本文繼續深入探討 Tomcat 內部採用的核心設計模式，包括外觀模式、觀察者模式、命令模式與責任鏈模式，並透過原始碼層級的類圖與關鍵程式碼片段，解析這些模式如何支撐 Tomcat 的高效運作。
外觀模式在 Tomcat 中有多處使用，在 Request 和 Response 物件封裝中、Standard Wrapper 到 ServletConfig 封裝中、ApplicationContext 到 ServletContext 封裝中等都用到了這種設計模式。
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外觀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訊，但是每個子系統又不能將自己的內部資料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外觀，把別的系統感興趣的資料封裝起來，通過這個外觀來進行存取。這就是外觀設計模式存在的意義。
外觀模式示意圖如下：
圖 1. 外觀示意圖
Client 只能存取到 Facade 中提供的資料是外觀模式的關鍵，至於 Client 如何存取 Facade 和 Subsystem 如何提供 Facade 外觀模式並沒有規定死。
Tomcat 中外觀模式使用的很多，因為 Tomcat 中有很多不同組件，每個組件要相互交互資料，用外觀模式隔離資料是個很好的方法。下面是 Request 上使用的外觀模式：
圖 2. Request 的外觀模式類圖
從圖中可以看出 HttpRequestFacade 類別封裝了 HttpRequest 介面能夠提供資料，通過 HttpRequestFacade 存取到的資料都被代理到 HttpRequest 中，通常被封裝的物件都被設為 Private 或者 Protected 存取修飾，以防止在 Facade 中被直接存取。
這種設計模式也是常用的設計方法通常也叫發布-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：
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 實例的建立、Session 的管理、Container 等都是同樣的原理。下面主要看一下 Lifecycle 的具體實作。
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 代表的是抽象觀察者，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，它實作了 LifecycleListener 介面的方法，就是這個具體的觀察者具體的實作方式。Lifecycle 介面代表的是抽象主題，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，它實作了抽象主題的所有方法。這裡 Tomcat 對觀察者做了擴展，增加了另外兩個類別：LifecycleSupport、LifecycleEvent，它們作為輔助類別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 類別代理了主題對多觀察者的管理，將這個管理抽出來統一實作，以後如果修改只要修改 LifecycleSupport 類別就可以了，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 類別了。這可以認為是觀察者模式的改進版。
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);
}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);
}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 也是透過命令模式呼叫 Container 的。
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。不同的模組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：
Tomcat 中命令模式在 Connector 和 Container 組件之間有體現，Tomcat 作為一個應用伺服器，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 是如何實作命令模式的，下面是 Tomcat 命令模式的結構圖：
圖 4. Tomcat 命令模式的結構圖
Connector 作為抽象請求者，HttpConnector 作為具體請求者。HttpProcessor 作為命令。Container 作為命令的抽象接受者，ContainerBase 作為具體的接受者。客戶端就是應用伺服器 Server 組件了。Server 首先建立命令請求者 HttpConnector 物件，然後建立命令 HttpProcessor 命令物件。再把命令物件交給命令接受者 ContainerBase 容器來處理命令。命令的最終是被 Tomcat 的 Container 執行的。命令可以以佇列的方式進來，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。
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，就是很多物件有每個物件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，直到鏈上的某個物件處理此請求，或者每個物件都可以處理請求，並傳給下一家，直到最終鏈上每個物件都處理完。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：
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 中責任鏈模式的類別結構圖如下：
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別結構圖，對應的責任鏈模式的角色，Container 扮演抽象處理者角色，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 介面。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 物件好比管子裡流的水，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處理流程這是一個非常值得借鑒的模式。
