[设计模式/Java] 设计模式之观察者模式【22】

序

• 观察者模式，此模式在笔者所经历的诸多项目代码中很少用。
  
• 但基于这种设计思想的软件架构，却应用广泛。
  

比如: kafka、基于kafka的实时数仓等。

1. 流量削峰，解耦，分布式并行系统的数据总线
3. 这3类情况，是目前我所经历的各项目中kafka的三大用途。

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比如: nacos 配置中心，通过订阅-发布模式，客户端程序们实时获取最新配置。

概述：观察者模式 := Observer Pattern ∈ 行为型模式

模式定义

• 观察者模式，定义了一种一对多的依赖关系，当【一个对象】的状态发生改变时，其所有依赖者都会收到通知并自动更新。
  

• 它是一种行为型设计模式
  

• 当对象间存在一对多关系时，则：使用观察者模式（Observer Pattern）。
  

比如，当一个对象被修改时，则会自动通知依赖它的对象。观察者模式属于行为型模式。

• 主要解决的问题
  

观察者模式解决的是一个对象状态改变时，如何自动通知其他依赖对象的问题，同时保持对象间的低耦合和高协作性。

模式的组成

• 主题（Subject）：也称为被观察者或可观察者
  

它是具有状态的对象，并维护着一个观察者列表。主题提供了添加、删除和通知观察者的方法。

• 观察者（Observer）：观察者是接收主题通知的对象。
  

观察者需要实现一个更新方法，当收到主题的通知时，调用该方法进行更新操作。

• 具体主题（Concrete Subject）：具体主题是主题的具体实现类。
  

它维护着观察者列表，并在状态发生改变时通知观察者。

• 具体观察者（Concrete Observer）：具体观察者是观察者的具体实现类。
  

它实现了更新方法，定义了在收到主题通知时需要执行的具体操作。

观察者模式通过将主题和观察者解耦，实现了对象之间的松耦合。
当主题的状态发生改变时，所有依赖于它的观察者们都会收到通知并进行相应的更新。

适用场景

• 当一个对象的状态发生变化，需要同时更新其他对象时。
  

实现方式

• 定义观察者接口：包含一个更新方法。
  
• 创建具体观察者：实现观察者接口，定义接收到通知时的行为。
  
• 定义主题接口：包含添加、删除和通知观察者的方法。
  
• 创建具体主题：实现主题接口，管理观察者列表，并在状态改变时通知它们。
  

关键代码

• 观察者列表：在主题中维护一个观察者列表。
  

模式特点

优点

• 抽象耦合：观察者和主题之间是抽象耦合的。
  
• 触发机制：建立了一套状态改变时的触发和通知机制。
  

缺点

• 性能问题：如果观察者众多，通知过程可能耗时。
  
• 循环依赖：可能导致循环调用和系统崩溃。
  
• 缺乏变化详情：观察者不知道主题如何变化，只知道变化发生。
  

使用建议

• 在需要降低对象间耦合度，并且对象状态变化需要触发其他对象变化时使用。
  
• 考虑使用Java内置的观察者模式支持类
  

如java.util.Observable和java.util.Observer。

• 避免循环引用：注意观察者和主题之间的依赖关系，避免循环引用。
  
• 异步执行：考虑使用异步通知避免单点故障导致整个系统卡壳。
  

案例实践

CASE 观察者模式的简单实现

• 观察者模式使用3个类 Subject、Observer 和 Client。
  

• Subject 对象带有绑定观察者到 Client 对象和从 Client 对象解绑观察者的方法。
  
• 我们创建 Subject 类、Observer 抽象类和扩展了抽象类 Observer 的实体类。
  

• ObserverPatternDemo，我们的演示类使用 Subject 和实体类对象来演示观察者模式。
  

Subject : 主题

1. import java.util.ArrayList;
2. import java.util.List;
4. public class Subject {
5.    
6.    private List<Observer> observers
7.       = new ArrayList<Observer>();
8.    private int state;
10.    public int getState() {
11.       return state;
12.    }
14.    public void setState(int state) {
15.       this.state = state;
16.       notifyAllObservers();
17.    }
19.    public void attach(Observer observer){
20.       observers.add(observer);      
21.    }
23.    public void notifyAllObservers(){
24.       for (Observer observer : observers) {
25.          observer.update();
26.       }
27.    }  
28. }

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Observer : 抽象的观察者

1. public abstract class Observer {
2.    protected Subject subject;
3.    public abstract void update();
4. }

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BinaryObserver / OctalObserver / HexaObserver : 具体的观察者

• BinaryObserver
  

1. public class BinaryObserver extends Observer{
3.    public BinaryObserver(Subject subject){
4.       this.subject = subject;
5.       this.subject.attach(this);
6.    }
8.    @Override
9.    public void update() {
10.       System.out.println( "Binary String: "
11.       + Integer.toBinaryString( subject.getState() ) );
12.    }
13. }

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• OctalObserver
  

1. public class OctalObserver extends Observer{
3.    public OctalObserver(Subject subject){
4.       this.subject = subject;
5.       this.subject.attach(this);
6.    }
8.    @Override
9.    public void update() {
10.      System.out.println( "Octal String: "
11.      + Integer.toOctalString( subject.getState() ) );
12.    }
13. }

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• HexaObserver
  

1. public class HexaObserver extends Observer{
3.    public HexaObserver(Subject subject){
4.       this.subject = subject;
5.       this.subject.attach(this);
6.    }
8.    @Override
9.    public void update() {
10.       System.out.println( "Hex String: "
11.       + Integer.toHexString( subject.getState() ).toUpperCase() );
12.    }
13. }

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Client

使用 Subject 和实体观察者对象。

• ObserverPatternDemo
  

1. public class ObserverPatternDemo {
2.    public static void main(String[] args) {
3.       Subject subject = new Subject();
5.       new HexaObserver(subject);
6.       new OctalObserver(subject);
7.       new BinaryObserver(subject);
9.       System.out.println("First state change: 15");   
10.       subject.setState(15);
11.       System.out.println("Second state change: 10");  
12.       subject.setState(10);
13.    }
14. }

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out

1. First state change: 15
2. Hex String: F
3. Octal String: 17
4. Binary String: 1111
6. Second state change: 10
7. Hex String: A
8. Octal String: 12
9. Binary String: 1010

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CASE 贸易公司订阅货币汇率的变化

• 【案例】利用观察者模式设计一个程序，分析“人民币汇率”的升值或贬值对进口公司的进口产品成本或出口公司的出口产品收入以及公司的利润率的影响。
  

分析：当“人民币汇率”升值时，进口公司的进口产品成本降低且利润率提升，出口公司的出口产品收入降低且利润率降低；当“人民币汇率”贬值时，进口公司的进口产品成本提升且利润率降低，出口公司的出口产品收入提升且利润率提升。

• 这里的汇率（Rate）类是抽象Subject类，它包含了保存观察者（Company）的 List 和增加/删除观察者的方法，以及有关汇率改变的抽象方法 change(int number)；
  
• 而人民币汇率（RMBrate）类是具体Subject， 它实现了父类的 change(int number) 方法
  

即: 当人民币汇率发生改变时通过相关公司；

• 公司（Company）类是抽象观察者，它定义了一个有关汇率反应的抽象方法 response(int number)；
  

进口公司（ImportCompany）类和出口公司（ExportCompany）类是具体观察者类: 它们实现了父类的 response(int number) 方法

即当它们接收到汇率发生改变的通知时作为相应的反应。

CASE 学校铃声与师生上课

• 【案例】利用观察者模式设计一个学校铃声的事件处理程序。
  
• 分析：在本实例中，学校的“铃”是事件源和目标，“老师”和“学生”是事件监听器和具体观察者，“铃声”是事件类(Subject)。
  

学生和老师来到学校的教学区，都会注意学校的铃，这叫事件绑定；
当上课时间或下课时间到，会触发铃发声，这时会生成“铃声”事件；
学生和老师听到铃声会开始上课或下课，这叫事件处理。

这个实例非常适合用观察者模式实现

上图给出了学校铃声的事件模型。

图：学校铃声事件处理程序的结构图

CASE 拍卖系统

• 拍卖系统：拍卖师作为主题，竞价者作为观察者，拍卖价格更新时通知所有竞价者。
  

Y 推荐文献

• 设计模式之总述 - 博客园/千千寰宇
  
• 观察者模式（Observer模式）详解 - Zhihu
  

X 参考文献

• 观察者模式 - 菜鸟教程
  

    本文作者：        千千寰宇   
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