Java设计模式 —— 观察者模式

16 观察者模式

16.1 观察者模式概述

Observer Pattern: 定义对象之间的依赖关系（一对多），当一个对象的状态发生改变时，其关联的依赖对象均收到通知并自动更新。

观察者模式又称：发布-订阅模式，源-监听器模式

观察者模式结构图如下所示：

16.2 观察者模式实现

16.2.1 抽象目标类

被观察的对象，其中定义了一个 观察者 集合，提供一系列方法来增加和删除观察者对象，同时其定义了通知方法来通知观察者目标对象状态的变化。

public abstract class Subject {
    protected List<Observer> observers = new ArrayList<>();

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

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

    public abstract void notify();
}

16.2.2 具体目标类

该类实现抽象目标类的 notify 方法，同时它还实现了目标类中定义的抽象业务方法。

public class ConcreteSubject extends Subject {
    private String state;

    public void notify() {
        if (this.state.equals("changed")) {
            for (Object observer : observers) {
            	observer.update();
        	}
        }
    }
}

16.2.3 观察者接口

观察者一般定义为接口，声明数据更新的方法。

public interface Observer {
    public void update();
}

16.2.4 具体观察者

具体观察者update方法可以包含一个指向具体观察目标对象的引用

public class ConcreteObserver implements Observer {
    private String state;

    public ConcreteObserver(String state) {
        this.state = state;
    }

    public void update() {
        // 执行具体更新逻辑
    }
}

16.2.5 客户端调用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Subject subject = new ConcreteSubject();
        Observer observer1 = new ConcreteObserver("1");
        Observer observer2 = new ConcreteObserver("2");

        subject.add(observer1);
        subject.add(observer2);

        // 某些状态发生变化，导致notify()方法被调用，通知所有观察者完成更新
        subject.notify();
    }
}

16.3 JDK中的观察者模式支持

16.3.1 java.util.Observer

该接口充当抽象观察者类，提供抽象的 update() 方法

package java.util;

/**
 * A class can implement the <code>Observer</code> interface when it
 * wants to be informed of changes in observable objects.
 *
 * @author  Chris Warth
 * @see     java.util.Observable
 * @since   JDK1.0
 */
public interface Observer {
    /**
     * This method is called whenever the observed object is changed. An
     * application calls an <tt>Observable</tt> object's
     * <code>notifyObservers</code> method to have all the object's
     * observers notified of the change.
     *
     * @param   o     the observable object.
     * @param   arg   an argument passed to the <code>notifyObservers</code>
     *                 method.
     */
    void update(Observable o, Object arg);
}

16.3.2 java.util.Observable

该类充当抽象观察目标类（通过继承该类，扩展添加自己的业务方法），使用 Vector 存储观察对象列表，变量changed 存储观察目标是否发生改变

package java.util;

public class Observable {
    // 存储变化状态
    private boolean changed = false;
    // 存储观察者列表，线程安全的List
    private Vector<Observer> obs;

    /** Construct an Observable with zero Observers. */
    public Observable() {
        obs = new Vector<>();
    }

    // 线程安全，添加 observer 到 obs
    public synchronized void addObserver(Observer o) {
        if (o == null)
            throw new NullPointerException();
        if (!obs.contains(o)) {
            obs.addElement(o);
        }
    }

    // 删除列表中的 observer
    public synchronized void deleteObserver(Observer o) {
        obs.removeElement(o);
    }

    // 通知方法
    public void notifyObservers() {
        notifyObservers(null);
    }

    public void notifyObservers(Object arg) {
        /*
         * a temporary array buffer, used as a snapshot of the state of
         * current Observers.
         */
        Object[] arrLocal;

        synchronized (this) {
            /* We don't want the Observer doing callbacks into
             * arbitrary code while holding its own Monitor.
             * The code where we extract each Observable from
             * the Vector and store the state of the Observer
             * needs synchronization, but notifying observers
             * does not (should not).  The worst result of any
             * potential race-condition here is that:
             * 1) a newly-added Observer will miss a
             *   notification in progress
             * 2) a recently unregistered Observer will be
             *   wrongly notified when it doesn't care
             */
            if (!changed)
                return;
            arrLocal = obs.toArray();
            clearChanged();
        }

        for (int i = arrLocal.length-1; i>=0; i--)
            ((Observer)arrLocal[i]).update(this, arg);
    }

    // 删除所有观察者
    public synchronized void deleteObservers() {
        obs.removeAllElements();
    }

    protected synchronized void setChanged() {
        changed = true;
    }

    protected synchronized void clearChanged() {
        changed = false;
    }

    public synchronized boolean hasChanged() {
        return changed;
    }

    public synchronized int countObservers() {
        return obs.size();
    }
}

16.4 观察者模式与MVC

MVC架构模式角色分类

• Model: 模型
• View: 视图
• Controller: 控制器

Model 充当观察目标，View 充当观察者，Controller 充当外部作用改变Model的状态，View则会观察到Model的改变，并更新自己的显示内容。

16.5 观察者模式优/缺点

观察者模式使用频率非常高，为实现对象之间的联动提供了一套完整的解决方案，如发布与订阅场景、监听器Listener等。

观察者模式优点

• 观察目标只需维护一个抽象观察者集合，无需了解具体观察者的实现，降低耦合性
• 观察者模式支持广播通信，可以向所有已注册的观察者发送通知，简化一对多系统设计

观察者模式缺点

• 注册观察者时需要获取到观察目标对象才能完成注册
• 如果一个观察目标有非常多观察者，轮询通知所有观察者开销会较大

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参考文章

1. 设计模式-刘伟