观察者模式 (Observer Pattern)

观察者模式 (Observer Pattern)

观察者模式是一种 行为型设计模式，用于定义对象间的一种 一对多 依赖关系。当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都会收到通知并自动更新。

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原理

1. 核心思想：
   • 当目标对象（Subject）发生变化时，通知所有观察者（Observer）。
   • 将目标与观察者之间的依赖关系分离，使得两者可以独立变化。
2. 适用场景：
   • 一个对象的变化需要通知其他对象。
   • 不希望目标对象和观察者之间存在紧耦合关系。
3. 参与角色：
   • Subject（目标/被观察者）：
     • 保存观察者对象的列表。
     • 提供注册、移除观察者的方法。
     • 当状态发生改变时，通知所有观察者。
   • Observer（观察者）：
     • 提供更新接口，供目标调用。
   • ConcreteSubject（具体目标）：
     • 实现具体的状态逻辑。
   • ConcreteObserver（具体观察者）：
     • 实现更新接口，定义具体更新行为。

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优点

1. 解耦：观察者和目标分离，可以独立扩展。
2. 动态响应：目标状态变化时，观察者可以动态收到通知。
3. 复用性强：观察者模式非常灵活，适用于各种场景。

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缺点

1. 通知机制复杂性：通知过程可能产生较高的时间开销。
2. 可能出现循环依赖：当观察者也会触发目标变化时，需防止死循环。
3. 难以控制通知顺序：观察者的调用顺序由实现决定。

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示例代码

场景描述

以新闻发布系统为例，新闻发布者是目标，订阅用户是观察者。当新闻发布时，所有订阅用户都会收到通知。

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1. 定义观察者接口

// 观察者接口
public interface Observer {
    void update(String message); // 接收目标的更新通知
}

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2. 定义目标接口

// 目标接口
public interface Subject {
    void registerObserver(Observer observer); // 注册观察者
    void removeObserver(Observer observer);   // 移除观察者
    void notifyObservers();                   // 通知所有观察者
}

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3. 实现具体目标类

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 具体目标类
public class NewsPublisher implements Subject {
    private List<Observer> observers; // 保存观察者列表
    private String news;              // 新闻内容

    public NewsPublisher() {
        observers = new ArrayList<>();
    }

    @Override
    public void registerObserver(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    @Override
    public void removeObserver(Observer observer) {
        observers.remove(observer);
    }

    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(news); // 通知每个观察者
        }
    }

    // 更新新闻并通知观察者
    public void setNews(String news) {
        this.news = news;
        notifyObservers();
    }
}

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4. 实现具体观察者类

// 具体观察者
public class Subscriber implements Observer {
    private String name;

    public Subscriber(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void update(String message) {
        System.out.println(name + " received news: " + message);
    }
}

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5. 客户端代码

public class ObserverPatternExample {
    public static void main(String[] args) {
        NewsPublisher publisher = new NewsPublisher();

        // 创建观察者
        Observer alice = new Subscriber("Alice");
        Observer bob = new Subscriber("Bob");
        Observer charlie = new Subscriber("Charlie");

        // 注册观察者
        publisher.registerObserver(alice);
        publisher.registerObserver(bob);

        // 发布新闻
        publisher.setNews("Breaking News: Observer Pattern Explained!");

        // 移除观察者
        publisher.removeObserver(alice);

        // 再次发布新闻
        publisher.setNews("Update: Observer Pattern is Easy!");
    }
}

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输出结果

Alice received news: Breaking News: Observer Pattern Explained!
Bob received news: Breaking News: Observer Pattern Explained!
Bob received news: Update: Observer Pattern is Easy!

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UML 类图

        +------------------+
        |    Subject       |<-------------------+
        +------------------+                    |
        | + registerObserver()|                 |
        | + removeObserver()  |                 |
        | + notifyObservers() |                 |
        +------------------+                    |
                ^                               |
                |                               |
+-----------------------+       +-----------------------+
|   NewsPublisher       |       |       Observer        |
+-----------------------+       +-----------------------+
| - observers : List    |       | + update(message)     |
| + setNews(news)       |       +-----------------------+
| + notifyObservers()   |                 ^
+-----------------------+                 |
                |                         |
       +-----------------------+   +-----------------------+
       |      Subscriber        |   |      Subscriber        |
       +-----------------------+   +-----------------------+
       | - name : String        |   | - name : String        |
       | + update(message)      |   | + update(message)      |
       +-----------------------+   +-----------------------+

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使用场景

1. 事件监听：GUI 开发中，按钮点击事件的监听。
2. 消息订阅：发布/订阅模式，如 RabbitMQ、Kafka。
3. 实时更新：如股票价格、天气更新。

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优化与扩展

1. 使用 Java 内置类：
   • Java 提供了 Observable 类和 Observer 接口。
   • 但 Observable 已被标记为过时，推荐自定义实现。
2. 多线程支持：
   • 使用线程安全的集合 CopyOnWriteArrayList 避免并发问题。
3. 结合其他模式：
   • 与 中介者模式 结合，简化复杂的观察者关系。

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小结

• 观察者模式在事件驱动系统中非常常用。
• 它解耦了目标和观察者，但需要注意性能问题。
• 可结合其他模式（如工厂模式）简化观察者的管理和创建。