行为型——观察者模式

什么是观察者模式

观察者模式：定义了对象之间的一对多依赖，这样一来，当一个对象改变状态时，它的所有依赖者都会受到通知并自动更新。类似一种订阅发布模式，用户订阅某主题，当该主题有更新后会主动通知订阅者。

从定义就可以看出，观察者模式是一种行为模式，包含以下角色：

1. 抽象主题：抽象主题接口，定义了添加观察者、删除观察者、通知观察者的方法。
2. 具体主题：具体主题类，实现抽象目标中的通知方法，当具体主题类内部状态发生改变时，主动通知订阅者。
3. 抽象观察者：抽象观察接口，所有具体观察者类都要实现该接口，定义了response方法，供具体主题调用。
4. 具体观察者：实现抽象观察者中的response方法。

观察者模式的类图如下图所示：

为什么要用观察者模式

了解了观察者模式的一些定义后，观察者模式有什么用呢？什么场景下可能用到观察者模式？

在软件开发过程中，很多对象并不是独立存在的，有时候一个对象的行为发生变化，可能会同时影响多个其他对象。以《HeadFirst 设计模式》中的“气象站”为例：

有一个气象站用于获取温度、湿度、气压等天气信息，有3个布告板：目前状况、气象统计、气象预报。这3个布告板依赖于气象站获取到的气象信息，进行数据展示。当气象站获取到新的气象数据后，需要及时更新3个布告板中的信息。如下图所示：

如果不使用观察者模式，我们的代码可能是这样的：

这时用观察者模式就能更好地完成任务，不仅符合开闭原则，还能解耦气象站和布告板类。

观察者模式的优缺点可以总结如下：

1. 优点
   • 解耦：降低了目标和观察者之间的耦合关系；
   • 符合依赖倒置原则。
2. 缺点
   • 最主要的缺点可能是：当观察者很多时，通知的发布会花费很多时间，影响程序效率。

JDK中的Observable类

在java.util包中内置了Observer接口和Observable类，前者相当于抽象观察者，后者相当于抽象主题类。我们可以通过实现和继承Observer和Observable，快速实现观察者模式。不过，JDK9中被弃用了。

下面我们简单看下它们的源码：

package java.util;
public interface Observer {
    void update(Observable o, Object arg);
}

和前面我们提到的观察者模式不同，Observable类中有一个changed字段表示主题状态是否发生变化，这给我们的设计可以带来更大的弹性。因为，我们可以更可控的去通知观察者。以上面的气象站为例，原本我们可能只要监测数据发生一丁点变化就要通知观察者，但是现在我们可以在数据变化超过一定范围时再通知观察者。

package java.util;

public class Observable {
    private boolean changed = false;　　//是否改变状态
    private Vector obs;　　　　//Vector利用同步方法来线程安全，线程安全在多线程情况下不会造成数据混乱

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

    public synchronized void addObserver(Observer o) {
        if (o == null)
            throw new NullPointerException();
        if (!obs.contains(o)) {
            obs.addElement(o);
        }
    }

    public synchronized void deleteObserver(Observer o) {
        obs.removeElement(o);
    }

    public void notifyObservers() {
        notifyObservers(null);
    }

    public void notifyObservers(Object arg) {
        Object[] arrLocal;

        synchronized (this) {
            if (!changed)　　　　//状态值未改变时返回，不通知
                return;
            arrLocal = obs.toArray();　　//将Vector转换成数组
            clearChanged();　　　　//重置状态
        }

        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();
    }
}

观察者模式的应用

应用场景

1. 所有涉及到订阅发布的场景，都可能用到观察者模式；
2. 对象间存在一对多关系，一个对象的状态发生改变会影响其他对象。

JDK中的应用

提供了Observer接口和Observable类。需要注意的是：

1. 抽象主题Observable是类，而不是接口，因此不支持继承。
2. 这两个类（接口）在JDK9中已经被弃用，引入了新的Flow相关类。

为什么弃用它？主要有以下几点原因：

1. 支持的事件模型非常有限，只能单一的通知观察者数据发生更改；
2. 不支持序列化；
3. 通知的顺序未指定。

Spring中的应用

1. Spring中的事件监听器，是很经典的观察者模式。

参考资料

1. http://c.biancheng.net/view/1390.html
2. 《HeadFirst设计模式》

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