设计模式之观察者模式

Posted 2021-08-15 二木成林

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了设计模式之观察者模式相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

概述

在现实世界中，许多对象并不是独立存在的，其中一个对象的行为发生改变可能会导致一个或者多个其他对象的行为也发生改变。例如，某种商品的物价上涨时会导致部分商家高兴，而消费者伤心；还有，当我们开车到交叉路口时，遇到红灯会停，遇到绿灯会行。这样的例子还有很多，例如，股票价格与股民、微信公众号与微信用户、气象局的天气预报与听众、小偷与警察等。

在软件世界也是这样，例如，Excel 中的数据与折线图、饼状图、柱状图之间的关系；MVC 模式中的模型与视图的关系；事件模型中的事件源与事件处理者。所有这些，如果用观察者模式来实现就非常方便。

观察者（Observer）模式的定义：指多个对象间存在一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。这种模式有时又称作发布-订阅模式、模型-视图模式，它是对象行为型模式。

结构

观察者模式的主要角色如下：

抽象主题（Subject）角色：也叫抽象目标类，它提供了一个用于保存观察者对象的聚集类和增加、删除观察者对象的方法，以及通知所有观察者的抽象方法。
具体主题（Concrete Subject）角色：也叫具体目标类，它实现抽象目标中的通知方法，当具体主题的内部状态发生改变时，通知所有注册过的观察者对象。
抽象观察者（Observer）角色：它是一个抽象类或接口，它包含了一个更新自己的抽象方法，当接到具体主题的更改通知时被调用。
具体观察者（Concrete Observer）角色：实现抽象观察者中定义的抽象方法，以便在得到目标的更改通知时更新自身的状态。

其UML类图如下：

各类代码如下：

Observer.java

/**
 * @author lcl100
 * @create 2021-07-17 9:54
 * @desc 观察者接口
 */
public interface Observer {
    // 观察者响应的方法
    void response();
}

ConcreteObserverA.java

/**
 * @author lcl100
 * @create 2021-07-17 9:55
 * @desc 具体观察者
 */
public class ConcreteObserverA implements Observer {
    @Override
    public void response() {
        System.out.println("观察者A做出的响应");
    }
}

ConcreteObserverB.java

/**
 * @author lcl100
 * @create 2021-07-17 9:56
 */
public class ConcreteObserverB implements Observer {
    @Override
    public void response() {
        System.out.println("观察者B做出的响应");
    }
}

AbstractSubject.java

/**
 * @author lcl100
 * @create 2021-07-17 9:56
 * @desc 抽象主题类
 */
public abstract class AbstractSubject {
    // 用来保存观察者的集合
    protected List<Observer> observers = new ArrayList<>();

    /**
     * 添加观察者
     *
     * @param observer 观察者对象
     */
    public void add(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    /**
     * 删除观察者
     *
     * @param observer 观察者对象
     */
    public void remove(Observer observer) {
        observers.remove(observer);
    }

    /**
     * 通知所有观察者的方法，由具体目标类实现
     */
    public abstract void notifyObserver();
}

ConcreteSubject.java

/**
 * @author lcl100
 * @create 2021-07-17 10:00
 * @desc 具体目标类
 */
public class ConcreteSubject extends AbstractSubject {
    @Override
    public void notifyObserver() {
        System.out.println("具体目标类发送改变了...");
        // 循环遍历所有的观察者，通知它们
        for (Observer observer : observers) {
            observer.response();
        }
    }
}

Test.java

/**
 * @author lcl100
 * @create 2021-07-17 10:02
 * @desc 测试类
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 将观察者添加到主题中
        AbstractSubject subject = new ConcreteSubject();
        subject.add(new ConcreteObserverA());
        subject.add(new ConcreteObserverB());
        // 通知所有的观察者
        subject.notifyObserver();
    }
}

案例实现

例：在使用微信公众号时，大家都会有这样的体验，当你关注的公众号中有新内容更新的话，它就会推送给关注公众号的微信用户端。我们使用观察者模式来模拟这样的场景，微信用户就是观察者，微信公众号是被观察者，有多个的微信用户关注了程序猿这个公众号。其UML类图如下：

各实现代码如下：

Subject.java

/**
 * @author lcl100
 * @create 2021-07-17 10:27
 * @desc 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
 */
public interface Subject {
    // 添加观察者，即添加订阅用户
    public void attach(Observer observer);

    // 删除观察者，即删除订阅用户
    public void detach(Observer observer);

    // 通知观察者，即通知订阅者更新消息
    public void notify(String message);
}

SubscriptionSubject.java

/**
 * @author lcl100
 * @create 2021-07-17 10:30
 * @desc 具体主题类，微信公众号是具体主题（具体被观察者），里面存储了订阅该公众号的微信用户，并实现了抽象主题中的方法
 */
public class SubscriptionSubject implements Subject {
    // 存储了订阅了公众号的微信用户集合
    private List<Observer> weixinUserList=new ArrayList<>();

    @Override
    public void attach(Observer observer) {
        weixinUserList.add(observer);
    }

    @Override
    public void detach(Observer observer) {
        weixinUserList.remove(observer);
    }

    @Override
    public void notify(String message) {
        for (Observer observer : weixinUserList) {
            observer.update(message);
        }
    }
}

Observer.java

/**
 * @author lcl100
 * @create 2021-07-17 10:23
 * @desc 观察者接口
 */
public interface Observer {
    /**
     * 定义一个接收了微信公众号已经更新的方法
     *
     * @param message 更新的消息
     */
    public void update(String message);
}

WeixinUser.java

/**
 * @author lcl100
 * @create 2021-07-17 10:23
 * @desc 观察者接口
 */
public interface Observer {
    /**
     * 定义一个接收了微信公众号已经更新的方法
     *
     * @param message 更新的消息
     */
    public void update(String message);
}

Test.java

/**
 * @author lcl100
 * @create 2021-07-17 10:35
 * @desc 测试类
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建主题
        Subject subject = new SubscriptionSubject();
        // 创建微信用户
        WeixinUser user1 = new WeixinUser("张三");
        WeixinUser user2 = new WeixinUser("李四");
        WeixinUser user3 = new WeixinUser("王五");
        // 订阅公众号
        subject.attach(user1);
        subject.attach(user2);
        subject.attach(user3);
        // 公众号更新发出消息给订阅的微信用户
        subject.notify("Java设计模式专栏更新了");
    }
}

优缺点

观察者模式是一种对象行为型模式，其主要优点如下：

降低了目标与观察者之间的耦合关系，两者之间是抽象耦合关系。符合依赖倒置原则。
目标与观察者之间建立了一套触发机制。

它的主要缺点如下：

目标与观察者之间的依赖关系并没有完全解除，而且有可能出现循环引用。
当观察者对象很多时，通知的发布会花费很多时间，影响程序的效率。

适用场景：

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。
当一个抽象模型有两个方面，其中一个方面依赖于另一方面时。

JDK中提供的实现

在 Java 中，通过 java.util.Observable 类和 java.util.Observer 接口定义了观察者模式，只要实现它们的子类就可以编写观察者模式实例。

1，Observable类

Observable 类是抽象目标类（被观察者），它有一个 Vector 集合成员变量，用于保存所有要通知的观察者对象，下面来介绍它最重要的 3 个方法。

void addObserver(Observer o) 方法：用于将新的观察者对象添加到集合中。
void notifyObservers(Object arg) 方法：调用集合中的所有观察者对象的 update方法，通知它们数据发生改变。通常越晚加入集合的观察者越先得到通知。
void setChange() 方法：用来设置一个 boolean 类型的内部标志，注明目标对象发生了变化。当它为true时，notifyObservers() 才会通知观察者。

2，Observer 接口

Observer 接口是抽象观察者，它监视目标对象的变化，当目标对象发生变化时，观察者得到通知，并调用 update 方法，进行相应的工作。

例：警察抓小偷也可以使用观察者模式来实现，警察是观察者，小偷是被观察者。代码如下：

小偷是一个被观察者，所以需要继承Observable类

/**
 * @author lcl100
 * @create 2021-07-17 10:47
 * @desc 小偷类，小偷是一个被观察者，也就是具体主题类，继承抽象主题类Observable
 */
public class Thief extends Observable {
    String name;

    public Thief(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void steal() {
        System.out.println("小偷：我偷东西了，有没有人来抓我呀！！！");
        super.setChanged();// 表明目标对象发生了变化
        super.notifyObservers();// 通知所有的观察者，即通知警察
    }
}

警察是一个观察者，所以需要让其实现Observer接口

/**
 * @author lcl100
 * @create 2021-07-17 10:52
 * @desc 警察类，是观察者，实现Observer接口
 */
public class PoliceMan implements Observer {
    // 警察的名字
    private String name;

    public PoliceMan(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void update(Observable o, Object arg) {
        System.out.println("警察：" + ((Thief) o).getName() + ", 我已经盯你很久了。");
    }
}

客户端代码

/**
 * @author lcl100
 * @create 2021-07-17 10:55
 * @desc 测试类
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //创建小偷对象
        Thief t = new Thief("隔壁老王");
        //创建警察对象
        PoliceMan p = new PoliceMan("小李");
        //让警察盯着小偷
        t.addObserver(p);
        //小偷偷东西
        t.steal();
    }
}

以上是关于设计模式之观察者模式的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

设计模式行为型模式 -- 观察者模式（发布-订阅(Publish/Subscribe)模式）