初识设计模式 - 观察者模式

简介

观察者设计模式（Observer Design Pattern）的别名有很多，如发布 - 订阅（Publish/Subscribe）模式、模型 - 视图（Model/View）模式、源 - 监听（Source/Listener）模式或从属者（Dependents）模式。

无论是何种名称，其意图都是在对象之间定义一个一对多的依赖，当一个对象状态改变的时候，所有依赖的对象都会自动收到通知。

其主要解决了一个对象状态改变之后给其他对象通知的问题，而且考虑到易用性和低耦合，保证高度的协作性。

典型实现

在发布 - 订阅模式当中，观察者就是订阅者，一般是需要定义一个抽象的观察者接口，其代码示例如下：

public interface Observer {  
    void update();  
}

具体的观察者类也很简单，只需要简单实现接口即可，其代码示例如下：

public class ConcreteObserver implements Observer {
    // 实现响应方法
    public void update() {
        // 具体响应代码
    }
}

定义完订阅者，其次就是发布者，通常是将之定义为一个抽象的目标类，其代码示例如下：

public abstract class Subject {
    // 定义一个观察者集合存储所有观察者对象
    protected List<Observer> observers = new ArrayList<>();

    // 注册方法，用于向观察者集合增加一个观察者
    public void attach(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    // 注销方法，用于向观察者集合删除一个观察者
    public void detach(Observer observer) {
        observers.remove(observer);
    }

    // 声明抽象的通知方法，需要由子类具体实现
    abstract void notifyObservers();
}

根据不同的场景定义不一样的具体目标类，如下是一种代码示例：

public class ConcreteSubject extends Subject {
    // 实现具体的通知方法
    @Override
    public void notifyObservers() {
        // 遍历观察者集合，调用每一个观察者的响应方法
        for (Observer ob : observers) {
            ob.update();
        }
    }
}

总结

优点

观察者模式的主要优点如下：

• 观察者模式可以实现表示层和数据逻辑层的分离
• 观察者模式在观察目标和观察者之间建立了一个抽象的耦合
• 观察者模式支持广播通信，简化了一对多系统设计的难度
• 增加新的具体观察者无需修改原有代码，符合开闭原则

缺点

观察者模式的主要缺点如下：

• 如果目标对象的观察者有很多，将所有的观察者都通知到会非常耗时
• 如果目标对象和观察者存在循环依赖，观察目标会触发它们之间进行循环调用，最终导致系统崩溃

适用场景

观察者模式的适用场景如下：

• 将具有依赖关系的两种抽象模型独立出来，使它们可以独立地改变和复用
• 一个对象的改变将导致一个或多个其他对象也发生改变，但并不知道具体有多少对象将发生改变，也不知道这些对象是谁
• 可以使用观察者模式创建一种链式触发机制

源码

在 JDK 的 java.util 包中，提供了 Observer 接口和 Observable 类，它们构成了 JDK 对观察者模式的支持。

如下是 Observer 接口的源码：

@Deprecated(since = "9")
public interface Observer {
    void update(Observable o, Object arg);
}

如下是 Observable 类的部分源码：

@Deprecated(since = "9")
public class Observable {
    private boolean changed = false;
    private Vector<Observer> obs;

    public Observable() {
        obs = new Vector<>();
    }

    // 注册观察者，线程安全
    public synchronized void addObserver(Observer o) {
        if (o == null)
            throw new NullPointerException();
        // 注册时去重
        if (!obs.contains(o)) {
            obs.addElement(o);
        }
    }

    // 注销观察者，线程安全
    public synchronized void deleteObserver(Observer o) {
        obs.removeElement(o);
    }

    // 通知观察者，无参数模式
    public void notifyObservers() {
        notifyObservers(null);
    }

    // 通知观察者，带参数模式
    public void notifyObservers(Object arg) {
        // 保存观察者的状态，备忘录模式的简单应用
        Object[] arrLocal;

        // 获取观察者时候锁住
        synchronized (this) {
            if (!changed)
                return;
            arrLocal = obs.toArray();
            clearChanged();
        }

        // 逐一调用观察者的处理方法
        for (int i = arrLocal.length - 1; i >= 0; i--)
            ((Observer) arrLocal[i]).update(this, arg);
    }

    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();
    }
}

需要注意的是，在 JDK 9 之后已经不推荐使用 Observer 接口和 Observable 类。