門面設計模式

門面設計模式在 Tomcat 中有多處使用，在 Request 和 Response 對像封裝中、Standard Wrapper 到 ServletConfig 封裝中、ApplicationContext 到 ServletContext 封裝中等都用到了這種設計模式。

門面設計模式的原理

這麼多場合都用到了這種設計模式，那這種設計模式究竟能有什麼作用呢？顧名思義，就是將一個東西封裝成一個門面好與人家更容易進行交流，就像一個國家的外交部一樣。

這種設計模式主要用在一個大的系統中有多個子系統組成時，這多個子系統肯定要涉及到相互通信，但是每個子系統又不能將自己的內部數據過多的暴露給其它系統，不然就沒有必要劃分子系統了。每個子系統都會設計一個門面，把別的系統感興趣的數據封裝起來，通過這個門面來進行訪問。這就是門面設計模式存在的意義。

門面設計模式示意圖如下：

圖 1. 門面示意圖

Client 只能訪問到 Facade 中提供的數據是門面設計模式的關鍵，至於 Client 如何訪問 Facade 和 Subsystem 如何提供 Facade 門面設計模式並沒有規定死。

Tomcat 的門面設計模式示例

Tomcat 中門面設計模式使用的很多，因為 Tomcat 中有很多不同組件，每個組件要相互交互數據，用門面模式隔離數據是個很好的方法。

下面是 Request 上使用的門面設計模式：

圖 2. Request 的門面設計模式類圖

從圖中可以看出 HttpRequestFacade 類封裝了 HttpRequest 接口能夠提供數據，通過 HttpRequestFacade 訪問到的數據都被代理到 HttpRequest 中，通常被封裝的對象都被設為 Private 或者 Protected 訪問修飾，以防止在 Facade 中被直接訪問。

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觀察者設計模式

這種設計模式也是常用的設計方法通常也叫發佈 - 訂閱模式，也就是事件監聽機制，通常在某個事件發生的前後會觸發一些操作。

觀察者模式的原理

觀察者模式原理也很簡單，就是你在做事的時候旁邊總有一個人在盯著你，當你做的事情是它感興趣的時候，它就會跟著做另外一些事情。但是盯著你的人必須要到你那去登記，不然你無法通知它。觀察者模式通常包含下面這幾個角色：

• Subject 就是抽像主題：它負責管理所有觀察者的引用，同時定義主要的事件操作。
• ConcreteSubject 具體主題：它實現了抽像主題的所有定義的接口，當自己發生變化時，會通知所有觀察者。
• Observer 觀察者：監聽主題發生變化相應的操作接口。

Tomcat 的觀察者模式示例

Tomcat 中觀察者模式也有多處使用，前面講的控制組件生命週期的 Lifecycle 就是這種模式的體現，還有對 Servlet 實例的創建、Session 的管理、Container 等都是同樣的原理。下面主要看一下 Lifecycle 的具體實現。

Lifecycle 的觀察者模式結構圖：

圖 3. Lifecycle 的觀察者模式結構圖

上面的結構圖中，LifecycleListener 代表的是抽像觀察者，它定義一個 lifecycleEvent 方法，這個方法就是當主題變化時要執行的方法。 ServerLifecycleListener 代表的是具體的觀察者，它實現了 LifecycleListener 接口的方法，就是這個具體的觀察者具體的實現方式。Lifecycle 接口代表的是抽像主題，它定義了管理觀察者的方法和它要所做的其它方法。而 StandardServer 代表的是具體主題，它實現了抽像主題的所有方法。這裡 Tomcat 對觀察者做了擴展，增加了另外兩個類：LifecycleSupport、LifecycleEvent，它們作為輔助類擴展了觀察者的功能。LifecycleEvent 使得可以定義事件類別，不同的事件可區別處理，更加靈活。LifecycleSupport 類代理了主題對多觀察者的管理，將這個管理抽出來統一實現，以後如果修改只要修改 LifecycleSupport 類就可以了，不需要去修改所有具體主題，因為所有具體主題的對觀察者的操作都被代理給 LifecycleSupport 類了。這可以認為是觀察者模式的改進版。

LifecycleSupport 調用觀察者的方法代碼如下：

清單 1. LifecycleSupport 中的 fireLifecycleEvent 方法

public void fireLifecycleEvent(String type, Object data) {
    LifecycleEvent event = new LifecycleEvent(lifecycle, type, data);
    LifecycleListener interested[] = null;
    synchronized (listeners) {
        interested = (LifecycleListener[]) listeners.clone();
    }
    for (int i = 0; i < interested.length; i++)
        interested[i].lifecycleEvent(event);
}

主題是怎麼通知觀察者呢？看下面代碼：

清單 2. 容器中的 start 方法

public void start() throws LifecycleException {
    lifecycle.fireLifecycleEvent(BEFORE_START_EVENT, null);
    lifecycle.fireLifecycleEvent(START_EVENT, null);
    started = true;
    synchronized (services) {
        for (int i = 0; i < services.length; i++) {
            if (services[i] instanceof Lifecycle)
                ((Lifecycle) services[i]).start();
            }
        }
    lifecycle.fireLifecycleEvent(AFTER_START_EVENT, null);
}

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命令設計模式

前面把 Tomcat 中兩個核心組件 Connector 和 Container，比作一對夫妻。男的將接受過來的請求以命令的方式交給女主人。對應到 Connector 和 Container，Connector 也是通過命令模式調用 Container 的。

命令模式的原理

命令模式主要作用就是封裝命令，把發出命令的責任和執行命令的責任分開。也是一種功能的分工。不同的模塊可以對同一個命令做出不同解釋。

下面是命令模式通常包含下面幾個角色：

• Client：創建一個命令，並決定接受者
• Command 命令：命令接口定義一個抽像方法
• ConcreteCommand：具體命令，負責調用接受者的相應操作
• Invoker 請求者：負責調用命令對像執行請求
• Receiver 接受者：負責具體實施和執行一次請求

Tomcat 中的命令模式的示例

Tomcat 中命令模式在 Connector 和 Container 組件之間有體現，Tomcat 作為一個應用服務器，無疑會接受到很多請求，如何分配和執行這些請求是必須的功能。

下面看一下 Tomcat 是如何實現命令模式的，下面是 Tomcat 命令模式的結構圖：

圖 4. Tomcat 命令模式的結構圖

Connector 作為抽像請求者，HttpConnector 作為具體請求者。HttpProcessor 作為命令。Container 作為命令的抽像接受者，ContainerBase 作為具體的接受者。客戶端就是應用服務器 Server 組件了。Server 首先創建命令請求者 HttpConnector 對象，然後創建命令 HttpProcessor 命令對象。再把命令對像交給命令接受者 ContainerBase 容器來處理命令。命令的最終是被 Tomcat 的 Container 執行的。命令可以以隊列的方式進來，Container 也可以以不同的方式來處理請求，如 HTTP1.0 協議和 HTTP1.1 的處理方式就會不同。

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責任鏈模式

Tomcat 中一個最容易發現的設計模式就是責任鏈模式，這個設計模式也是 Tomcat 中 Container 設計的基礎，整個容器的就是通過一個鏈連接在一起，這個鏈一直將請求正確的傳遞給最終處理請求的那個 Servlet。

責任鏈模式的原理

責任鏈模式，就是很多對像有每個對象對其下家的引用而連接起來形成一條鏈，請求在這條鏈上傳遞，直到鏈上的某個對象處理此請求，或者每個對象都可以處理請求，並傳給下一家，直到最終鏈上每個對象都處理完。這樣可以不影響客戶端而能夠在鏈上增加任意的處理節點。

通常責任鏈模式包含下面幾個角色：

• Handler（抽像處理者）：定義一個處理請求的接口
• ConcreteHandler（具體處理者）：處理請求的具體類，或者傳給下家

Tomcat 中責任鏈模式示例

在 tomcat 中這種設計模式幾乎被完整的使用，tomcat 的容器設置就是責任鏈模式，從 Engine 到 Host 再到 Context 一直到 Wrapper 都是通過一個鏈傳遞請求。

Tomcat 中責任鏈模式的類結構圖如下：

圖 5. Tomcat 責任鏈模式的結構圖

上圖基本描述了四個子容器使用責任鏈模式的類結構圖，對應的責任鏈模式的角色，Container 扮演抽像處理者角色，具體處理者由 StandardEngine 等子容器扮演。與標準的責任鏈不同的是，這裡引入了 Pipeline 和 Valve 接口。他們有什麼作用呢？

實際上 Pipeline 和 Valve 是擴展了這個鏈的功能，使得在鏈往下傳遞過程中，能夠接受外界的干預。Pipeline 就是連接每個子容器的管子，裡面傳遞的 Request 和 Response 對像好比管子裡流的水，而 Valve 就是這個管子上開的一個個小口子，讓你有機會能夠接觸到裡面的水，做一些額外的事情。

為了防止水被引出來而不能流到下一個容器中，每一段管子最後總有一個節點保證它一定能流到下一個子容器，所以每個容器都有一個 StandardXXXValve。只要涉及到這種有鏈式是處理流程這是一個非常值得借鑒的模式。