Java 设计模式——观察者模式
目录
- 1.概述
- 2.结构
- 3.案例实现
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- 3.1.抽象观察者
- 3.2.观察对象
- 3.3.具体观察者
- 3.4.具体观察对象
- 3.5.测试
- 4.优缺点
- 5.使用场景
- 6.JDK 源码解析——Observable / Observer
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- 6.1.Observable 类
- 6.2.Observer 接口
- 6.3.案例
1.概述
观察者模式 (Observer Pattern) 是一种行为型设计模式，又被称为发布-订阅 (Publish/Subscribe) 模式，它定义了对象之间的一种一对多的依赖关系，使得当一个对象的状态发生变化时，所有依赖于它的对象都会自动收到通知并更新。
2.结构
在观察者模式中有如下角色：
- Subject：观察对象，定义了注册观察者和删除观察者的方法。此外，它还声明了“获取现在的状态”的方法。
- ConcreteSubject：具体观察对象，当自身状态发生变化后，它会通知所有已经注册的
Observer角色。 - Observer：抽象观察者，负责接收来自
Subject角色的状态变化的通知，为此，它声明了update方法。 - ConcrereObserver：具体观察者，当它的
update方法被调用后，会去获取要观察的对象的最新状态。
3.案例实现
【例】微信公众号。在使用微信公众号时，大家都会有这样的体验，当你关注的公众号中有新内容更新的话，它就会推送给关注公众号的微信用户端。我们使用观察者模式来模拟这样的场景，微信用户就是观察者，微信公众号是观察对象，有多个的微信用户关注了程序猿这个公众号。 具体类图如下：
具体实现代码如下：
3.1.抽象观察者
Observer.java
public interface Observer {
void update(String message);
}
3.2.观察对象
Subject.java
//观察对象
public interface Subject {
//添加订阅者(观察者对象)
void attach(Observer observer);
//删除订阅者
void detach(Observer observer);
//通知订阅者更新消息
void notify(String message);
}
3.3.具体观察者
WeiXinObserver.java
//具体的观察者角色类
public class WeiXinObserver implements Observer{
private String name;
public WeiXinObserver(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public void update(String message) {
System.out.println(name + " : " + message);
}
}
3.4.具体观察对象
SubscriptionSubject.java
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
//具体主题角色类
public class SubscriptionSubject implements Subject{
//定义一个集合，用来存储多个观察者对象
private List<Observer> weiXinUserList = new ArrayList<>();
@Override
public void attach(Observer observer) {
weiXinUserList.add(observer);
}
@Override
public void detach(Observer observer) {
weiXinUserList.remove(observer);
}
@Override
public void notify(String message) {
//遍历集合
for (Observer observer : weiXinUserList) {
//调用观察者对象中的 update 方法
observer.update(message);
}
}
}
3.5.测试
Client.java
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//1.创建公众号对象
SubscriptionSubject subject = new SubscriptionSubject();
//2.订阅公众号
subject.attach(new WeiXinObserver("Tom"));
subject.attach(new WeiXinObserver("Mike"));
subject.attach(new WeiXinObserver("Jerry"));
//3.公众号更新
subject.notify("Java专栏更新了！");
}
}
4.优缺点
（1）优点
- 解耦性：观察者模式将观察者和主题（被观察者）解耦，使得它们之间的依赖关系变得松散。主题只需要知道观察者的抽象接口，而不需要知道具体的观察者对象。
- 可扩展性：通过新增或删除观察者，可以方便地扩展系统的功能。主题可以随时添加或删除观察者，而不会影响到其他部分的代码。
- 广播通信：主题通知所有的观察者对象，实现事件的广播通信，方便多个对象对事件做出响应。
- 符合开闭原则：新增观察者时无需修改主题的代码，只需实现新的观察者接口即可，符合开闭原则的要求。
（2）缺点
- 观察者过多可能导致性能问题：如果观察者过多，或者通知频繁，可能会导致系统性能下降。因此在设计时需注意对观察者的控制。
- 观察者和主题关系不明确：观察者模式中的观察者和主题之间的关系是松散的，观察者无法准确知道有哪些其他观察者存在。可能存在一些潜在的问题和维护的困难。
5.使用场景
（1）观察者模式适用于以下场景：
- 发布-订阅模型：当存在一个主题（或发布者）需要通知多个观察者（或订阅者）并进行相应的处理时，可以使用观察者模式。例如，新闻发布机构将新闻发布给多个订阅者。
- UI 事件处理：在图形用户界面 (GUI) 开发中，观察者模式常用于处理用户界面上的事件。用户操作（如按钮点击、文本框输入等）可以作为主题，而界面元素的更新则可以作为观察者来处理。
- 实时数据更新：当需要将实时数据的更新通知给多个组件或模块时，可以使用观察者模式。例如，股票交易系统中，股票价格的变化可以作为主题，而界面上的多个组件可以作为观察者。
- 消息队列系统：在消息队列系统中，观察者模式可以用于消息的发布和订阅的机制。生产者发布消息到主题中，而消费者作为观察者订阅主题，在消息到达时进行相应的处理。
- MVC 架构：观察者模式常用于应用程序的 MVC（模型-视图-控制器）架构中，用于实现模型与视图之间的通信。当模型的状态发生变化时，观察者模式可以通知相关的视图来刷新界面。
- 多线程编程中的消息通知：在多线程编程中，观察者模式可以用于实现线程间的消息通知机制。一个线程可以作为主题，而其他线程可以作为观察者，通过观察者模式实现线程间的协同工作。
（2）总之，观察者模式适用于需要一对多的依赖关系，并且对观察者和被观察者之间的耦合度要求较低的场景。它常用于发布-订阅模型、UI 事件处理、实时数据更新、消息队列系统、MVC 架构等应用场景。
6.JDK 源码解析——Observable / Observer
在 Java 中，通过 java.util.Observable 类和 java.util.Observer 接口定义了观察者模式，只要实现它们的子类就可以编写观察者模式实例。
6.1.Observable 类
其源码如下：
package java.util;
public class Observable {
/*
changed 为一个 boolean 类型的内部标志，注明目标对象是否发生了变化
当它为 true 时，notifyObservers() 才会通知观察者
*/
private boolean changed = false;
//存储所有的观察者对象
private Vector<Observer> obs;
public Observable() {
obs = new Vector<>();
}
//用于将新的观察者对象添加到集合中
public synchronized void addObserver(Observer o) {
if (o == null)
throw new NullPointerException();
if (!obs.contains(o)) {
obs.addElement(o);
}
}
//从集合中删除一个观察者
public synchronized void deleteObserver(Observer o) {
obs.removeElement(o);
}
public void notifyObservers() {
notifyObservers(null);
}
public void notifyObservers(Object arg) {
Object[] arrLocal;
synchronized (this) {
if (!changed)
return;
arrLocal = obs.toArray();
clearChanged();
}
for (int i = arrLocal.length-1; i>=0; i--)
//逆序通知集合中的观察者更新消息
((Observer)arrLocal[i]).update(this, arg);
}
//删除所集合中所有的观察者
public synchronized void deleteObservers() {
obs.removeAllElements();
}
protected synchronized void setChanged() {
changed = true;
}
protected synchronized void clearChanged() {
changed = false;
}
public synchronized boolean hasChanged() {
return changed;
}
//返回集合中观察者的数量
public synchronized int countObservers() {
return obs.size();
}
}
6.2.Observer 接口
Observer 接口是抽象观察者，它监视目标对象的变化，当目标对象发生变化时，观察者得到通知，并调用 update() 方法，进行相应的工作。其源码如下：
package java.util;
public interface Observer {
/**
* This method is called whenever the observed object is changed. An
* application calls an Observable object's
* notifyObservers method to have all the object's
* observers notified of the change.
*
* @param o the observable object.
* @param arg an argument passed to the notifyObservers
* method.
*/
void update(Observable o, Object arg);
}
6.3.案例
【例】警察抓小偷。警察抓小偷也可以使用观察者模式来实现，警察是观察者，小偷是被观察者。代码如下：
（1）小偷是一个被观察者，所以需要继承 Observable 类
import java.util.Observable;
public class Thief extends Observable {
private String name; public Thief(String name) {
this.name = name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
public void steal() {
System.out.println("小偷：我偷东西了，有没有人来抓我！！！");
super.setChanged(); //即令changed = true
super.notifyObservers();
}
}
（2）警察是一个观察者，所以需要让其实现 Observer 接口
import java.util.Observable;
import java.util.Observer;
public class Policemen implements Observer {
private String name;
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public Policemen(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public void update(Observable o, Object arg) {
System.out.println("警察：" + ((Thief) o).getName() + "，我已经盯你很久了，你可以保持沉默，但你所说的将成为呈堂证供！！！");
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//创建小偷对象
Thief t = new Thief("小偷");
//创建警察对象
Policemen p = new Policemen("小李");
//让警察盯着小偷
t.addObserver(p);
//小偷偷东西
t.steal();
}
}
结果如下：
小偷：我偷东西了，有没有人来抓我！！！
警察：小偷，我已经盯你很久了，你可以保持沉默，但你所说的将成为呈堂证供！！！