JDK自带的观察者模式源码分析以及和自定义实现的取舍

Posted 2021-04-05 大帅的博客

目录

结论在前，分析在后

java.util.Observer接口源码分析

• 借鉴 JDK 封装方法的过多参数的方案

java.util.Observable 类源码分析

• setChanged 这个开关的作用——可以借鉴思想

• 备忘录模式的简单应用——实现无锁的线程安全

JDK观察者模式API的一些弊端

本篇文章大概2500字，阅读时间大约10分钟

在文章中，从各个维度总结了观察者设计模式，它有两大类，pull模式和push模式，需要熟练掌握。

下面总结一下JDK8默认提供的一套观察者模式的实现API。看看它究竟是怎么实现的，以及为何鲜有人直接在项目里使用。

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太长不看版

结论：不推荐使用JDK自带的观察者模式API，而是自定义实现，但是可以借鉴其好的思想，当然大部分情况根本不需要我们自己实现，直接使用现成的异步框架，或者一些框架里提供的异步机制即可。

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java.util.Observer接口源码分析

该接口十分简单，是各个观察者需要实现的接口，来自java.util包：

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

设计的十分直接，就是使用顶级父类 Object 做参数类型，然后自己可以定义一个参数封装类。另外，第一个参数 Observable 就是所谓的主题接口，JDK 也给默认实现了，但实现的不是特别好，估计 Oracle 也懒得改了。

这里有两点值得我们学习：

1、使用一个工具类封装散落的参数，提高易用性和可扩展性

2、加上这个Observable非常好，因为能让观察者知道到底是哪个主题通知的“我”

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java.util.Observable类源码分析

这是该API设计最大的问题——使用的是类，而不是接口。如下是该类源码，删除了大量英文注释，改为更精简的形式，并加入了详尽的批注：

import java.util.Observer;import java.util.Vector;
/** * 这里其实就是主题接口的角色，只不过 JDK 的实现很烂——竟然用类封装的，这是公认的槽点之一。 */public class Observable { private boolean changed = false; private Vector obs; // 看到这里，其实也知道，这个API不仅太古老，而且还没人维护了，用的还是最老的，被淘汰的 Vector 实现的动态数组
 public Observable() { obs = new Vector(); }
 // 注册观察者，线程安全，这是优点之一，可以借鉴 public synchronized void addObserver(Observer o) { if (o == null) // 提高代码健壮性 throw new NullPointerException(); if (!obs.contains(o)) { // 注册时会去重，自定义实现需要注意也去重 obs.addElement(o); } }
 // 观察者取消注册 public synchronized void deleteObserver(Observer o) { obs.removeElement(o); }
 // 基于拉模型的通知方法 public void notifyObservers() { notifyObservers(null); }
 // 基于推模型 public void notifyObservers(Object arg) { // 一个临时数组，用于并发访问被观察者时，保存观察者列表的当前状态——这就是基于备忘录模式的简单应用。 Object[] arrLocal; // 在获取到观察者列表之前，不允许其他线程改变观察者列表 synchronized (this) { if (!changed) return; arrLocal = obs.toArray(); // 重置变化标记位为 false clearChanged(); }
 // 主题类释放锁，但是并不影响线程安全，因为加锁之前已经将观察者列表复制到临时数组 arrLocal // 在通知时我们只通知数组中的观察者，当前删除和添加观察者，都不会影响我们通知的对象 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(); }}

setChanged 这个开关的作用——可以借鉴设计思想

1、使得主题具备了很大的伸缩性

假如没有 setChanged，那么一旦主题的状态变了，就不得不立即通知订阅者，这不是很合理，需要一个缓冲——setChanged，如JDK一样，在notify方法中做判断，如果状态的变化达到了一个阈值，在设置 setChanged 条件，这时候才会真的通知，这个条件以及阈值的设置可以在主题类（继承了Observalbe类）的业务代码中实现。JDK还提供了配套的检查该标志的方法。

2、能筛选订阅者

3、能实现通知的撤销

主题中可以设置很多次的 setChanged，比如在一个事务中，在最后由于某种原因，事务失败，那么通知也必须取消，此时可以使用 clearChanged 方法轻松解决问题

4、主题的主动权控制

setChanged 和 clearChanged 方法均为 protected，而 notifyObservers 方法为 public，这就导致存在外部随意调用 notifyObservers 的可能，但是外部无法调用 setChanged，因此真正的控制权属于主题——即使外部能调用主题的通知方法，也是然并卵的

备忘录模式的简单应用——实现无锁的线程安全

如下源代码片段：

 // 基于推模型 public void notifyObservers(Object arg) { // 一个临时数组，用于并发访问被观察者时，保存观察者列表的当前状态——这就是基于备忘录模式的简单应用。 Object[] arrLocal; // 在获取到观察者列表之前，不允许其他线程改变观察者列表 synchronized (this) { if (!changed) return; arrLocal = obs.toArray(); // 重置变化标记位为 false clearChanged(); }
 // 主题类释放锁，但是并不影响线程安全，因为加锁之前已经将观察者列表复制到临时数组 arrLocal // 在通知时我们只通知数组中的观察者，当前删除和添加观察者，都不会影响我们通知的对象 for (int i = arrLocal.length - 1; i >= 0; i--) ((Observer) arrLocal[i]).update(this, arg); }

主题类即使在清理了状态位之后就释放锁，也不影响通知方法的线程安全性，因为加锁之前已经将观察者列表复制到了一个临时数组 arrLocal——数组是不可变的，局部的，故也是线程安全的。在释放锁后通知观察者们，只是通知的该临时数组中保存的观察者的快照，在通知的时候即使有观察者被删除和新的观察者注册，也不会影响通知的过程正确。

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JDK提供的观察者模式弊端总结

1、通知方法中的缺陷

看上面的源码可以发现一个问题，update 是观察者接口中的方法，是各个具体的观察者需要实现的方法，如果具体观察者的 update 方法有机会抛出异常，那么 RD 没有捕获，就会把异常抛出，导致整个通知过程失败，这里也是为什么不推荐使用该接口。

在自己实现的时候，可以把观察者的 update 方法用异常控制块包起来，保证通知过程能完整执行。

2、OOM 的隐患

JDK的主题也持有了观察者的引用，如果未正常处理——及时的从主题中删除废弃的观察者，会导致大量的废弃观察者无法被回收。这里其实主要还是业务代码的问题。如果观察者具体实现代码有问题，可能会导致主题和观察者对象形成循环引用，在某些采用引用计数的垃圾回收器可能导致无法回收。但是现代GC中，这种问题不会出现，引用计数器算法早已经被放弃使用。

3、持有观察者的集合类 Vector 的性能问题

先说结论——Vector是最旧的 List 实现，不再被JDK推荐使用。这是一个槽点，当初实现 JDK 的观察者 API 的时候，可能动态数组用 vector 实现比较好，但是现在早就是推荐使用 Arraylist 了。虽然vector 与 ArrayList功能相似，但是：

1、Vector 是线程安全的list集合，Vector 完全基于 synchronized 实现同步，虽然它的操作与 ArrayList 几乎一样，但是很多时候我们不需要那么重的实现，毕竟加锁会影响性能。故一般直接使用ArrayList，而且，一定要实现线程安全的动态数组，也轮不到用 Vector，可以使用 JUC 中的容器—— CopyOnWriteArraylist 等，或者用 Collections 类的同步 List 静态方法来转换为同步List

2、Vector 的部分方法名太长，ArrayList 的对应实现方法名短些，便于阅读，目前仍在使用 Vector 的软件，基本都是为了兼容旧库和懒得改

3、Vector 的容量增长性能很差，Vector 是可变数组，初始 length 是 10 ，如果超过 length 时，会以 100% 比率增长 length，即变成20，所以存在内存浪费的现象，而 Arraylist 的 length 是以 50% 比率增加，所以相比来说，内存使用率较高

4、主题通知观察者的顺序很奇葩，有bug风险

看源码得知，主题通知观察者的顺序是 tmd 的倒叙，导致通知观察者的顺序和注册的顺序不一样，如果业务代码对顺序有要求，就不好弄了

5、主题是类实现的，扩展难

众所周知，Java 没有多继承机制，如果具体主题除了继承主题类外， 还想继承其他业务类，就没法儿写了。典型的违背了“组合（聚合）优于继承的”设计原则。故一般自定义的实现比较多，也不难。虽然 JDK 给我们做了封装，但是很多时候业务需求复杂，JDK 的 API 并不能满足我们的需求。 

END

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