设计模式之观察者模式（observer pattern）

Posted 2022-02-25 yssjun

观察者模式主要用于处理对象间的一对多的关系，是一种对象行为模式。该模式的实际应用场景比较容易确认，当一个对象状态发生变化时，所有该对象的关注者均能收到状态变化通知，以进行相应的处理。
本文希望通过简单的介绍和分析，能让读者对观察者模式有一个简单直观的认识和感知，以便在实际开发中根据需要灵活运用。

1. 目的

建立对象间一对多的关联关系，并能使一个对象的变化被所有关联对象感知。

2. 动机

建立一套低耦合的消息触发机制。

3. 优缺点

优点：

1. 被观察者和观察者之间是抽象耦合的；
2. 耦合度较低，两者之间的关联仅仅在于消息的通知；
3. 被观察者无需关心他的观察者；
4. 支持广播通信；

缺点：

1. 观察者只知道被观察对象发生了变化，但不知变化的过程和缘由；
2. 观察者同时也可能是被观察者，消息传递的链路可能会过长，完成所有通知花费时间较多；
3. 如果观察者和被观察者之间产生循环依赖，或者消息传递链路形成闭环，会导致无限循环；

4. 应用场景

• 需要在系统中建立一个单项广播的触发机制；
• 系统中某个对象的行为会影响若干其他对象；
• 对象之间的关联关系可以在运行时动态的建立与撤销；
• 对象之间的关联关系呈现出一种树状结构；

5.  原理

下面是GoF介绍的典型的类观察者模式的UML类图：

Subject:

　抽象被观察者，仅提供注册和删除观察者对象的接口声明。

ConcreteSubject:

　具体被观察者对象，该对象中收集了所有需要被通知的观察者，并可以动态的增删集合中的观察者。当其状态发生变化时会通知所有观察者对象。

Observer:

　抽象观察者，为所有观察者定义获得通知的统一接口；

ConcreteObserver:

　观察者对象，其关注对象为Subject，能接受Subject变化时发出的通知并更新自身状态。

6.实现

接下来先将上面的UML类图转换为具体的代码，然后在举一个具体的例子来看一下其应用。

抽象被观察者类：Subject

public interface Subject 
    public void setState(int state);
    public int getState();
    public void attach(Observer obs);
    public void detach(Observer obs);
    public void notify(String msg);

 抽象观察者类：Observer

public interface Observer 
    public void update(String msg);

具体被观察者类：ConcreteSubject

public class ConcreteSubject implements Subject 
    
    private List<Observer> observerList = new ArrayList<Observer>();
    private int state;

    @Override
    public void setState(int state) 
        this.state = state;        
        notify("new state: " + state);
    

    @Override
    public int getState() 
        // TODO Auto-generated method stub
        return 0;
    
    
    @Override
    public void attach(Observer obs) 
        // TODO Auto-generated method stub
        observerList.add(obs);
    

    @Override
    public void detach(Observer obs) 
        // TODO Auto-generated method stub
        observerList.remove(obs);
    

    @Override
    public void notify(String msg) 
        // TODO Auto-generated method stub
        for (Observer obs: observerList) 
            obs.update(msg);
        
    

具体观察者类：ConcreteObserver

public class ConcreteObserver implements Observer 

    @Override
    public void update(String msg) 
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("ConcreteObserver receive notify msg: " + msg);
    

演示：

public class Demo 
    public static void main(String[] args) 
        ConcreteObserver obs = new ConcreteObserver();
        ConcreteSubject sub = new ConcreteSubject();
        sub.attach(obs);
        sub.setState(666);
        sub.notify("just test subject notify function!");
    

结果：

ConcreteObserver receive notify msg: new state: 666
ConcreteObserver receive notify msg: just test subject notify function!

7.实例

我们以一个更加实际的例子——商品价格的变动来体会一下观察者模式的用途。

在网上购物的时候，商品一般都有一个价格变动通知，前提是我们关注了该商品。

这里我们稍微变通一下，只有当关注的商品价格下降，且低于用户期望购买价格的时候，才会给用户发送一条商品降价的短信通知。

下面分别定义每个类：

产品抽象类：Product

public interface Product 
    public void setPrice(int price);
    public int getPrice();
    public void follow(User user);
    public void unfollow(User user);
    public void notifyLowPrice();

用户抽象类：User

public interface User 
    public boolean isExpectedPrice(int price);
    public void shortMSG(String msg);

商品笔记本电脑：Laptop

public class Laptop implements Product 
    
    private List<User> followList = new ArrayList<User>();
    private int curPrice;

    @Override
    public void setPrice(int price) 
        curPrice = price;
        System.out.println("set laptop price: " + price);
        notifyLowPrice();
    

    @Override
    public int getPrice() 
        return curPrice;
    
    
    @Override
    public void follow(User user) 
        followList.add(user);
    

    @Override
    public void unfollow(User user) 
        followList.remove(user);
    

    @Override
    public void notifyLowPrice() 
        String msg = "" + curPrice;
        for (User user: followList) 
            if (user.isExpectedPrice(curPrice)) 
                user.shortMSG(msg);
            
        
    

关注笔记本电脑用户类：LaptopBuyer

public class LaptopBuyer implements User 
    private int expectedPrice;
    private String userName;
    public LaptopBuyer(String userName, int expectedPrice) 
        this.userName = userName;
        this.expectedPrice = expectedPrice;
    

    @Override
    public boolean isExpectedPrice(int curPrice) 
        // TODO Auto-generated method stub
        return curPrice <= expectedPrice;
    

    @Override
    public void shortMSG(String msg) 
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("Your follow product have a low price: " + msg + " TO:" + userName);
    

演示：

public class Demo 
    public static void main(String[] args) 
        LaptopBuyer Alice = new LaptopBuyer("Alice", 6000);
        LaptopBuyer Jack = new LaptopBuyer("Jack", 6500);
        Laptop laptop = new Laptop();
        laptop.follow(Alice);
        laptop.follow(Jack);
        laptop.setPrice(7000);
        laptop.setPrice(6500);
        laptop.setPrice(6000);
        laptop.unfollow(Jack);
        laptop.setPrice(5999);
        laptop.setPrice(6099);
    

结果：

set laptop price: 7000
set laptop price: 6500
Your follow product have a low price: 6500 TO:Jack
set laptop price: 6000
Your follow product have a low price: 6000 TO:Alice
Your follow product have a low price: 6000 TO:Jack
set laptop price: 5999
Your follow product have a low price: 5999 TO:Alice
set laptop price: 6099

上面的这个例子是一个能够很好地解释观察者模式的一个实际用途。

8. 总结

相比较与观察者模式，我们或许有许多获取另外一个对象状态的方式，比如，常见的轮询方式，或者仅仅在需要的时候去查一下对方的状态等，不过观察者模式有其特殊的用途，而且更加灵活。

该模式原理比较简单直接，但是实际使用过程中需要考虑一些细节问题：

• 何时通知？
• 有谁触发通知？
• 观察者是关注状态变化的次数还是最终的状态？
• 如果消息通知被阻塞，应该怎么办？
• 是否可以改为异步消息通知？

上面这些都是实际使用时应该考虑的。考虑清楚这些细节才能更灵活的应用该模式解决实际问题。

参考：

GoF《Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software》

https://www.runoob.com/design-pattern/observer-pattern.html