Java設(shè)計(jì)模式之java觀察者模式詳解
引言
觀察者模式是設(shè)計(jì)模式中的 “超級(jí)模式”，其應(yīng)用隨處可見(jiàn)，我們以微信公眾號(hào)為例。
微信公眾號(hào)有服務(wù)號(hào)、訂閱號(hào)和企業(yè)號(hào)之分。當(dāng)我們?cè)诠娞?hào)上發(fā)布一篇博文推送時(shí)，訂閱的用戶都能夠在我發(fā)布推送之后及時(shí)接收到推送，即可方便地在手機(jī)端進(jìn)行閱讀。
介紹
觀察者模式(Observer Pattern)：定義對(duì)象之間的一種一對(duì)多依賴(lài)關(guān)系，使得每當(dāng)一個(gè)對(duì)象狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，其相關(guān)依賴(lài)對(duì)象皆得到通知并被自動(dòng)更新。觀察者模式是一種對(duì)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(tīng)器（Source/Listener）模式或從屬者（Dependents）模式。
觀察者模式包含觀察目標(biāo)和觀察者兩類(lèi)對(duì)象，**一個(gè)目標(biāo)可以有任意數(shù)目的與之相依賴(lài)的觀察者，**一旦觀察目標(biāo)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(duì)一依賴(lài)，即一個(gè)被觀察者，和多個(gè)觀察者
- 一旦大忽悠更新了公眾號(hào)，所有訂閱其公眾號(hào)的粉絲都會(huì)接收到更新推送
角色
Subject（目標(biāo)）：目標(biāo)又稱(chēng)為主題，它是指被觀察的對(duì)象。在目標(biāo)中定義了一個(gè)觀察者集合，一個(gè)觀察目標(biāo)可以接受任意數(shù)量的觀察者來(lái)觀察，它提供一系列方法來(lái)增加和刪除觀察者對(duì)象，同時(shí)它定義了通知方法notify()。目標(biāo)類(lèi)可以是接口，也可以是抽象類(lèi)或具體類(lèi)。
ConcreteSubject（具體目標(biāo)）：具體目標(biāo)是目標(biāo)類(lèi)的子類(lèi)，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(shí)，向它的各個(gè)觀察者發(fā)出通知；同時(shí)它還實(shí)現(xiàn)了在目標(biāo)類(lèi)中定義的抽象業(yè)務(wù)邏輯方法（如果有的話）。如果無(wú)須擴(kuò)展目標(biāo)類(lèi)，則具體目標(biāo)類(lèi)可以省略。
Observer（觀察者）：觀察者將對(duì)觀察目標(biāo)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(chēng)為抽象觀察者。
ConcreteObserver（具體觀察者）：在具體觀察者中維護(hù)一個(gè)指向具體目標(biāo)對(duì)象的引用，它存儲(chǔ)具體觀察者的有關(guān)狀態(tài)，這些狀態(tài)需要和具體目標(biāo)的狀態(tài)保持一致；它實(shí)現(xiàn)了在抽象觀察者Observer中定義的update()方法。通常在實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以調(diào)用具體目標(biāo)類(lèi)的attach()方法將自己添加到目標(biāo)類(lèi)的集合中或通過(guò)detach()方法將自己從目標(biāo)類(lèi)的集合中刪除。
原理類(lèi)圖
微信訂閱號(hào)的案例
首先需要一個(gè)訂閱者接口（觀察者），該接口有一個(gè) receive 方法，用于接收公眾號(hào)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(gè)微信客戶端（具體觀察者），實(shí)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(shí)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(hào)推送," +
"推送文章為:%s ",subName,publisher,passageName));
}
}
發(fā)布者類(lèi)（目標(biāo)，被觀察對(duì)象），該類(lèi)維護(hù)了一個(gè)訂閱者列表，實(shí)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(duì)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(rèn)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(hào)類(lèi)（具體目標(biāo)），該類(lèi)提供了 publishArticles 方法，用于發(fā)布推送，當(dāng)文章發(fā)布完畢時(shí)調(diào)用父類(lèi)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(hào) 發(fā)布了一篇推送，文章名稱(chēng)為 <%s>，內(nèi)容為 <%s> ", this.name, articleName, content));
setPubStatus();
notifySubscribers(this.name, articleName);
}
}
客戶端測(cè)試
//客戶端
public class Client
{
public static void main(String[] args) {
//創(chuàng)建一個(gè)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(hào)
dhy.subscribe(sub1);
dhy.subscribe(sub2);
dhy.subscribe(sub3);
//大忽悠發(fā)布推送
dhy.publishArticles("設(shè)計(jì)模式","觀察者模式");
}
}
總結(jié)
優(yōu)點(diǎn)
- 觀察者模式可以實(shí)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(jī)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(biāo)和觀察者之間建立一個(gè)抽象的耦合。觀察目標(biāo)只需要維持一個(gè)抽象觀察者的集合，無(wú)須了解其具體觀察者。由于觀察目標(biāo)和觀察者沒(méi)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(biāo)會(huì)向所有已注冊(cè)的觀察者對(duì)象發(fā)送通知，簡(jiǎn)化了一對(duì)多系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。
- 觀察者模式滿足 “開(kāi)閉原則”的要求，增加新的具體觀察者無(wú)須修改原有系統(tǒng)代碼，在具體觀察者與觀察目標(biāo)之間不存在關(guān)聯(lián)關(guān)系的情況下，增加新的觀察目標(biāo)也很方便。
缺點(diǎn)
- 如果一個(gè)觀察目標(biāo)對(duì)象有很多直接和間接觀察者，將所有的觀察者都通知到會(huì)花費(fèi)很多時(shí)間。
- 如果在觀察者和觀察目標(biāo)之間存在循環(huán)依賴(lài)，觀察目標(biāo)會(huì)觸發(fā)它們之間進(jìn)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(jī)制讓觀察者知道所觀察的目標(biāo)對(duì)象是怎么發(fā)生變化的，而僅僅只是知道觀察目標(biāo)發(fā)生了變化。
適用場(chǎng)景
- 一個(gè)抽象模型有兩個(gè)方面，其中一個(gè)方面依賴(lài)于另一個(gè)方面，將這兩個(gè)方面封裝在獨(dú)立的對(duì)象中使它們可以各自獨(dú)立地改變和復(fù)用。
- 一個(gè)對(duì)象的改變將導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)其他對(duì)象也發(fā)生改變，而并不知道具體有多少對(duì)象將發(fā)生改變，也不知道這些對(duì)象是誰(shuí)。
- 需要在系統(tǒng)中創(chuàng)建一個(gè)觸發(fā)鏈，A對(duì)象的行為將影響B(tài)對(duì)象，B對(duì)象的行為將影響C對(duì)象……，可以使用觀察者模式創(chuàng)建一種鏈?zhǔn)接|發(fā)機(jī)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(yǔ)言中的地位非常重要。在JDK的 java.util 包中，提供了 Observable 類(lèi)以及 Observer 接口，它們構(gòu)成了JDK對(duì)觀察者模式的支持。
其中的 Observer 接口為觀察者，只有一個(gè) update 方法，當(dāng)觀察目標(biāo)發(fā)生變化時(shí)被調(diào)用，其代碼如下：
public interface Observer {
void update(Observable o, Object arg);
}
Observable 類(lèi)則為目標(biāo)類(lèi)，相比我們的示例中的 Publisher 類(lèi)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(cè)新的觀察者對(duì)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(gè)觀察者對(duì)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(gè)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(duì)象
public synchronized void deleteObservers() {
this.obs.removeAllElements();
}
// 該方法被調(diào)用后會(huì)設(shè)置一個(gè)boolean類(lèi)型的內(nèi)部標(biāo)記變量changed的值為true，表示觀察目標(biāo)對(duì)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(duì)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(duì)象，調(diào)用了它們的update()方法
protected synchronized void clearChanged() {
this.changed = false;
}
// 返回對(duì)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(lèi)以及 Observer 接口來(lái)重新實(shí)現(xiàn)微信公眾號(hào)示例。
增加一個(gè)通知類(lèi) 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(xiě) WeChatClient 和 WeChatAccounts，分別實(shí)現(xiàn)JDK的 Observer 接口和繼承 Observable 類(lèi)
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(hào) 的推送，文章標(biāo)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(hào) 發(fā)布了一篇推送，文章名稱(chēng)為 <%s>，內(nèi)容為 <%s> ", this.name, articleName, content));
setChanged();
notifyObservers(new WechatNotice(this.name, articleName));
}
}
測(cè)試，與示例中的測(cè)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(jì)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(jì)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(fèi)模型”，通過(guò)非常簡(jiǎn)單的方式，實(shí)現(xiàn)了觀察者模式中的監(jiān)聽(tīng)注冊(cè)，事件分發(fā)。
使用了 Guava EventBus 之后，如果需要訂閱消息，不需要實(shí)現(xiàn)任何接口，只需在監(jiān)聽(tīng)方法上加上 @Subscribe 注解即可，EventBus 提供了 register 和 unregister 方法用于注冊(cè)與取消注冊(cè)事件，當(dāng) EventBus 調(diào)用 post 方法時(shí)將把事件分發(fā)給注冊(cè)的對(duì)象
使用 Guava 重新實(shí)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(hào) 的推送，文章標(biāo)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(hào) 發(fā)布了一篇推送，文章名稱(chēng)為 <%s>，內(nèi)容為 <%s> ", this.name, articleName, content));
//post方法將會(huì)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(tīng)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(cè)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(jì)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(jì)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(jī)制中的觀察者模式
spring的事件機(jī)制是從java的事件機(jī)制拓展而來(lái)，ApplicationContext 中事件處理是由 ApplicationEvent 類(lèi)和 ApplicationListener 接口來(lái)提供的。如果一個(gè)Bean實(shí)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(gè) ApplicationEvent 事件，這個(gè)Bean就會(huì)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(lèi)，可以用來(lái)傳遞數(shù)據(jù)
- ApplicationListener：事件監(jiān)聽(tīng)器接口，事件的業(yè)務(wù)邏輯封裝在監(jiān)聽(tīng)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(hào) 的推送，文章標(biāo)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(hào) 發(fā)布了一篇推送，文章名稱(chēng)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(cè)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(jì)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(duì)象的實(shí)際類(lèi)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(guò)遍歷 ApplicationListener（注冊(cè)由 AbstractApplicationEventMulticaster 實(shí)現(xiàn)），使用線程池框架 Executor 來(lái)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);
}
}
}
}
參考文章
設(shè)計(jì)模式 | 觀察者模式及典型應(yīng)用
總結(jié)
本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來(lái)幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容！
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