Java設(shè)計模式之java觀察者模式詳解

更新時間：2021年09月15日 11:39:13 作者：大忽悠愛忽悠

這篇文章主要介紹了Java經(jīng)典設(shè)計模式之觀察者模式,簡單分析了觀察者模式的概念、原理并結(jié)合實例形式給出了java觀察者模式的具體用法與相關(guān)注意事項,需要的朋友可以參考下

引言

觀察者模式是設(shè)計模式中的 “超級模式”，其應(yīng)用隨處可見，我們以微信公眾號為例。

微信公眾號有服務(wù)號、訂閱號和企業(yè)號之分。當(dāng)我們在公眾號上發(fā)布一篇博文推送時，訂閱的用戶都能夠在我發(fā)布推送之后及時接收到推送，即可方便地在手機端進行閱讀。

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介紹

觀察者模式(Observer Pattern)：定義對象之間的一種一對多依賴關(guān)系，使得每當(dāng)一個對象狀態(tài)發(fā)生改變時，其相關(guān)依賴對象皆得到通知并被自動更新。觀察者模式是一種對象行為型模式。

觀察者模式的別名包括發(fā)布-訂閱（Publish/Subscribe）模式、模型-視圖（Model/View）模式、源-監(jiān)聽器（Source/Listener）模式或從屬者（Dependents）模式。

觀察者模式包含觀察目標和觀察者兩類對象，**一個目標可以有任意數(shù)目的與之相依賴的觀察者，**一旦觀察目標的狀態(tài)發(fā)生改變，所有的觀察者都將得到通知。

一般是多對一依賴，即一個被觀察者，和多個觀察者
一旦大忽悠更新了公眾號，所有訂閱其公眾號的粉絲都會接收到更新推送

角色

Subject（目標）：目標又稱為主題，它是指被觀察的對象。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(shù)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對象，同時它定義了通知方法notify()。目標類可以是接口，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(jīng)常發(fā)生改變的數(shù)據(jù)，當(dāng)它的狀態(tài)發(fā)生改變時，向它的各個觀察者發(fā)出通知；同時它還實現(xiàn)了在目標類中定義的抽象業(yè)務(wù)邏輯方法（如果有的話）。如果無須擴展目標類，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(yīng)，觀察者一般定義為接口，該接口聲明了更新數(shù)據(jù)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對象的引用，它存儲具體觀察者的有關(guān)狀態(tài)，這些狀態(tài)需要和具體目標的狀態(tài)保持一致；它實現(xiàn)了在抽象觀察者Observer中定義的update()方法。通常在實現(xiàn)時，可以調(diào)用具體目標類的attach()方法將自己添加到目標類的集合中或通過detach()方法將自己從目標類的集合中刪除。

原理類圖

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微信訂閱號的案例

首先需要一個訂閱者接口（觀察者），該接口有一個 receive 方法，用于接收公眾號推送通知

//訂閱者---觀察者
public interface Subscriber
{
    //接收發(fā)布者發(fā)布消息的方法
    public void receive();
}

然后是一個微信客戶端（具體觀察者），實現(xiàn)了 receive 方法

//處理微信訂閱的業(yè)務(wù)邏輯
public class WeChatSub implements Subscriber
{
    //當(dāng)前訂閱者的名字
    private String subName;
    WeChatSub(String subName)
    {
        this.subName=subName;
    }
    @Override
    public void receive(String publisher, String passageName) {
       //接收到推送消息時的具體業(yè)務(wù)邏輯操作
        System.out.println(String.format("用戶[%s] ,  接收到[%s]的訂閱號推送," +
                "推送文章為:%s ",subName,publisher,passageName));
    }
}

發(fā)布者類（目標，被觀察對象），該類維護了一個訂閱者列表，實現(xiàn)了訂閱、取消訂閱、通知所有訂閱者等功能

//發(fā)布者--被觀察的對象Subject
public class Publisher
{
    //存放所有需要通知的觀察者
   static private List<Subscriber> subscribers=new ArrayList<>();
   //記錄是否發(fā)布的狀態(tài)，默認false
    static private  Boolean pubStatus=false;
    protected void subscribe(Subscriber subscriber) {
        this.subscribers.add(subscriber);
    }
    protected void unsubscribe(Subscriber subscriber) {
        if (this.subscribers.contains(subscriber)) {
            this.subscribers.remove(subscriber);
        }
    }
    protected void notifySubscribers(String publisher, String articleName) {
        if (this.pubStatus == false) {
            return;
        }
        for (Subscriber subscriber : this.subscribers) {
            subscriber.receive(publisher, articleName);
        }
        this.clearPubStatus();
    }
    protected void setPubStatus() {
        this.pubStatus = true;
    }
    protected void clearPubStatus() {
        this.pubStatus = false;
    }
}

微信公眾號類（具體目標），該類提供了 publishArticles 方法，用于發(fā)布推送，當(dāng)文章發(fā)布完畢時調(diào)用父類的通知所有訂閱者方法

public class WeChatPublisher extends  Publisher
{
    private String name;
    public WeChatPublisher(String name) {
        this.name = name;
    }
    public void publishArticles(String articleName, String content) {
        System.out.println(String.format("\n<%s>微信公眾號 發(fā)布了一篇推送，文章名稱為 <%s>，內(nèi)容為 <%s> ", this.name, articleName, content));
        setPubStatus();
        notifySubscribers(this.name, articleName);
    }
}

客戶端測試

//客戶端
public class Client
{
    public static void main(String[] args) {
        //創(chuàng)建一個發(fā)布者
        WeChatPublisher dhy=new WeChatPublisher("大忽悠");
        //創(chuàng)建訂閱者
        Subscriber sub1=new WeChatSub("小朋友");
        Subscriber sub2=new WeChatSub("小忽悠");
        Subscriber sub3=new WeChatSub("大朋友");
        //訂閱大忽悠公眾號
        dhy.subscribe(sub1);
        dhy.subscribe(sub2);
        dhy.subscribe(sub3);
        //大忽悠發(fā)布推送
        dhy.publishArticles("設(shè)計模式","觀察者模式");
    }
}

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總結(jié)

優(yōu)點

觀察者模式可以實現(xiàn)表示層和數(shù)據(jù)邏輯層的分離，定義了穩(wěn)定的消息更新傳遞機制，并抽象了更新接口，使得可以有各種各樣不同的表示層充當(dāng)具體觀察者角色。
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，無須了解其具體觀察者。由于觀察目標和觀察者沒有緊密地耦合在一起，因此它們可以屬于不同的抽象化層次。
觀察者模式支持廣播通信，觀察目標會向所有已注冊的觀察者對象發(fā)送通知，簡化了一對多系統(tǒng)設(shè)計的難度。
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(tǒng)代碼，在具體觀察者與觀察目標之間不存在關(guān)聯(lián)關(guān)系的情況下，增加新的觀察目標也很方便。

缺點

如果一個觀察目標對象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。
如果在觀察者和觀察目標之間存在循環(huán)依賴，觀察目標會觸發(fā)它們之間進行循環(huán)調(diào)用，可能導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。
觀察者模式?jīng)]有相應(yīng)的機制讓觀察者知道所觀察的目標對象是怎么發(fā)生變化的，而僅僅只是知道觀察目標發(fā)生了變化。

適用場景

一個抽象模型有兩個方面，其中一個方面依賴于另一個方面，將這兩個方面封裝在獨立的對象中使它們可以各自獨立地改變和復(fù)用。
一個對象的改變將導(dǎo)致一個或多個其他對象也發(fā)生改變，而并不知道具體有多少對象將發(fā)生改變，也不知道這些對象是誰。
需要在系統(tǒng)中創(chuàng)建一個觸發(fā)鏈，A對象的行為將影響B(tài)對象，B對象的行為將影響C對象……，可以使用觀察者模式創(chuàng)建一種鏈式觸發(fā)機制。

觀察者模式的典型應(yīng)用

JDK 提供的觀察者接口

觀察者模式在Java語言中的地位非常重要。在JDK的 java.util 包中，提供了 Observable 類以及 Observer 接口，它們構(gòu)成了JDK對觀察者模式的支持。

其中的 Observer 接口為觀察者，只有一個 update 方法，當(dāng)觀察目標發(fā)生變化時被調(diào)用，其代碼如下：

public interface Observer {
    void update(Observable o, Object arg);
}

Observable 類則為目標類，相比我們的示例中的 Publisher 類多了并發(fā)和NPE方面的考慮

public class Observable {
    private boolean changed = false;
    private Vector<Observer> obs = new Vector();
    public Observable() {
    }
    // 用于注冊新的觀察者對象到向量中
    public synchronized void addObserver(Observer var1) {
        if (var1 == null) {
            throw new NullPointerException();
        } else {
            if (!this.obs.contains(var1)) {
                this.obs.addElement(var1);
            }
        }
    }
    // 用于刪除向量中的某一個觀察者對象
    public synchronized void deleteObserver(Observer var1) {
        this.obs.removeElement(var1);
    }
    public void notifyObservers() {
        this.notifyObservers((Object)null);
    }
    // 通知方法，用于在方法內(nèi)部循環(huán)調(diào)用向量中每一個觀察者的update()方法
    public void notifyObservers(Object var1) {
        Object[] var2;
        synchronized(this) {
            if (!this.changed) {
                return;
            }
            var2 = this.obs.toArray();
            this.clearChanged();
        }
        for(int var3 = var2.length - 1; var3 >= 0; --var3) {
            ((Observer)var2[var3]).update(this, var1);
        }
    }
    // 用于清空向量，即刪除向量中所有觀察者對象
    public synchronized void deleteObservers() {
        this.obs.removeAllElements();
    }
    // 該方法被調(diào)用后會設(shè)置一個boolean類型的內(nèi)部標記變量changed的值為true，表示觀察目標對象的狀態(tài)發(fā)生了變化
    protected synchronized void setChanged() {
        this.changed = true;
    }
    // 用于將changed變量的值設(shè)為false，表示對象狀態(tài)不再發(fā)生改變或者已經(jīng)通知了所有的觀察者對象，調(diào)用了它們的update()方法
    protected synchronized void clearChanged() {
        this.changed = false;
    }
    // 返回對象狀態(tài)是否改變
    public synchronized boolean hasChanged() {
        return this.changed;
    }
    // 返回向量中觀察者的數(shù)量
    public synchronized int countObservers() {
        return this.obs.size();
    }
}

我們可以使用 Observable 類以及 Observer 接口來重新實現(xiàn)微信公眾號示例。

增加一個通知類 WechatNotice，用于推送通知的傳遞

@Data
@AllArgsConstructor
public class WechatNotice {
    private String publisher;
    private String articleName;
}

然后改寫 WeChatClient 和 WeChatAccounts，分別實現(xiàn)JDK的 Observer 接口和繼承 Observable 類

public class WeChatClient implements Observer {
    private String username;
    public WeChatClient(String username) {
        this.username = username;
    }
    @Override
    public void update(Observable o, Object arg) {
        //WeChatAccounts weChatAccounts = (WeChatAccounts) o;
        WechatNotice notice = (WechatNotice) arg;
        System.out.println(String.format("用戶<%s> 接收到 <%s>微信公眾號 的推送，文章標題為 <%s>", username, notice.getPublisher(), notice.getArticleName()));
    }
}
public class WeChatAccounts extends Observable {
    private String name;
    public WeChatAccounts(String name) {
        this.name = name;
    }
    public void publishArticles(String articleName, String content) {
        System.out.println(String.format("\n<%s>微信公眾號 發(fā)布了一篇推送，文章名稱為 <%s>，內(nèi)容為 <%s> ", this.name, articleName, content));
        setChanged();
        notifyObservers(new WechatNotice(this.name, articleName));
    }
}

測試，與示例中的測試代碼的區(qū)別在于調(diào)用的方法不同

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        WeChatAccounts accounts = new WeChatAccounts("大忽悠");
        WeChatClient user1 = new WeChatClient("張三");
        WeChatClient user2 = new WeChatClient("李四");
        WeChatClient user3 = new WeChatClient("王五");
        accounts.addObserver(user1);
        accounts.addObserver(user2);
        accounts.addObserver(user3);
        accounts.publishArticles("設(shè)計模式 | 觀察者模式及典型應(yīng)用", "觀察者模式的內(nèi)容...");
        accounts.deleteObserver(user1);
        accounts.publishArticles("設(shè)計模式 | 單例模式及典型應(yīng)用", "單例模式的內(nèi)容....");
    }
}

Guava EventBus 中的觀察者模式

Guava 中的 EventBus 封裝了友好的 “生產(chǎn)/消費模型”，通過非常簡單的方式，實現(xiàn)了觀察者模式中的監(jiān)聽注冊，事件分發(fā)。

使用了 Guava EventBus 之后，如果需要訂閱消息，不需要實現(xiàn)任何接口，只需在監(jiān)聽方法上加上 @Subscribe 注解即可，EventBus 提供了 register 和 unregister 方法用于注冊與取消注冊事件，當(dāng) EventBus 調(diào)用 post 方法時將把事件分發(fā)給注冊的對象

使用 Guava 重新實現(xiàn)示例

@Data
@AllArgsConstructor
public class WechatNotice {
    private String publisher;
    private String articleName;
}
public class WeChatClient  {
    private String username;
    public WeChatClient(String username) {
        this.username = username;
    }
    @Subscribe
    public void listen(WechatNotice notice) {
        System.out.println(String.format("用戶<%s> 接收到 <%s>微信公眾號 的推送，文章標題為 <%s>", username, notice.getPublisher(), notice.getArticleName()));
    }
}
public class WeChatAccounts {
    private String name;
    private EventBus eventBus;
    public WeChatAccounts(String name) {
        this.name = name;
        this.eventBus = new EventBus();
    }
    public void publishArticles(String articleName, String content) {
        System.out.println(String.format("\n<%s>微信公眾號 發(fā)布了一篇推送，文章名稱為 <%s>，內(nèi)容為 <%s> ", this.name, articleName, content));
        //post方法將會將被派發(fā)的消息，傳遞給所有的訂閱者，并調(diào)用訂閱者的監(jiān)聽方法
        this.eventBus.post(new WechatNotice(this.name, articleName));
    }
    public void register(WeChatClient weChatClient) {
        this.eventBus.register(weChatClient);
    }
    public void unregister(WeChatClient weChatClient) {
        this.eventBus.unregister(weChatClient);
    }
}

測試

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        WeChatAccounts accounts = new WeChatAccounts("小旋鋒");
        WeChatClient user1 = new WeChatClient("張三");
        WeChatClient user2 = new WeChatClient("李四");
        WeChatClient user3 = new WeChatClient("王五");
        accounts.register(user1);
        accounts.register(user2);
        accounts.register(user3);
        accounts.publishArticles("設(shè)計模式 | 觀察者模式及典型應(yīng)用", "觀察者模式的內(nèi)容...");
        accounts.unregister(user1);
        accounts.publishArticles("設(shè)計模式 | 單例模式及典型應(yīng)用", "單例模式的內(nèi)容....");
    }
}

Spring ApplicationContext 事件機制中的觀察者模式

spring的事件機制是從java的事件機制拓展而來，ApplicationContext 中事件處理是由 ApplicationEvent 類和 ApplicationListener 接口來提供的。如果一個Bean實現(xiàn)了 ApplicationListener 接口，并且已經(jīng)發(fā)布到容器中去，每次 ApplicationContext 發(fā)布一個 ApplicationEvent 事件，這個Bean就會接到通知

ApplicationContext：事件源，其中的 publishEvent()方法用于觸發(fā)容器事件
ApplicationEvent：事件本身，自定義事件需要繼承該類，可以用來傳遞數(shù)據(jù)
ApplicationListener：事件監(jiān)聽器接口，事件的業(yè)務(wù)邏輯封裝在監(jiān)聽器里面

@Data
public class WechatNotice extends ApplicationEvent {
    private String publisher;
    private String articleName;
    public WechatNotice(Object source, String publisher, String articleName) {
        super(source);
        this.publisher = publisher;
        this.articleName = articleName;
    }
}

public class WeChatClient implements ApplicationListener {
    private String username;
    public WeChatClient(String username) {
        this.username = username;
    }
    @Override
    public void onApplicationEvent(ApplicationEvent event) {
        if (event instanceof WechatNotice) {
            WechatNotice notice = (WechatNotice) event;
            System.out.println(String.format("用戶<%s> 接收到 <%s>微信公眾號 的推送，文章標題為 <%s>", username, notice.getPublisher(), notice.getArticleName()));
        }
    }
    public void setUsername(String username) {
        this.username = username;
    }
}

public class WeChatAccounts implements ApplicationContextAware {
    private ApplicationContext ctx;
    private String name;
    public WeChatAccounts(String name) {
        this.name = name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    @Override
    public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
        this.ctx = applicationContext;
    }
    public void publishArticles(String articleName, String content) {
        System.out.println(String.format("\n<%s>微信公眾號 發(fā)布了一篇推送，文章名稱為 <%s>，內(nèi)容為 <%s> ", this.name, articleName, content));
        ctx.publishEvent(new WechatNotice(this.name, this.name, articleName));
    }
}

在 resources 目錄下創(chuàng)建 spring.xml 文件，填入下面的內(nèi)容

<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">
    <bean id="WeChatAccounts" class="com.observer.sprintevent.WeChatAccounts" scope="prototype">
        <constructor-arg name="name" value=""></constructor-arg>
    </bean>
    <bean id="WeChatClient1" class="com.observer.sprintevent.WeChatClient">
        <constructor-arg name="username" value="張三"></constructor-arg>
    </bean>
    <bean id="WeChatClient2" class="com.observer.sprintevent.WeChatClient">
        <constructor-arg name="username" value="李四"></constructor-arg>
    </bean>
    <bean id="WeChatClient3" class="com.observer.sprintevent.WeChatClient">
        <constructor-arg name="username" value="王五"></constructor-arg>
    </bean>
</beans>

測試

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("spring.xml");
        WeChatAccounts accounts = (WeChatAccounts) context.getBean("WeChatAccounts");
        accounts.setName("大忽悠");
        accounts.setApplicationContext(context);
        accounts.publishArticles("設(shè)計模式 | 觀察者模式及典型應(yīng)用", "觀察者模式的內(nèi)容...");
    }
}

在此示例中 ApplicationContext 對象的實際類型為 ClassPathXmlApplicationContext，其中的與 publishEvent 方法相關(guān)的主要代碼如下：

private ApplicationEventMulticaster applicationEventMulticaster;
public void publishEvent(ApplicationEvent event) {
    this.getApplicationEventMulticaster().multicastEvent(event);
    if (this.parent != null) {
        this.parent.publishEvent(event);
    }
}
ApplicationEventMulticaster getApplicationEventMulticaster() throws IllegalStateException {
    return this.applicationEventMulticaster;
}
protected void initApplicationEventMulticaster() {
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = this.getBeanFactory();
        if (beanFactory.containsLocalBean("applicationEventMulticaster")) {
            this.applicationEventMulticaster = (ApplicationEventMulticaster)beanFactory.getBean("applicationEventMulticaster", ApplicationEventMulticaster.class);
        } else {
            this.applicationEventMulticaster = new SimpleApplicationEventMulticaster(beanFactory);
            beanFactory.registerSingleton("applicationEventMulticaster", this.applicationEventMulticaster);
        }
    }

其中的 SimpleApplicationEventMulticaster 如下，multicastEvent 方法主要是通過遍歷 ApplicationListener（注冊由 AbstractApplicationEventMulticaster 實現(xiàn)），使用線程池框架 Executor 來并發(fā)執(zhí)行 ApplicationListener 的 onApplicationEvent 方法，與示例本質(zhì)上是一致的

public class SimpleApplicationEventMulticaster extends AbstractApplicationEventMulticaster {
    private Executor taskExecutor;
    public void multicastEvent(final ApplicationEvent event) {
        Iterator var2 = this.getApplicationListeners(event).iterator();
        while(var2.hasNext()) {
            final ApplicationListener listener = (ApplicationListener)var2.next();
            Executor executor = this.getTaskExecutor();
            if (executor != null) {
                executor.execute(new Runnable() {
                    public void run() {
                        listener.onApplicationEvent(event);
                    }
                });
            } else {
                listener.onApplicationEvent(event);
            }
        }
    }
}