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Chain of Responsibility

También llamado: Cadena de responsabilidad, CoR, Chain of Command

Propósito

Chain of Responsibility es un patrón de diseño de comportamiento que te permite pasar solicitudes a lo largo de una cadena de manejadores. Al recibir una solicitud, cada manejador decide si la procesa o si la pasa al siguiente manejador de la cadena.

Patrón de diseño Chain of Responsibility

Problema

Imagina que estás trabajando en un sistema de pedidos online. Quieres restringir el acceso al sistema de forma que únicamente los usuarios autenticados puedan generar pedidos. Además, los usuarios que tengan permisos administrativos deben tener pleno acceso a todos los pedidos.

Tras planificar un poco, te das cuenta de que estas comprobaciones deben realizarse secuencialmente. La aplicación puede intentar autenticar a un usuario en el sistema cuando reciba una solicitud que contenga las credenciales del usuario. Sin embargo, si esas credenciales no son correctas y la autenticación falla, no hay razón para proceder con otras comprobaciones.

Problema solucionado por el patrón Chain of Responsibility

La solicitud debe pasar una serie de comprobaciones antes de que el propio sistema de pedidos pueda gestionarla.

Durante los meses siguientes, implementas varias de esas comprobaciones secuenciales.

  • Uno de tus colegas sugiere que no es seguro pasar datos sin procesar directamente al sistema de pedidos. De modo que añades un paso adicional de validación para sanear los datos de una solicitud.

  • Más tarde, alguien se da cuenta de que el sistema es vulnerable al desciframiento de contraseñas por la fuerza. Para evitarlo, añades rápidamente una comprobación que filtra las solicitudes fallidas repetidas que vengan de la misma dirección IP.

  • Otra persona sugiere que podrías acelerar el sistema devolviendo los resultados en caché en solicitudes repetidas que contengan los mismos datos, de modo que añades otra comprobación que permite a la solicitud pasar por el sistema únicamente cuando no hay una respuesta adecuada en caché.

Con cada nueva comprobación el código crece, se complica y se afea

Cuanto más crece el código, más se complica.

El código de las comprobaciones, que ya se veía desordenado, se vuelve más y más abotargado cada vez que añades una nueva función. En ocasiones, un cambio en una comprobación afecta a las demás. Y lo peor de todo es que, cuando intentas reutilizar las comprobaciones para proteger otros componentes del sistema, tienes que duplicar parte del código, ya que esos componentes necesitan parte de las comprobaciones, pero no todas ellas.

El sistema se vuelve muy difícil de comprender y costoso de mantener. Luchas con el código durante un tiempo hasta que un día decides refactorizarlo todo.

Solución

Al igual que muchos otros patrones de diseño de comportamiento, el Chain of Responsibility se basa en transformar comportamientos particulares en objetos autónomos llamados manejadores. En nuestro caso, cada comprobación debe ponerse dentro de su propia clase con un único método que realice la comprobación. La solicitud, junto con su información, se pasa a este método como argumento.

El patrón sugiere que vincules esos manejadores en una cadena. Cada manejador vinculado tiene un campo para almacenar una referencia al siguiente manejador de la cadena. Además de procesar una solicitud, los manejadores la pasan a lo largo de la cadena. La solicitud viaja por la cadena hasta que todos los manejadores han tenido la oportunidad de procesarla.

Y ésta es la mejor parte: un manejador puede decidir no pasar la solicitud más allá por la cadena y detener con ello el procesamiento.

En nuestro ejemplo de los sistemas de pedidos, un manejador realiza el procesamiento y después decide si pasa la solicitud al siguiente eslabón de la cadena. Asumiendo que la solicitud contiene la información correcta, todos los manejadores pueden ejecutar su comportamiento principal, ya sean comprobaciones de autenticación o almacenamiento en la memoria caché.

Los manejadores se alinean uno tras otro, formando una cadena

Los manejadores se alinean uno tras otro, formando una cadena.

No obstante, hay una solución ligeramente diferente (y un poco más estandarizada) en la que, al recibir una solicitud, un manejador decide si puede procesarla. Si puede, no pasa la solicitud más allá. De modo que un único manejador procesa la solicitud o no lo hace ninguno en absoluto. Esta solución es muy habitual cuando tratamos con eventos en pilas de elementos dentro de una interfaz gráfica de usuario (GUI).

Por ejemplo, cuando un usuario hace clic en un botón, el evento se propaga por la cadena de elementos GUI que comienza en el botón, recorre sus contenedores (como formularios o paneles) y acaba en la ventana principal de la aplicación. El evento es procesado por el primer elemento de la cadena que es capaz de gestionarlo. Este ejemplo también es destacable porque muestra que siempre se puede extraer una cadena de un árbol de objetos.

Una cadena puede formarse a partir de una rama de un árbol de objetos

Una cadena puede formarse a partir de una rama de un árbol de objetos.

Es fundamental que todas las clases manejadoras implementen la misma interfaz. Cada manejadora concreta solo debe preocuparse por la siguiente que cuente con el método ejecutar. De esta forma puedes componer cadenas durante el tiempo de ejecución, utilizando varios manejadores sin acoplar tu código a sus clases concretas.

Analogía en el mundo real

Hablar con soporte técnico a veces es difícil

Una llamada al soporte técnico puede pasar por muchos operadores.

Acabas de comprar e instalar una nueva pieza de hardware en tu computadora. Como eres un fanático de la informática, la computadora tiene varios sistemas operativos instalados. Intentas arrancarlos todos para ver si soportan el hardware. Windows detecta y habilita el hardware automáticamente. Sin embargo, tu querido Linux se niega a funcionar con el nuevo hardware. Ligeramente esperanzado, decides llamar al número de teléfono de soporte técnico escrito en la caja.

Lo primero que oyes es la voz robótica del contestador automático. Te sugiere nueve soluciones populares a varios problemas, pero ninguna de ellas es relevante a tu caso. Después de un rato, el robot te conecta con un operador humano.

Por desgracia, el operador tampoco consigue sugerirte nada específico. Se dedica a recitar largos pasajes del manual, negándose a escuchar tus comentarios. Cuando escuchas por enésima vez la frase “¿has intentado apagar y encender la computadora?”, exiges que te pasen con un ingeniero de verdad.

Por fin, el operador pasa tu llamada a unos de los ingenieros, que probablemente ansiaba una conversación humana desde hacía tiempo, sentado en la solitaria sala del servidor del oscuro sótano de un edificio de oficinas. El ingeniero te indica dónde descargar los drivers adecuados para tu nuevo hardware y cómo instalarlos en Linux. Por fin, ¡la solución! Acabas la llamada dando saltos de alegría.

Estructura

Estructura del patrón de diseño Chain Of ResponsibilityEstructura del patrón de diseño Chain Of Responsibility
  1. La clase Manejadora declara la interfaz común a todos los manejadores concretos. Normalmente contiene un único método para manejar solicitudes, pero en ocasiones también puede contar con otro método para establecer el siguiente manejador de la cadena.

  2. La clase Manejadora Base es opcional y es donde puedes colocar el código boilerplate (segmentos de código que suelen no alterarse) común para todas las clases manejadoras.

    Normalmente, esta clase define un campo para almacenar una referencia al siguiente manejador. Los clientes pueden crear una cadena pasando un manejador al constructor o modificador (setter) del manejador previo. La clase también puede implementar el comportamiento de gestión por defecto: puede pasar la ejecución al siguiente manejador después de comprobar su existencia.

  3. Los Manejadores Concretos contienen el código para procesar las solicitudes. Al recibir una solicitud, cada manejador debe decidir si procesarla y, además, si la pasa a lo largo de la cadena.

    Habitualmente los manejadores son autónomos e inmutables, y aceptan toda la información necesaria únicamente a través del constructor.

  4. El Cliente puede componer cadenas una sola vez o componerlas dinámicamente, dependiendo de la lógica de la aplicación. Observa que se puede enviar una solicitud a cualquier manejador de la cadena; no tiene por qué ser al primero.

Pseudocódigo

En este ejemplo, el patrón Chain of Responsibility es responsable de mostrar información de ayuda contextual para elementos GUI activos.

Ejemplo de estructura del patrón Chain of Responsibility

Las clases GUI se crean con el patrón Composite. Cada elemento se vincula a su elemento contenedor. En cualquier momento puedes crear una cadena de elementos que comience con el propio elemento y recorra todos los elementos contenedores.

La GUI de la aplicación se estructura normalmente como un árbol de objetos. Por ejemplo, la clase Diálogo, que representa la ventana principal de la aplicación, es la raíz del árbol de objetos. La clase diálogo contiene Paneles, que pueden contener otros paneles o simples elementos de bajo nivel, como Botones y CamposdeTexto.

Un simple componente puede mostrar breves pistas contextuales, siempre y cuando el componente tenga asignado cierto texto de ayuda. Pero los componentes más complejos definen su propia forma de mostrar ayuda contextual, por ejemplo, mostrando un extracto del manual o abriendo una página en un navegador.

Ejemplo de estructura del patrón Chain of Responsibility

Ésta es la forma en la que las solicitudes de ayuda recorren objetos GUI.

Cuando un usuario apunta el cursor del ratón a un elemento y pulsa la tecla F1, la aplicación detecta el componente bajo el puntero y le envía una solicitud de ayuda. La solicitud emerge por todos los contenedores del elemento hasta que llega al elemento capaz de mostrar la información de ayuda.

// La interfaz manejadora declara un método para construir una
// cadena de manejadores. También declara un método para
// ejecutar una solicitud.
interface ComponentWithContextualHelp is
    method showHelp()


// La clase base para componentes simples.
abstract class Component implements ComponentWithContextualHelp is
    field tooltipText: string

    // El contenedor del componente actúa como el siguiente
    // eslabón de la cadena de manejadores.
    protected field container: Container

    // El componente muestra una pista si tiene un texto de
    // ayuda asignado. De lo contrario, reenvía la llamada al
    // contenedor, si es que existe.
    method showHelp() is
        if (tooltipText != null)
            // Muestra la pista.
        else
            container.showHelp()


// Los contenedores pueden contener componentes simples y otros
// contenedores como hijos. Las relaciones de la cadena se
// establecen aquí. La clase hereda el comportamiento showHelp
// (mostrarAyuda) de su padre.
abstract class Container extends Component is
    protected field children: array of Component

    method add(child) is
        children.add(child)
        child.container = this


// Los componentes primitivos pueden estar bien con la
// implementación de la ayuda por defecto...
class Button extends Component is
    // ...

// Pero los componentes complejos pueden sobrescribir la
// implementación por defecto. Si no puede proporcionarse el
// texto de ayuda de una nueva forma, el componente siempre
// puede invocar la implementación base (véase la clase
// Componente).
class Panel extends Container is
    field modalHelpText: string

    method showHelp() is
        if (modalHelpText != null)
            // Muestra una ventana modal con el texto de ayuda.
        else
            super.showHelp()

// ...igual que arriba...
class Dialog extends Container is
    field wikiPageURL: string

    method showHelp() is
        if (wikiPageURL != null)
            // Abre la página de ayuda wiki.
        else
            super.showHelp()


// Código cliente.
class Application is
    // Cada aplicación configura la cadena de forma diferente.
    method createUI() is
        dialog = new Dialog("Budget Reports")
        dialog.wikiPageURL = "http://..."
        panel = new Panel(0, 0, 400, 800)
        panel.modalHelpText = "This panel does..."
        ok = new Button(250, 760, 50, 20, "OK")
        ok.tooltipText = "This is an OK button that..."
        cancel = new Button(320, 760, 50, 20, "Cancel")
        // ...
        panel.add(ok)
        panel.add(cancel)
        dialog.add(panel)

    // Imagina lo que pasa aquí.
    method onF1KeyPress() is
        component = this.getComponentAtMouseCoords()
        component.showHelp()

Aplicabilidad

Utiliza el patrón Chain of Responsibility cuando tu programa deba procesar distintos tipos de solicitudes de varias maneras, pero los tipos exactos de solicitudes y sus secuencias no se conozcan de antemano.

El patrón te permite encadenar varios manejadores y, al recibir una solicitud, “preguntar” a cada manejador si puede procesarla. De esta forma todos los manejadores tienen la oportunidad de procesar la solicitud.

Utiliza el patrón cuando sea fundamental ejecutar varios manejadores en un orden específico.

Ya que puedes vincular los manejadores de la cadena en cualquier orden, todas las solicitudes recorrerán la cadena exactamente como planees.

Utiliza el patrón Chain of Responsibility cuando el grupo de manejadores y su orden deban cambiar durante el tiempo de ejecución.

Si aportas modificadores (setters) para un campo de referencia dentro de las clases manejadoras, podrás insertar, eliminar o reordenar los manejadores dinámicamente.

Cómo implementarlo

  1. Declara la interfaz manejadora y describe la firma de un método para manejar solicitudes.

    Decide cómo pasará el cliente la información de la solicitud dentro del método. La forma más flexible consiste en convertir la solicitud en un objeto y pasarlo al método de gestión como argumento.

  2. Para eliminar código boilerplate duplicado en manejadores concretos, puede merecer la pena crear una clase manejadora abstracta base, derivada de la interfaz manejadora.

    Esta clase debe tener un campo para almacenar una referencia al siguiente manejador de la cadena. Considera hacer la clase inmutable. No obstante, si planeas modificar las cadenas durante el tiempo de ejecución, deberás definir un modificador (setter) para alterar el valor del campo de referencia.

    También puedes implementar el comportamiento por defecto conveniente para el método de control, que consiste en reenviar la solicitud al siguiente objeto, a no ser que no quede ninguno. Los manejadores concretos podrán utilizar este comportamiento invocando al método padre.

  3. Una a una, crea subclases manejadoras concretas e implementa los métodos de control. Cada manejador debe tomar dos decisiones cuando recibe una solicitud:

    • Si procesa la solicitud.
    • Si pasa la solicitud al siguiente eslabón de la cadena.
  4. El cliente puede ensamblar cadenas por su cuenta o recibir cadenas prefabricadas de otros objetos. En el último caso, debes implementar algunas clases fábrica para crear cadenas de acuerdo con los ajustes de configuración o de entorno.

  5. El cliente puede activar cualquier manejador de la cadena, no solo el primero. La solicitud se pasará a lo largo de la cadena hasta que algún manejador se rehúse a pasarlo o hasta que llegue al final de la cadena.

  6. Debido a la naturaleza dinámica de la cadena, el cliente debe estar listo para gestionar los siguientes escenarios:

    • La cadena puede consistir en un único vínculo.
    • Algunas solicitudes pueden no llegar al final de la cadena.
    • Otras pueden llegar hasta el final de la cadena sin ser gestionadas.

Pros y contras

  • Puedes controlar el orden de control de solicitudes.
  • Principio de responsabilidad única. Puedes desacoplar las clases que invoquen operaciones de las que realicen operaciones.
  • Principio de abierto/cerrado. Puedes introducir nuevos manejadores en la aplicación sin descomponer el código cliente existente.
  • Algunas solicitudes pueden acabar sin ser gestionadas.

Relaciones con otros patrones

  • Chain of Responsibility, Command, Mediator y Observer abordan distintas formas de conectar emisores y receptores de solicitudes:

    • Chain of Responsibility pasa una solicitud secuencialmente a lo largo de una cadena dinámica de receptores potenciales hasta que uno de ellos la gestiona.
    • Command establece conexiones unidireccionales entre emisores y receptores.
    • Mediator elimina las conexiones directas entre emisores y receptores, forzándolos a comunicarse indirectamente a través de un objeto mediador.
    • Observer permite a los receptores suscribirse o darse de baja dinámicamente a la recepción de solicitudes.
  • Chain of Responsibility se utiliza a menudo junto a Composite. En este caso, cuando un componente hoja recibe una solicitud, puede pasarla a lo largo de la cadena de todos los componentes padre hasta la raíz del árbol de objetos.

  • Los manejadores del Chain of Responsibility se pueden implementar como Comandos. En este caso, puedes ejecutar muchas operaciones diferentes sobre el mismo objeto de contexto, representado por una solicitud.

    Sin embargo, hay otra solución en la que la propia solicitud es un objeto Comando. En este caso, puedes ejecutar la misma operación en una serie de contextos diferentes vinculados en una cadena.

  • Chain of Responsibility y Decorator tienen estructuras de clase muy similares. Ambos patrones se basan en la composición recursiva para pasar la ejecución a través de una serie de objetos. Sin embargo, existen varias diferencias fundamentales:

    Los manejadores de CoR pueden ejecutar operaciones arbitrarias con independencia entre sí. También pueden dejar de pasar la solicitud en cualquier momento. Por otro lado, varios decoradores pueden extender el comportamiento del objeto manteniendo su consistencia con la interfaz base. Además, los decoradores no pueden romper el flujo de la solicitud.

Ejemplos de código

Patrones de diseño: Chain of Responsibility en Java Patrones de diseño: Chain of Responsibility en C# Patrones de diseño: Chain of Responsibility en C++ Patrones de diseño: Chain of Responsibility en PHP Patrones de diseño: Chain of Responsibility en Python Patrones de diseño: Chain of Responsibility en Ruby Patrones de diseño: Chain of Responsibility en Swift Patrones de diseño: Chain of Responsibility en TypeScript Patrones de diseño: Chain of Responsibility en Go