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扒去Spring事件监听机制的外衣,竟然是观察者模式原创

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前言

Spring中提供了一套默认的事件监听机制,在容器初始化时便使用了这套机制。同时,Spring也提供了事件监听机制的接口扩展能力,开发者基于此可快速实现自定义的事件监听功能。

Spring的事件监听机制是在JDK事件监听的基础上进行的扩展,也是在典型观察者模式上的进一步抽象和改进。所以,结合Spring的事件监听机制与观察者模式来学习,可以达到理论与实践的完美融合。

本篇文章就以观察者模式和Spring事件监听机制作为切入点,结合具体的实例来对两者进行系统的学习和实践。

观察者模式

  • 观察者模式(Observer Pattern),也叫作发布-订阅模式(Publish/Subscribe)。

无论是观察者模式,还是Spring的事件监听机制,本质上都是在定义对象间一对多的依赖关系,使得每当一个对象(被观察者/事件)改变状态时,所有依赖于它的对象(观察者/事件监听器)都会得到通知,并被自动更新。

观察者模式的优点在于:观察者和被观察者之间是抽象耦合,不管是新增观察者或是被观察者,都非常容易扩展。这也符合面向对象所倡导的“开闭原则”:对扩展开放,对修改关闭。
观察者模式适用于以下三类场景:

  1. 关联行为场景,而且关联是可拆分的。
  2. 事件多级触发场景。
  3. 跨系统的消息交换场景,比如消息队列的处理机制。

在使用的过程中,也要综合考虑开发效率和运行效率的问题。通常,一个被观察者会对应多个观察者,那么在开发和调试的过程中会有一定的复杂度。
同时,因为被观察者存在关联、多级拆分,也就是会有多个观察者,而Java消息的通知(和Spring的事件监听机制)默认是顺序执行的,如果其中一个观察者执行时间过长或卡死,势必会影响整体的效率。此时,就需要考虑异步处理。

观察者的角色定义

观察者模式是一个典型的发布-订阅模型,其中主要涉及四个角色:

  1. 抽象被观察者角色:内部持有所有观察者角色的引用,并对外提供新增、移除观察者角色、通知所有观察者的功能;
  2. 具体被观察者角色:当状态变更时,会通知到所有的观察者角色;
  3. 抽象观察者角色:抽象具体观察者角色的一些共性方法,如状态变更方法;
  4. 具体观察者角色:实现抽象观察者角色的方法;
    UML类图展示类观察者模式大体如下:
    image1.jpeg

以具体的代码来展示一下观察者模式的实现。
第一,定义抽象观察者。

/**
 * 抽象观察者角色
 * @author sec
 **/
public abstract class AbstractObserver {

 /**
  * 接收消息
  * @param context 消息内容
  */
 public abstract void receiveMsg(String context);

}

第二,定义抽象被观察者。

/**
 * 抽象主题(抽象被观察者角色)
 * @author sec
 **/
public abstract class AbstractSubject {

 /**
  * 持有所有抽象观察者角色的集合引用
  */
 private final List<AbstractObserver> observers = new ArrayList<>();

 /**
  * 添加一个观察者
  * @param observer 观察者
  */
 public void addObserver(AbstractObserver observer){
  observers.add(observer);
 }

 /**
  * 移除一个观察者
  * @param observer 观察者
  */
 public void removeObserver(AbstractObserver observer){
  observers.remove(observer);
 }

 /**
  * 通知所有的观察者,执行观察者更新方法
  * @param context 通知内容
  */
 public void notifyObserver(String context){
  observers.forEach(observer -> observer.receiveMsg(context));
 }
}

第三,定义具体被观察者,实现了抽象被观察者。

/**
 * 具体被观察者
 * @author sec
 **/
public class ConcreteSubject extends AbstractSubject{
 
 /**
  * 被观察者发送消息
  * @param context 消息内容
  */
 public void sendMsg(String context){
  System.out.println("具体被观察者角色发送消息: " + context);
  super.notifyObserver(context);
 }
}

第四,定义具体观察者,实现了抽象观察者。

/**
 * 具体观察者角色实现类
 * @author sec
 **/
public class ConcreteObserver extends AbstractObserver{

 @Override
 public void receiveMsg(String context) {
  System.out.println("具体观察者角色接收消息: " + context);
 }
}

第五,使用演示类。

public class ObserverPatternTest {

 public static void main(String[] args) {
  ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();
  subject.addObserver(new ConcreteObserver());
  subject.sendMsg("Hello World!");
 }
}

执行上述方法,控制台打印日志为:

具体被观察者角色发送消息: Hello World!
具体观察者角色接收消息: Hello World!

在上述代码实现中,被观察者发出消息后,观察者接收到具体的消息,如果添加了多个观察者,它们均会收到消息。也就是前面所说的,每当一个对象(被观察者/事件)改变状态时,所有依赖于它的对象(观察者/事件监听器)都会得到通知,并被自动更新。

Java中的事件机制

前面聊了观察者模式,这里再来看看Java中的事件机制。

在JDK 1.1及以后版本中,事件处理模型采用基于观察者模式的委派事件模型(DelegationEvent Model, DEM),即一个Java组件所引发的事件并不由引发事件的对象自己来负责处理,而是委派给独立的事件处理对象负责。

这并不是说事件模型是基于Observer和Observable的,事件模型与Observer和Observable没有任何关系,Observer和Observable只是观察者模式的一种实现而已。

Java中的事件机制有三个角色参与:

  • Event Source:事件源,发起事件的主体。
  • Event Object:事件状态对象,传递的信息载体,可以是事件源本身,一般作为参数存在于listerner的方法之中。所有事件状态对象都将从Java中的EventObject派生而来;
  • Event Listener:事件监听器,当监听到EventObject产生时,调用相应的方法进行处理。所有事件侦听器接口必须扩展EventListener接口;

UML类图展示类事件模式大体如下:
image2.jpeg
在上面的UML图中,EventObject一般作为Listener处理方法的参数传入,而EventSource是事件的触发者,通过此对象注册相关的Listener,然后向Listener触发事件。

通过UML图的对比可以看出,事件监听模式和观察者模式大同小异,它们属于同一类型模式,都属于回调机制,主动推送消息,但在使用场景上有所区别。

观察者(Observer)相当于事件监听者(监听器),被观察者(Observable)相当于事件源和事件,事件监听比观察者模式要复杂一些,多了EventSource角色的存在。

以具体的代码来展示一下Java中的事件机制实现。

第一,定义事件对象。

/**
 * 事件对象
 *
 * @author sec
 **/
public class DoorEvent extends EventObject {

 private int state;

 /**
  * Constructs a prototypical Event.
  *
  * @param source The object on which the Event initially occurred.
  * @throws IllegalArgumentException if source is null.
  */
 public DoorEvent(Object source) {
  super(source);
 }

 public DoorEvent(Object source, int state) {
  super(source);
  this.state = state;
 }

 // 省略getter/setter方法 
}

第二,定义事件监听器接口。

/**
 * 事件监听器接口
 *
 * @author sec
 **/
public interface DoorListener extends EventListener {

 /**
  * 门处理事件
  * @param doorEvent 事件
  */
 void doorEvent(DoorEvent doorEvent);
}

第三,定义事件监听器的实现类。

public class CloseDoorListener implements DoorListener{
 @Override
 public void doorEvent(DoorEvent doorEvent) {
  if(doorEvent.getState() == -1){
   System.out.println("门关上了");
  }
 }
}

public class OpenDoorListener implements DoorListener{
 @Override
 public void doorEvent(DoorEvent doorEvent) {
  if(doorEvent.getState() == 1){
   System.out.println("门打开了");
  }
 }
}

这里实现了门的开和关两个事件监听器类。
第四,定义事件源EventSource。

public class EventSource {

 //监听器列表,监听器的注册则加入此列表
 private Vector<DoorListener> listenerList = new Vector<>();

 //注册监听器
 public void addListener(DoorListener eventListener) {
  listenerList.add(eventListener);
 }

 //撤销注册
 public void removeListener(DoorListener eventListener) {
  listenerList.remove(eventListener);
 }

 //接受外部事件
 public void notifyListenerEvents(DoorEvent event) {
  for (DoorListener eventListener : listenerList) {
   eventListener.doorEvent(event);
  }
 }
}

第五,测试类。

public class EventTest {

 public static void main(String[] args) {
  EventSource eventSource = new EventSource();
  eventSource.addListener(new CloseDoorListener());
  eventSource.addListener(new OpenDoorListener());

  eventSource.notifyListenerEvents(new DoorEvent("关门事件", -1));
  eventSource.notifyListenerEvents(new DoorEvent("开门时间", 1));
 }
}

执行测试类,控制台打印:

门关上了
门打开了

事件成功触发。

Spring中的事件机制

在了解了观察者模式和Java的事件机制之后,再来看看Spring中的事件机制。在Spring容器中,通过ApplicationEvent和ApplicationListener接口来实现事件监听机制。每次Event事件被发布到Spring容器中,都会通知对应的Listener。默认情况下,Spring的事件监听机制是同步的。

Spring的事件监听由三部分组成:

  • 事件(ApplicationEvent):该类继承自JDK中的EventObject,负责对应相应的监听器,事件源发生某事件是特定事件监听器被触发的原因;
  • 监听器(ApplicationListener):该类继承自JDK中的EventListener,对应于观察者模式中的观察者。监听器监听特定事件,并在内部定义了事件发生后的响应逻辑;
  • 事件发布器(ApplicationEventPublisher):对应于观察者模式中的被观察者/主题,负责通知观察者,对外提供发布事件和增删事件监听器的接口,维护事件和事件监听器之间的映射关系,并在事件发生时负责通知相关监听器。

通过上面的分析可以看出Spring的事件机制不仅是观察者模式的一种实现,也实现了JDK提供的事件接口。同时,除了发布者和监听者之外,还存在一个EventMulticaster的角色,负责把事件转发给监听者。
Spring事件机制的工作流程如下:
image3.jpeg
在上述流程中,发布者调用applicationEventPublisher.publishEvent(msg),将事件发送给EventMultiCaster。EventMultiCaster注册着所有的Listener,它会根据事件类型决定转发给那个Listener。

在Spring中提供了一些标准的事件,比如:ContextRefreshEvent、ContextStartedEvent、ContextStoppedEvent、ContextClosedEvent、RequestHandledEvent等。

关于Spring事件机制的具体实现和这些标准事件的作用,大家可以通过阅读源码来学习,这里不再详细展开。

下面来看看Spring事件机制涉及到的几个角色的源码及后续基于它们的实践。
第一,事件(ApplicationEvent)。

public abstract class ApplicationEvent extends EventObject {

 /** use serialVersionUID from Spring 1.2 for interoperability. */
 private static final long serialVersionUID = 7099057708183571937L;

 /** System time when the event happened. */
 private final long timestamp;

 /**
  * Create a new {@code ApplicationEvent}.
  * @param source the object on which the event initially occurred or with
  * which the event is associated (never {@code null})
  */
 public ApplicationEvent(Object source) {
  super(source);
  this.timestamp = System.currentTimeMillis();
 }

 /**
  * Return the system time in milliseconds when the event occurred.
  */
 public final long getTimestamp() {
  return this.timestamp;
 }

}

事件可类比观察者中的被观察者实现类的角色,继承自JDK的EventObject。上述Spring中的标准事件都是直接或间接继承自该类。
第二,事件发布器(ApplicationEventPublisher)。

@FunctionalInterface
public interface ApplicationEventPublisher {

 default void publishEvent(ApplicationEvent event) {
  publishEvent((Object) event);
 }

 void publishEvent(Object event);
}

通过实现ApplicationEventPublisher接口,并重写publishEvent()方法,可以自定义事件发布的逻辑。ApplicationContext继承了ApplicationEventPublisher接口。因此,我们可以通过实现ApplicationContextAware接口,注入ApplicationContext,然后通过ApplicationContext的publishEvent()方法来实现事件发布功能。

ApplicationContext容器本身仅仅是对外提供了事件发布的接口publishEvent(),真正的工作委托给了具体容器内部的ApplicationEventMulticaster对象。而ApplicationEventMulticaster对象可类比观察者模式中的抽象被观察者角色,负责持有所有观察者集合的引用、动态添加、移除观察者角色。
第三,事件监听器(ApplicationListener)。

@FunctionalInterface
public interface ApplicationListener<E extends ApplicationEvent> extends EventListener {

 /**
  * Handle an application event.
  * @param event the event to respond to
  */
 void onApplicationEvent(E event);

}

事件监听器(ApplicationListener)对应于观察者模式中的具体观察者角色。当事件发布之后,就会执行事件监听器的逻辑。通过实现ApplicationListener接口,并重写onApplicationEvent()方法,就可以监听到事件发布器发布的事件。
Spring事件监听案例

下面以具体的案例代码来说明如何自定义实现Spring事件监听。
第一,自定义定义事件对象,集成自ApplicationEvent。

public class MyEvent extends ApplicationEvent {
 /**
  * Create a new {@code ApplicationEvent}.
  *
  * @param source the object on which the event initially occurred or with
  *               which the event is associated (never {@code null})
  */
 public MyEvent(Object source) {
  super(source);
 }

 private String context;

 public MyEvent(Object source, String context){
  super(source);
  this.context = context;
 }

 public String getContext() {
  return context;
 }

 public void setContext(String context) {
  this.context = context;
 }
}

第二,自定义ApplicationListener事件监听器。

@Component
public class MyApplicationListener implements ApplicationListener<MyEvent> {
 @Override
 public void onApplicationEvent(MyEvent event) {
  // 监听到具体事件,处理对应具体逻辑
  System.out.println("event.getContext() = " + event.getContext());
 }

}

除了上述基于实现ApplicationListener接口的方式外,还可以使用**@EventListener**注解来实现,实现示例如下:

@Component
public class MyApplicationListener{

    // 通过注解实现监听器
    @EventListener
    public void handleMyEvent(MyEvent event){
        // 监听到具体事件,处理对应具体逻辑
    System.out.println("event.getContext() = " + event.getContext());
    }
}

第三,使用及单元测试。

@Slf4j
@SpringBootTest
public class SpringEventTest {

 @Autowired
 private ApplicationEventPublisher eventPublisher;

 @Test
 void testEvent() {
  eventPublisher.publishEvent(new MyEvent("自定义事件", "Hello World!"));
 }
}

执行单元测试,可看到控制台打印对应的事件信息。
通过上述方式我们已经成功实现了基于Spring的事件监听机制,但这其中还有一个问题:同步处理。默认情况下,上述事件是基于同步处理的,如果其中一个监听器阻塞,那么整个线程将处于等待状态。
那么,如何使用异步方式处理监听事件呢?只需两步即可。
第一步,在监听器类或方法上添加@Async注解,例如:

@Component
@Async
public class MyApplicationListener implements ApplicationListener<MyEvent> {
 @Override
 public void onApplicationEvent(MyEvent event) {
  // 监听到具体事件,处理对应具体逻辑
  System.out.println("event.getContext() = " + event.getContext());
 }

}

第二步,在SpringBoot启动类(这里以SpringBoot项目为例)上添加@EnableAsync注解,例如:

@SpringBootApplication
@EnableAsync
public class SpringBootMainApplication {

 public static void main(String[] args) {
  SpringApplication.run(SpringBootMainApplication.class, args);
 }
}

此时,就可以实现异步监听功能了。当然,@Async注解也可以指定我们已经配置好的线程池来处理异步请求,关于线程数的初始化这里就不再演示了。
小结

本篇文章带大家从观察者模式、Java事件机制延伸到Spring的事件监听机制,将三者融合在一起来讲解。通过这个案例,其实我们能够体会到一些经验性的知识,比如看似复杂的Spring事件监听机制实现只不过是观察者模式的一种实现,而其中又集成了Java的事件机制。这也就是所谓的融会贯通。
我们如果单纯的学习某一个设计模式,可能只会运用和识别它的简单实现,而实践中往往会对设计模式进行变种,甚至融合多种设计模式的优点于一体,这便是活学活用。希望通过这边文章你能够更加深入的理解上述三者。
参考文章:
https://blog.csdn.net/Weixiaohuai/article/details/122367792
https://www.cnblogs.com/admol/p/14036564.html
https://blog.csdn.net/qq_30364247/article/details/123168800
https://cloud.tencent.com/developer/article/1701947
https://www.jianshu.com/p/81a8ca9a6ffa# 一级标题

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