当观察者模式和回调机制遇上Android源码

Posted 2020-08-11

上一篇博客跟大家分享了android源码中的装饰者模式，有点意犹未尽，今天跟大家分享下Android中的观察者模式，顺便说一说观察者模式和回调机制的关系，欢迎大家拍砖。

观察者模式

定义

观察者模式定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象。这个主题对象在状态上发生变化时，会通知所有观察者对象，使它们能够自动更新自己。

观察者模式的结构

观察者模式所涉及的角色有：

• 抽象主题(Subject)角色：抽象主题角色把所有对观察者对象的引用保存在一个聚集（比如ArrayList对象）里，每个主题都可以有任何数量的观察者。抽象主题提供一个接口，可以增加和删除观察者对象，抽象主题角色又叫做抽象被观察者(Observable)角色。

• 具体主题(ConcreteSubject)角色：将有关状态存入具体观察者对象；在具体主题的内部状态改变时，给所有登记过的观察者发出通知。具体主题角色又叫做具体被观察者(Concrete Observable)角色。　　

• 抽象观察者(Observer)角色：为所有的具体观察者定义一个接口，在得到主题的通知时更新自己，这个接口叫做更新接口。
  　　

• 具体观察者(ConcreteObserver)角色：存储与主题的状态自恰的状态。具体观察者角色实现抽象观察者角色所要求的更新接口，以便使本身的状态与主题的状态 像协调。如果需要，具体观察者角色可以保持一个指向具体主题对象的引用。

实现

抽象主题角色类

public abstract class Subject {
    /**
     * 用来保存注册的观察者对象
     */
    private    List<Observer> list = new ArrayList<Observer>();
    /**
     * 注册观察者对象
     * @param observer    观察者对象
     */
    public void attach(Observer observer){

        list.add(observer);
        System.out.println("Attached an observer");
    }
    /**
     * 删除观察者对象
     * @param observer    观察者对象
     */
    public void detach(Observer observer){

        list.remove(observer);
    }
    /**
     * 通知所有注册的观察者对象
     */
    public void nodifyObservers(String newState){

        for(Observer observer : list){
            observer.update(newState);
        }
    }
}

具体主题角色类

public class ConcreteSubject extends Subject{

    private String state;

    public String getState() {
        return state;
    }

    public void change(String newState){
        state = newState;
        System.out.println("主题状态为：" + state);
        //状态发生改变，通知各个观察者
        this.nodifyObservers(state);
    }
}

抽象观察者角色类

public interface Observer {
    /**
     * 更新接口
     * @param state    更新的状态
     */
    public void update(String state);
}

具体观察者角色类

public class ConcreteObserver implements Observer {
    //观察者的状态
    private String observerState;

    @Override
    public void update(String state) {
        /**
         * 更新观察者的状态，使其与目标的状态保持一致
         */
        observerState = state;
        System.out.println("状态为："+observerState);
    }

}

测试类

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        //创建主题对象
        ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();
        //创建观察者对象
        Observer observer = new ConcreteObserver();
        //将观察者对象登记到主题对象上
        subject.attach(observer);
        //改变主题对象的状态
        subject.change("new state");
    }

}

观察者的两种实现方式

• Push

  主题对象向观察者推送主题的详细信息，不管观察者是否需要，推送的信息通常是主题对象的全部或部分数据。

• Pull

  主题对象在通知观察者的时候，只传递少量信息。如果观察者需要更具体的信息，由观察者主动到主题对象中获取，相当于是观察者从主题对象中拉数据。一般这种模型的实现中，会把主题对象自身通过update()方法传递给观察者，这样在观察者需要获取数据的时候，就可以通过这个引用来获取了。

两种方式的比较

• Push模型是假定主题对象知道观察者需要的数据；而Pull模型是主题对象不知道观察者具体需要什么数据，没有办法的情况下，干脆把自身传递给观察者，让观察者自己去按需要取值。

• Push模型可能会使得观察者对象难以复用，因为观察者的update()方法是按需要定义的参数，可能无法兼顾没有考虑到的使用情况。这就意味着出现新情况的时候，就可能提供新的update()方法，或者是干脆重新实现观察者；而Pull模型就不会造成这样的情况，因为Pull模型下，update()方法的参数是主题对象本身，这基本上是主题对象能传递的最大数据集合了，基本上可以适应各种情况的需要。

回调机制和观察者模式

Android中有非常多的地方使用了回调机制，例如Activity的生命周期、按钮的点击事件、线程的run()方法等。

下面是回调的基本模型：

public interface CallBack {  
    public void oncall();  
}  

public class A {  
    private CallBack callback;  
    //注册一个事件  
    public void register(CallBack callback){  
        this.callback = callback;  
    }  
    // 需要调用的时候回调  
    public void call(){  
        callback.oncall();  
    }  
}  

public static void main(String[] args) {  
    A a = new A();  
    a.register(new CallBack() {  
        @Override  
        public void oncall() {  
            System.out.println("回调函数被调用");  
        }  
    });  
    a.call();  

}

这样看来，回调机制和观察者模式是一致的，区别是观察者模式里面目标类维护了所有观察者的引用，而回调里面只是维护了一个引用。

Android中的观察者模式

Android中大量的使用了观察者模式，Framework层里面的事件驱动都是基于观察者模式实现的。另外在Framework层里面的各种服务在数据变更的时候，也是通过观察者模式实现上层数据更新的。像View的Listener监听、GPS位置信息监听、BroadcastReceiver等都是基于观察者模式实现的。下面我们说一说ListView中的观察者模式是如何实现的，RecyclerView大同小异，感兴趣的可以自己研究下。

Listview的notifyDataSetChanged()

我们先来看下listview部分观察者模式的结构

其中为了方便研究关系，我们省略了Adapter部分的一些类的关系。接下来我们看下具体调用关系。

首先当我们数据改变的时候我们会调用adapter的notifyDataSetChanged()方法。

/**
 * Common base class of common implementation for an {@link Adapter} that can be
 * used in both {@link ListView} (by implementing the specialized
 * {@link ListAdapter} interface) and {@link Spinner} (by implementing the
 * specialized {@link SpinnerAdapter} interface).
 */
public abstract class BaseAdapter implements ListAdapter, SpinnerAdapter {
    private final DataSetObservable mDataSetObservable = new DataSetObservable();

    public boolean hasStableIds() {
        return false;
    }

    public void registerDataSetObserver(DataSetObserver observer) {
        mDataSetObservable.registerObserver(observer);
    }

    public void unregisterDataSetObserver(DataSetObserver observer) {
        mDataSetObservable.unregisterObserver(observer);
    }

    /**
     * Notifies the attached observers that the underlying data has been changed
     * and any View reflecting the data set should refresh itself.
     */
    public void notifyDataSetChanged() {
        mDataSetObservable.notifyChanged();
    }

    /**
     * Notifies the attached observers that the underlying data is no longer valid
     * or available. Once invoked this adapter is no longer valid and should
     * not report further data set changes.
     */
    public void notifyDataSetInvalidated() {
        mDataSetObservable.notifyInvalidated();
    }
}

根据上述代码我们可以定位到mDataSetObservable.notifyChanged()方法。

/**
 * A specialization of {@link Observable} for {@link DataSetObserver}
 * that provides methods for sending notifications to a list of
 * {@link DataSetObserver} objects.
 */
public class DataSetObservable extends Observable<DataSetObserver> {
    /**
     * Invokes {@link DataSetObserver#onChanged} on each observer.
     * Called when the contents of the data set have changed.  The recipient
     * will obtain the new contents the next time it queries the data set.
     */
    public void notifyChanged() {
        synchronized(mObservers) {
            // since onChanged() is implemented by the app, it could do anything, including
            // removing itself from {@link mObservers} - and that could cause problems if
            // an iterator is used on the ArrayList {@link mObservers}.
            // to avoid such problems, just march thru the list in the reverse order.
            for (int i = mObservers.size() - 1; i >= 0; i--) {
                mObservers.get(i).onChanged();
            }
        }
    }

    /**
     * Invokes {@link DataSetObserver#onInvalidated} on each observer.
     * Called when the data set is no longer valid and cannot be queried again,
     * such as when the data set has been closed.
     */
    public void notifyInvalidated() {
        synchronized (mObservers) {
            for (int i = mObservers.size() - 1; i >= 0; i--) {
                mObservers.get(i).onInvalidated();
            }
        }
    }
}

我们看到，调用notifyChanged()方法，会去遍历mObservers，调用所有观察者的onchange（）方法。

那么问题来了，我们的观察者对象是什么时候添加进去的呢？我们去看下ListView第一次和BaseAdapter产生关联的地方，也就是setAdapter(ListAdapter adapter)方法。

@Override
public void setAdapter(ListAdapter adapter) {
    //如果已经设置过了Adapter，那么取消注册对应的观察者。
    if (mAdapter != null && mDataSetObserver != null) {
        mAdapter.unregisterDataSetObserver(mDataSetObserver);
    }

    //省略部分代码

    if (mAdapter != null) {
        mAreAllItemsSelectable = mAdapter.areAllItemsEnabled();
        mOldItemCount = mItemCount;
        mItemCount = mAdapter.getCount();
        checkFocus();

        //创建一个对应数据的观察者
        mDataSetObserver = new AdapterDataSetObserver();
        //间接调用DataSetObservable的注册方法
        mAdapter.registerDataSetObserver(mDataSetObserver);

        //省略部分代码
    } else {
        mAreAllItemsSelectable = true;
        checkFocus();
        // Nothing selected
        checkSelectionChanged();
    }

    requestLayout();
}

这样我们的四个角色就全了，Observable—>Subject;DataSetObservable—>Concrete Subject;DataSetObserver—>Observer;AdapterDataSetObserver—>Concrete Observer。然后我们注册的地方也找到了。

最后就剩下我们的数据是如何刷新这一个问题了。AdapterDataSetObserver定义在ListView的父类AbsListView中，它又继承自AbsListView的父类AdapterView的AdapterDataSetObserver。

class AdapterDataSetObserver extends DataSetObserver {

    private Parcelable mInstanceState = null;
    //当我们调用Adapter的notifyDataSetChanged的时候会调用所有观察者的onChanged方法,核心实现就在这里
    @Override
    public void onChanged() {
        mDataChanged = true;
        mOldItemCount = mItemCount;
        // 获取Adapter中数据的数量
        mItemCount = getAdapter().getCount();

        // Detect the case where a cursor that was previously invalidated has
        // been repopulated with new data.
        if (AdapterView.this.getAdapter().hasStableIds() && mInstanceState != null
                && mOldItemCount == 0 && mItemCount > 0) {
            AdapterView.this.onRestoreInstanceState(mInstanceState);
            mInstanceState = null;
        } else {
            rememberSyncState();
        }
        checkFocus();
        // 重新布局ListView、GridView等AdapterView组件
        requestLayout();
    }

    // 代码省略

    public void clearSavedState() {
        mInstanceState = null;
    }
} 

requestLayout()方法在View里有实现，子View按需求重写。我们看下注释好了。

/*Call this when something has changed which has invalidated the layout of this view. This will schedule a layout pass of the view tree./

好了，到这里所有的调用关系我们基本就搞清楚了。当ListView的数据发生变化时，调用Adapter的notifyDataSetChanged函数，这个函数又会调用DataSetObservable的notifyChanged函数，这个函数会调用所有观察者 (AdapterDataSetObserver) 的onChanged方法。在onChanged函数中会获取Adapter中数据集的新数量，然后调用ListView的requestLayout()方法重新进行布局，更新用户界面。

瞎总结

ListView主要运用了Adapter和观察者模式使得可扩展性、灵活性非常强，而耦合度却很低，这是我认为设计模式在Android源码中优秀运用的典范。那我们就要开始思考了，我们有没有其他更漂亮的套路来实现ListView组件，我们可以把这件实现思路应用到哪里？

人是会思考的芦苇，思考着思考着我们就成为了别人眼中的大神。

参考链接：

http://www.itdadao.com/articles/c15a265623p0.html

http://blog.csdn.net/bboyfeiyu/article/details/44040533

http://www.cnblogs.com/mythou/p/3370340.html