觀察者模式-將訊息通知給觀察者

碼農充電站發表於2020-12-29

模式

公號：碼農充電站pro
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觀察者模式（Observer Design Pattern）也被稱為釋出訂閱模式（Publish-Subscribe Design Pattern），主要用於更好的解決向物件通知訊息的問題。

觀察者模式定義了物件之間的一對多依賴，當物件狀態改變的時候，所有依賴者都會自動收到通知。

觀察者模式可以用很多稱呼來描述，比如：

Subject-Observer：主題-觀察者。
Publisher-Subscriber：釋出者-訂閱者。
Producer-Consumer：生產者-消費者。

1，訂閱報紙

我們以訂閱報紙為例，來描述 Subject 與 Observer 之間的關係。

Subject 相當於報社，Observer 就相當於訂閱報紙的使用者：

從報社的角度來說：
- 報社可向使用者提供新聞訊息，使用者可以訂閱報社的報紙，也可以取消訂閱。
- 報社記錄了所有訂閱報紙的使用者名稱單。
  - 如果有使用者訂閱了報紙，報社就會在名單中加入他的名字。
  - 如果有使用者取消了報紙，報社就會從名單中刪去他的名字。
- 當報社有了新聞，會主動將新聞通知給它的所有訂閱使用者。
- 沒有訂閱的使用者，報社則不會去通知他。
從使用者的角度來說：
- 如果使用者訂閱了報社的報紙，當報社有了新聞，他就會收到報社的訊息。
- 如果使用者取消了報社的報紙，當報社有了新聞，報社也不會通知他。

Subject 與 Observer 是一對多關係：

在這裡插入圖片描述

2，觀察者模式類圖

這裡直接給出觀察者模式的類圖，這是最經典的實現方式，其它的變種都可以在它的基礎上加以改進。

在這裡插入圖片描述

從類圖中可以知道，Subject 是一個介面，有三個抽象方法：

registerObserver：用於註冊 observer。
removeObserver：用於移除 observer。
notifyObservers：當有了訊息，通知所有 observers。

Observer 也是一個介面，有一個抽象方法：

update：當 subject 發來新訊息時，用於更新訊息。

3，實現觀察者模式

下面我們來用程式碼實現觀察者模式。

首先是兩個介面 Subject 與 Observer：

interface Subject {
    void registerObserver(Observer o);
    void removeObserver(Observer o);
    void notifyObservers(String info);
}

interface Observer {
    void update(String info);
}

這兩個介面完全是按照類圖中的內容來實現的，其中變數 info 的型別可以根據實際的應用場景來定。

再實現 ConcreteSubject 和 ConcreteObserver ：

class ConcreteSubject implements Subject {

	// 用於存放 observer
    private final ArrayList<Observer> observers;

    public ConcreteSubject() {
        observers = new ArrayList();
    }

    public void registerObserver(Observer o) {
        observers.add(o);
    }

    public void removeObserver(Observer o) {
        observers.remove(o);
    }

    public void notifyObservers(String info) {
        for (Observer o: observers) {
            o.update(info);
        }
    }
}

class ConcreteObserver implements Observer {
    private final String name;

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

    public void update(String info) {
        System.out.println(this.name + " get info: " + info);
    }
}

ConcreteSubject 中的 observers 用於儲存觀察者，這裡使用的型別是 ArrayList，也可以根據實際的應用場景來選擇。

ConcreteObserver 中的 name 只是為了表示不同的觀察者，觀察者在收到訊息後，將訊息列印在控制檯。

測試這兩個類：

// 建立被觀察者
ConcreteSubject s = new ConcreteSubject();

// 建立兩個觀察者
ConcreteObserver o1 = new ConcreteObserver("o1");
ConcreteObserver o2 = new ConcreteObserver("o2");

// 註冊觀察者
s.registerObserver(o1); // 註冊 o1
s.registerObserver(o2); // 註冊 o2
s.notifyObservers("info1");  // 向觀察者通知訊息

System.out.println("remove observer o1");

s.removeObserver(o1);  // 移除 o1
s.notifyObservers("info2"); // 再向觀察者通知訊息

輸出如下：

o1 get info: info1
o2 get info: info1
remove observer o1
o2 get info: info2

可以看到，第一次通知訊息時，o1 和 o2 都收到訊息了，在移除 o1 之後再傳送訊息，只有 o2 能收到訊息。

這就是觀察者模式最簡潔的一種實現方式，非常簡單。我把完整的程式碼放在了這裡。

4，觀察者模式擴充套件

根據不同的應用場景和需求，觀察者模式可以有不同的實現方式，比如下面幾種：

同步阻塞的實現方式
非同步非阻塞的實現方式
程式內的實現方式
跨程式的實現方式

同步阻塞方式

根據這種劃分方式，上面我們實現的就是同步阻塞的方式，當有新訊息的時候，Subject 會將訊息 notify 給所有的 Observer，直到所有的 Observer 執行完畢它的 update 過程，整個通知過程才算完畢，這整個過程是一個阻塞的過程。

非同步非阻塞方式

為了加快整個 notify 過程，我們可以將同步阻塞的方式改為非同步非阻塞的方式。

一種簡單的實現就是使用執行緒，就是在 update 方法中使用執行緒來完成任務，如下：

public void update(String info) {
   Thread t = new Thread(new Runnable() {
       public void run() {
           // 處理任務
       }
   });

   t.start();
}

Google Guava EventBusExplained 是一個通用的觀察者模式框架，你可以去了解一下。

跨程式方式

同步阻塞與非同步非阻塞都屬於程式之內的實現，對於跨程式的實現，一般都是基於訊息佇列來實現。至於這方面的應用，有很多現成的，成熟的元件可以使用，比如：