

工具依赖如下

            <!-- 工具类大全 -->
            <dependency>
                <groupId>cn.hutool</groupId>
                <artifactId>hutool-all</artifactId>
                <version>最新版本</version>
            </dependency>

编程示例

1. 管道产品定义

package com.example.demo.pipeline.model;

/**
 * 管道产品接口
 *
 * @param <S> 信号量
 * @author 
 * @date 2023/05/15 11:49
 */
public interface PipelineProduct<S> {
}

2. 管道任务定义

package com.example.demo.pipeline.model;

/**
 * 管道任务接口
 *
 * @param <P> 管道产品
 * @author 
 * @date 2023/05/15 11:52
 */
@FunctionalInterface
public interface PipelineJob<P> {
    /**
     * 执行任务
     *
     * @param product 管道产品
     * @return {@link P}
     */
    P execute(P product);
}

3. 管道节点定义

package com.jd.baoxian.mall.market.service.pipeline.model;

import java.util.function.Predicate;

/**
 * 管道节点定义
 *
 * @param <S> 信号量
 * @param <P> 管道产品
 * @author 
 * @date 2023/05/15 11:54
 */
public interface PipelineNode<S, P extends PipelineProduct<S>> {
    /**
     * 节点组装，按照上个管道任务传递的信号，执行 pipelineJob
     *
     * @param pipelineJob 管道任务
     * @return {@link PipelineNode}<{@link S},  {@link P}>
     */
    PipelineNode<S, P> flax(PipelineJob<P> pipelineJob);

    /**
     * 节点组装，按照传递的信号,判断当前管道的信号是否相等，执行 pipelineJob
     *
     * @param signal      信号
     * @param pipelineJob 管道任务
     * @return {@link PipelineNode}<{@link S},  {@link P}>
     */
    PipelineNode<S, P> flax(S signal, PipelineJob<P> pipelineJob);

    /**
     * 节点组装，按照传递的信号,判断当前管道的信号是否相等，执行 pipelineJob
     *
     * @param predicate   信号
     * @param pipelineJob 管道任务
     * @return {@link PipelineNode}<{@link S},  {@link P}>
     */
    PipelineNode<S, P> flax(Predicate<S> predicate, PipelineJob<P> pipelineJob);

    /**
     * 管道节点-任务执行
     *
     * @param product 管道产品
     * @return {@link P}
     */
    P execute(P product);
}

4. 管道产品、任务，节点的实现

4.1 管道产品

package com.example.demo.pipeline.factory;


import com.example.demo.model.request.DemoReq;
import com.example.demo.model.response.DemoResp;
import com.example.demo.pipeline.model.PipelineProduct;
import lombok.*;

/**
 * 样例-管道产品
 *
 * @author 
 * @date 2023/05/15 14:04
 */
@Data
@Builder
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class DemoPipelineProduct implements PipelineProduct<DemoPipelineProduct.DemoSignalEnum> {
    /**
     * 信号量
     */
    private DemoSignalEnum signal;

    /**
     * 产品-入参及回参
     */
    private DemoProductData productData;

    /**
     * 异常信息
     */
    private Exception exception;

    /**
     * 流程Id
     */
    private String tradeId;

    @Data
    @Builder
    @NoArgsConstructor
    @AllArgsConstructor
    public static class DemoProductData {
        /**
         * 待验证入参
         */
        private DemoReq userRequestData;

        /**
         * 待验证回参
         */
        private DemoResp userResponseData;
    }

    /**
     * 产品-信号量
     *
     * @author 
     * @date 2023/05/15 13:54
     */
    @Getter
    public enum DemoSignalEnum {
        /**
         *
         */
        NORMAL(0, "正常"),
        /**
         *
         */
        CHECK_NOT_PASS(1, "校验不通过"),
        /**
         *
         */
        BUSINESS_ERROR(2, "业务异常"),
        /**
         *
         */
        LOCK_ERROR(3, "锁处理异常"),
        /**
         *
         */
        DB_ERROR(4, "事务处理异常"),

        ;
        /**
         * 枚举码值
         */
        private final int code;
        /**
         * 枚举描述
         */
        private final String desc;

        /**
         * 构造器
         *
         * @param code
         * @param desc
         */
        DemoSignalEnum(int code, String desc) {
            this.code = code;
            this.desc = desc;
        }
    }
}

4.2 管道任务（抽象类）

package com.example.demo.pipeline.factory.job;

import cn.hutool.core.util.ClassUtil;
import cn.hutool.json.JSONUtil;
import com.example.demo.pipeline.factory.DemoPipelineProduct;
import com.example.demo.pipeline.model.PipelineJob;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

/**
 * 管道任务-抽象层
 *
 * @author 
 * @date 2023/05/15 19:48
 */
@Slf4j
public abstract class AbstractDemoJob implements PipelineJob<DemoPipelineProduct> {

    /**
     * 公共执行逻辑
     *
     * @param product 产品
     * @return
     */
    @Override
    public DemoPipelineProduct execute(DemoPipelineProduct product) {
        DemoPipelineProduct.DemoSignalEnum newSignal;
        try {
            newSignal = execute(product.getTradeId(), product.getProductData());
        } catch (Exception e) {
            product.setException(e);
            newSignal = DemoPipelineProduct.DemoSignalEnum.BUSINESS_ERROR;
        }
        product.setSignal(newSignal);
        defaultLogPrint(product.getTradeId(), product);
        return product;
    }

    /**
     * 子类执行逻辑
     *
     * @param tradeId     流程Id
     * @param productData 请求数据
     * @return
     * @throws Exception 异常
     */
    abstract DemoPipelineProduct.DemoSignalEnum execute(String tradeId, DemoPipelineProduct.DemoProductData productData) throws Exception;

    /**
     * 默认的日志打印
     */
    public void defaultLogPrint(String tradeId, DemoPipelineProduct product) {
        if (!DemoPipelineProduct.DemoSignalEnum.NORMAL.equals(product.getSignal())) {
            log.info("流水线任务处理异常：流程Id=【{}】,信号量=【{}】,任务=【{}】,参数=【{}】", tradeId, product.getSignal(),
                    ClassUtil.getClassName(this, true), JSONUtil.toJsonStr(product.getProductData()), product.getException());
        }
    }

}

4.3 管道节点

package com.example.demo.pipeline.factory;


import cn.hutool.core.util.ClassUtil;
import cn.hutool.json.JSONUtil;
import com.example.demo.pipeline.model.PipelineJob;
import com.example.demo.pipeline.model.PipelineNode;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.function.Predicate;

/**
 * 审核-管道节点
 *
 * @author 
 * @date 2023/05/15 14:32
 */
@Slf4j
public class DemoPipelineNode implements PipelineNode<DemoPipelineProduct.DemoSignalEnum, DemoPipelineProduct> {

    /**
     * 下一管道节点
     */
    private DemoPipelineNode next;

    /**
     * 当前管道任务
     */
    private PipelineJob<DemoPipelineProduct> job;

    /**
     * 节点组装，按照上个管道任务传递的信号，执行 pipelineJob
     *
     * @param pipelineJob 管道任务
     * @return {@link DemoPipelineNode}
     */
    @Override
    public DemoPipelineNode flax(PipelineJob<DemoPipelineProduct> pipelineJob) {
        return flax(DemoPipelineProduct.DemoSignalEnum.NORMAL, pipelineJob);
    }

    /**
     * 节点组装，按照传递的信号,判断当前管道的信号是否相等，执行 pipelineJob
     *
     * @param signal      信号
     * @param pipelineJob 管道任务
     * @return {@link DemoPipelineNode}
     */
    @Override
    public DemoPipelineNode flax(DemoPipelineProduct.DemoSignalEnum signal, PipelineJob<DemoPipelineProduct> pipelineJob) {
        return flax(signal::equals, pipelineJob);
    }

    /**
     * 节点组装，上个管道过来的信号运行 predicate 后是true的话，执行 pipelineJob
     *
     * @param predicate
     * @param pipelineJob
     * @return
     */
    @Override
    public DemoPipelineNode flax(Predicate<DemoPipelineProduct.DemoSignalEnum> predicate,
                                 PipelineJob<DemoPipelineProduct> pipelineJob) {
        this.next = new DemoPipelineNode();
        this.job = (job) -> {
            if (predicate.test(job.getSignal())) {
                return pipelineJob.execute(job);
            } else {
                return job;
            }
        };
        return next;
    }

    /**
     * 管道节点-任务执行
     *
     * @param product 管道产品
     * @return
     */
    @Override
    public DemoPipelineProduct execute(DemoPipelineProduct product) {
        // 执行当前任务
        try {
            product = job == null ? product : job.execute(product);
            return next == null ? product : next.execute(product);
        } catch (Exception e) {
            log.error("流水线处理异常：流程Id=【{}】,任务=【{}】,参数=【{}】", product.getTradeId(), ClassUtil.getClassName(job, true), JSONUtil.toJsonStr(product.getProductData()), product.getException());
            return null;
        }

    }
}

5. 业务实现

通过之前的定义，我们已经可以通过Pipeline完成流水线的搭建，接下来以“审核信息提交”这一业务场景，完成应用。

5.1 定义Api、入参、回参

package com.example.demo.api;

import com.example.demo.model.request.DemoReq;
import com.example.demo.model.response.DemoResp;
import com.example.demo.pipeline.factory.PipelineForManagerSubmit;
import org.springframework.stereotype.Service;

import javax.annotation.Resource;

/**
 * 演示-API
 *
 * @author 
 * @date 2023/08/06 16:27
 */
@Service
public class DemoManagerApi {

    /**
     * 管道-审核提交
     */
    @Resource
    private PipelineForManagerSubmit pipelineForManagerSubmit;

    /**
     * 审核提交
     *
     * @param requestData 请求数据
     * @return {@link DemoResp}
     */
    public DemoResp managerSubmit(DemoReq requestData) {
        return pipelineForManagerSubmit.managerSubmitCheck(requestData);
    }
}


package com.example.demo.model.request;

/**
 * 演示入参
 *
 * @author 
 * @date 2023/08/06 16:33
 */
public class DemoReq {
}


package com.example.demo.model.response;

import lombok.Data;

/**
 * 演示回参
 *
 * @author 
 * @date 2023/08/06 16:33
 */
@Data
public class DemoResp {
    /**
     * 成功标识
     */
    private Boolean success = false;

    /**
     * 结果信息
     */
    private String resultMsg;

    /**
     * 构造方法
     *
     * @param message 消息
     * @return {@link DemoResp}
     */
    public static DemoResp buildRes(String message) {
        DemoResp response = new DemoResp();
        response.setResultMsg(message);
        return response;
    }
}

5.2 定义具体任务

假定审核提交的流程需要包含：参数验证、加锁、解锁、事务提交

package com.example.demo.pipeline.factory.job;

import cn.hutool.json.JSONUtil;
import com.example.demo.model.request.DemoReq;
import com.example.demo.pipeline.factory.DemoPipelineProduct;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.stereotype.Service;

/**
 * 加锁-实现层
 *
 * @author 
 * @date 2023/05/17 17:00
 */
@Service
@Slf4j
public class CheckRequestLockJob extends AbstractDemoJob {

    /**
     * 子类执行逻辑
     *
     * @param tradeId     流程Id
     * @param productData 请求数据
     * @return
     * @throws Exception 异常
     */
    @Override
    DemoPipelineProduct.DemoSignalEnum execute(String tradeId, DemoPipelineProduct.DemoProductData productData) throws Exception {
        DemoReq userRequestData = productData.getUserRequestData();
        log.info("任务[{}]加锁,线程号:{}", JSONUtil.toJsonStr(userRequestData), tradeId);
        return DemoPipelineProduct.DemoSignalEnum.NORMAL;
    }
}


package com.example.demo.pipeline.factory.job;

import cn.hutool.json.JSONUtil;
import com.example.demo.model.request.DemoReq;
import com.example.demo.pipeline.factory.DemoPipelineProduct;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.stereotype.Service;

/**
 * 解锁-实现层
 *
 * @author 
 * @date 2023/05/17 17:00
 */
@Service
@Slf4j
public class CheckRequestUnLockJob extends AbstractDemoJob {

    /**
     * 子类执行逻辑
     *
     * @param tradeId     流程Id
     * @param productData 请求数据
     * @return
     * @throws Exception 异常
     */
    @Override
    DemoPipelineProduct.DemoSignalEnum execute(String tradeId, DemoPipelineProduct.DemoProductData productData) throws Exception {
        DemoReq userRequestData = productData.getUserRequestData();
        log.info("任务[{}]解锁,线程号:{}", JSONUtil.toJsonStr(userRequestData), tradeId);
        return DemoPipelineProduct.DemoSignalEnum.NORMAL;
    }
}

package com.example.demo.pipeline.factory.job;

import cn.hutool.json.JSONUtil;
import com.example.demo.model.request.DemoReq;
import com.example.demo.pipeline.factory.DemoPipelineProduct;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.stereotype.Component;


/**
 * 审核-参数验证-实现类
 *
 * @author 
 * @date 2023/05/15 19:50
 */
@Slf4j
@Component
public class ManagerCheckParamJob extends AbstractDemoJob {

    /**
     * 执行基本入参验证
     *
     * @param tradeId
     * @param productData 请求数据
     * @return
     */
    @Override
    DemoPipelineProduct.DemoSignalEnum execute(String tradeId, DemoPipelineProduct.DemoProductData productData) {
        /*
         * 入参验证
         */
        DemoReq userRequestData = productData.getUserRequestData();
        log.info("任务[{}]入参验证,线程号:{}", JSONUtil.toJsonStr(userRequestData), tradeId);
        // 非空验证

        // 有效验证

        // 校验通过,退出
        return DemoPipelineProduct.DemoSignalEnum.NORMAL;
    }

}


package com.example.demo.pipeline.factory.job;

import cn.hutool.json.JSONUtil;
import com.example.demo.model.request.DemoReq;
import com.example.demo.model.response.DemoResp;
import com.example.demo.pipeline.factory.DemoPipelineProduct;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.stereotype.Service;

/**
 * 审核-信息提交-业务实现
 *
 * @author 
 * @date 2023/05/12 14:36
 */
@Service
@Slf4j
public class ManagerSubmitJob extends AbstractDemoJob {

    /**
     * 子类执行逻辑
     *
     * @param tradeId     流程Id
     * @param productData 请求数据
     * @return
     * @throws Exception 异常
     */
    @Override
    DemoPipelineProduct.DemoSignalEnum execute(String tradeId, DemoPipelineProduct.DemoProductData productData) throws Exception {
        DemoReq userRequestData = productData.getUserRequestData();
        try {
            /*
             * DB操作
             */
            log.info("任务[{}]信息提交,线程号:{}", JSONUtil.toJsonStr(userRequestData), tradeId);
            productData.setUserResponseData(DemoResp.buildRes("成功"));
        } catch (Exception ex) {
            log.error("审核-信息提交-DB操作失败,入参:{}", JSONUtil.toJsonStr(userRequestData), ex);
            throw ex;
        }
        return DemoPipelineProduct.DemoSignalEnum.NORMAL;
    }
}

5.3 完成流水线组装

针对入回参转换，管道任务执行顺序及执行信号量的构建

package com.example.demo.pipeline.factory;

import com.example.demo.model.request.DemoReq;
import com.example.demo.model.response.DemoResp;
import com.example.demo.pipeline.factory.job.CheckRequestLockJob;
import com.example.demo.pipeline.factory.job.CheckRequestUnLockJob;
import com.example.demo.pipeline.factory.job.ManagerCheckParamJob;
import com.example.demo.pipeline.factory.job.ManagerSubmitJob;
import lombok.RequiredArgsConstructor;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.stereotype.Service;

import javax.annotation.PostConstruct;
import java.util.Objects;
import java.util.UUID;

/**
 * 管道工厂入口-审核流水线
 *
 * @author 
 * @date 2023/05/15 19:52
 */
@Slf4j
@Service
@RequiredArgsConstructor
public class PipelineForManagerSubmit {

    /**
     * 审核-管道节点
     */
    private final DemoPipelineNode managerSubmitNode = new DemoPipelineNode();


    /**
     * 审核-管道任务-提交-防刷锁-加锁
     */
    private final CheckRequestLockJob checkRequestLockJob;

    /**
     * 审核-管道任务-提交-防刷锁-解锁
     */
    private final CheckRequestUnLockJob checkRequestUnLockJob;

    /**
     * 审核-管道任务-参数验证
     */
    private final ManagerCheckParamJob managerCheckParamJob;

    /**
     * 审核-管道任务-事务操作
     */
    private final ManagerSubmitJob managerSubmitJob;


    /**
     * 组装审核的处理链
     */
    @PostConstruct
    private void assembly() {
        assemblyManagerSubmit();
    }

    /**
     * 组装处理链
     */
    private void assemblyManagerSubmit() {

        managerSubmitNode
                // 参数验证及填充
                .flax(managerCheckParamJob)
                // 防刷锁
                .flax(checkRequestLockJob)
                // 事务操作
                .flax(managerSubmitJob)
                // 锁释放
                .flax((ignore) -> true, checkRequestUnLockJob);
    }

    /**
     * 审核-提交处理
     *
     * @param requestData 入参
     * @return
     */
    public DemoResp managerSubmitCheck(DemoReq requestData) {
        DemoPipelineProduct initialProduct = managerSubmitCheckInitial(requestData);
        DemoPipelineProduct finalProduct = managerSubmitNode.execute(initialProduct);
        if (Objects.isNull(finalProduct) || Objects.nonNull(finalProduct.getException())) {
            return DemoResp.buildRes("未知异常");
        }
        return finalProduct.getProductData().getUserResponseData();
    }

    /**
     * 审核-初始化申请的流水线数据
     *
     * @param requestData 入参
     * @return 初始的流水线数据
     */
    private DemoPipelineProduct managerSubmitCheckInitial(DemoReq requestData) {
        // 初始化
        return DemoPipelineProduct.builder()
                .signal(DemoPipelineProduct.DemoSignalEnum.NORMAL)
                .tradeId(UUID.randomUUID().toString())
                .productData(DemoPipelineProduct.DemoProductData.builder().userRequestData(requestData).build())
                .build();
    }
}

总结

本文重点为管道模式的抽象与应用，上述示例仅为个人理解。实际应用中，此案例长于应对各种规则冗杂的业务场景，便于规则编排。
待改进点：

各个任务其实隐含了执行的先后顺序，此项内容可进一步实现；
针对最后“流水线组装”这一步，可通过配置描述的方式，进一步抽象，从而将变动控制在每个“管道任务”的描述上，针对规则项做到“可插拔”式处理。

作者：京东保险侯亚东

来源：京东云开发者社区转载请注明来源