折騰Java設計模式之觀察者模式

大萌小路發表於2019-04-08

觀察者模式

Define a one-to-many dependency between objects where a state change in one object results in all its dependents being notified and updated automatically.

直譯過來就是，定義物件間的一對多依賴關係，當一個物件的狀態變更會自動通知和更新所有依賴項。像釋出/訂閱模式，事件通知模式，資料來源/監聽模式等都是性質一樣。

觀察者模式UML

UML類和時序圖

類圖：Subject類不會直接更新從屬物件的狀態。相反，Subject引用了用於更新狀態的觀察者介面（update()），這使得Subject獨立於依賴物件的狀態更新方式。Observer1和Observer2類通過將狀態與Subject的狀態同步來實現Observer介面。

時序圖：Observer1和Observer2物件呼叫Subject1上的attach(this)來註冊自己。假如Subject1的狀態發生變更，Subject1本身呼叫notify()。notify()對已註冊的Observer1和Observer2物件呼叫update()，後者從Subject1請求已更改的資料（getState()）以更新（同步）其狀態。

UML類圖

觀察者模式角色

Subject（目標）：目標又稱為主題，它是指被觀察的物件。在目標中定義了一個觀察者集合，一個觀察目標可以接受任意數量的觀察者來觀察，它提供一系列方法來增加和刪除觀察者物件，同時它定義了通知方法notify()。目標類可以是介面，也可以是抽象類或具體類。

ConcreteSubject（具體目標）：具體目標是目標類的子類，通常它包含有經常發生改變的資料，當它的狀態發生改變時，向它的各個觀察者發出通知；同時它還實現了在目標類中定義的抽象業務邏輯方法（如果有的話）。如果無須擴充套件目標類，則具體目標類可以省略。

Observer（觀察者）：觀察者將對觀察目標的改變做出反應，觀察者一般定義為介面，該介面宣告瞭更新資料的方法update()，因此又稱為抽象觀察者。

ConcreteObserver（具體觀察者）：在具體觀察者中維護一個指向具體目標物件的引用，它儲存具體觀察者的有關狀態，這些狀態需要和具體目標的狀態保持一致；它實現了在抽象觀察者Observer中定義的update()方法。

觀察者模式描述瞭如何建立物件與物件之間的依賴關係，以及如何構造滿足這種需求的系統。觀察者模式包含觀察目標和觀察者兩類物件，一個目標可以有任意數目的與之相依賴的觀察者，一旦觀察目標的狀態發生改變，所有的觀察者都將得到通知。作為對這個通知的響應，每個觀察者都將監視觀察目標的狀態以使其狀態與目標狀態同步，這種互動也稱為釋出-訂閱(Publish-Subscribe)。觀察目標是通知的釋出者，它發出通知時並不需要知道誰是它的觀察者，可以有任意數目的觀察者訂閱它並接收通知。

乾貨原始碼解析

原始碼地址

部落格訂閱的功能，抽象主題中維護訂閱關係，同時引入普通和vip觀察者。

//抽象主題
@Data
public abstract class Subject {

    //主題訂閱者們
    private List<Observer> observerList = Lists.newArrayList();

    //訂閱
    public void register(Observer observer) {
        observerList.add(observer);
    }

    //取消訂閱
    public void remove(Observer observer) {
        observerList.remove(observer);
    }

    //釋出東西
    public abstract void publish(String msg);
}


//抽象觀察者
@Slf4j
@Data
@AllArgsConstructor
public abstract class Observer {

    //觀察者名稱
    private String name;

    //更新狀態，由主題排程
    public void update(Object subject, Object args) {
        log.info("{}獲取到變更通知：{}", name, args);
    }
}

//部落格主題
@Slf4j
public class Blog extends Subject {

    @Override
    public void publish(String msg) {
        log.info("釋出msg:{}", msg);
        //通知訂閱者
        getObserverList().forEach(observer -> observer.update(this, msg));
    }
}

//普通使用者觀察者
@Slf4j
public class NormalObserver extends Observer {

    public NormalObserver(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void update(Object subject, Object args) {
        super.update(subject, args);
        log.info("{}獲取到變更通知：普通使用者可以不快取", getName());
    }
}

//vip使用者觀察者
@Slf4j
public class VipObserver extends Observer {

    public VipObserver(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void update(Object subject, Object args) {
        super.update(subject, args);
        log.info("{}獲取到變更通知：vip可以快取", getName());
    }
}


@Slf4j
public class Application {

    public static void main(String[] args) {
        Blog blog = new Blog();
        VipObserver wang = new VipObserver("老王99");
        VipObserver lee = new VipObserver("老李");
        NormalObserver four = new NormalObserver("小四");
        NormalObserver twoEgg = new NormalObserver("二蛋");
        log.info("---------------------begin--------------------");

        // 使用者訂閱部落格，普通和vip使用者
        new Thread(() -> {
            blog.register(wang);
            sleep(2);
            blog.register(lee);
            sleep(2);
            blog.register(four);
        }).start();

        // 部落格執行緒每隔2秒釋出一次文章,  總共釋出4次
        new Thread(() -> {
            IntStream.rangeClosed(1, 4).forEach(i -> {
                blog.publish(String.format("新把戲第%s次", i));
                sleep(2);
            });
        }).start();

        // 有使用者退出訂閱部落格，也有二蛋加入訂閱
        new Thread(() -> {
            sleep(3);
            blog.remove(lee);
            sleep(2);
            blog.register(twoEgg);
        }).start();
    }

    private static void sleep(int seconds) {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(seconds);
        } catch (InterruptedException e) {
            log.error("error : ", e);
        }
    }
}
複製程式碼

jdk內建的Obverser和Observable

@Slf4j
public class ObserverApplication {

    public static void main(String[] args) {
        log.info("Enter Text: ");
        EventSource eventSource = new EventSource();

        eventSource.addObserver((obj, arg) -> {
            log.info("Received response: {}", arg);
        });

        eventSource.addObserver((obj, arg) -> {
            log.info("Received response2: {},,{}", arg, obj
            );
        });

        new Thread(eventSource).start();
    }
}

class EventSource extends Observable implements Runnable {
    public void run() {
        while (true) {
            String response = new Scanner(System.in).next();
            setChanged();
            notifyObservers(response);
        }
    }
}
複製程式碼

Java中的使用

它使得一個物件可以靈活的將訊息傳送給感興趣的物件

java.util.EventListener

javax.servlet.http.HttpSessionBindingListener

javax.servlet.http.HttpSessionAttributeListener

javax.faces.event.PhaseListener

Listener從名字上看就明白是監聽的意思了。

JDK中內建的Obverser和Observable

jdk中內建的觀察者模式。即是java.util.Observer(介面)和java.util.Observable(類)。

簡單的說說這個。觀察者介面(java.util.Observer)，主題(java.util.Observable)。實現觀察者介面和繼承主題。通過抽象主題的addObserver()註冊觀察者，deleteObserver()移除觀察者。

首先通過呼叫主題類的setChange()告知狀態變更，隨後呼叫notifyObservers方法（可傳可不傳引數）去通知觀察者，最後因為主題在notifyObservers時會主動呼叫觀察者的update()方法，改方法有2個引數，第一個為主題物件，第二個為可變引數。

總結

觀察者模式是一種使用頻率非常高的設計模式，JDK中就帶有實現。無論是移動應用、Web應用或者桌面應用，觀察者模式幾乎無處不在，它為實現物件之間的聯動提供了一套完整的解決方案，凡是涉及到一對一或者一對多的物件互動場景都可以使用觀察者模式。觀察者模式廣泛應用於各種程式語言的GUI事件處理的實現，在基於事件的XML解析技術（如SAX2）以及Web事件處理中也都使用了觀察者模式。

觀察者模式的優點

(1) 觀察者模式可以實現表示層和資料邏輯層的分離，定義了穩定的訊息更新傳遞機制，並抽象了更新介面，使得可以有各種各樣不同的表示層充當具體觀察者角色。 (2) 觀察者模式在觀察目標和觀察者之間建立一個抽象的耦合。觀察目標只需要維持一個抽象觀察者的集合，無須瞭解其具體觀察者。由於觀察目標和觀察者沒有緊密地耦合在一起，因此它們可以屬於不同的抽象化層次。 (3) 觀察者模式支援廣播通訊，觀察目標會向所有已註冊的觀察者物件傳送通知，簡化了一對多系統設計的難度。 (4) 觀察者模式滿足“開閉原則”的要求，增加新的具體觀察者無須修改原有系統程式碼，在具體觀察者與觀察目標之間不存在關聯關係的情況下，增加新的觀察目標也很方便。

觀察者模式的缺點

(1) 如果一個觀察目標物件有很多直接和間接觀察者，將所有的觀察者都通知到會花費很多時間。 (2) 如果在觀察者和觀察目標之間存在迴圈依賴，觀察目標會觸發它們之間進行迴圈呼叫，可能導致系統崩潰。 (3) 觀察者模式沒有相應的機制讓觀察者知道所觀察的目標物件是怎麼發生變化的，而僅僅只是知道觀察目標發生了變化。