封面来源:碧蓝航线 北境序曲 活动CG

本文参考:

Java 设计模式学习网站:Java设计模式:23种设计模式全面解析(超级详细)

菜鸟教程:观察者模式

1. 模式的定义与特点

相信大家一定遇到过这样的场景,实体 A 与实体 B 之间存在某种联系,当对实体 A 进行删除时,同时删除某些实体 B。要完成这样的需求也很简单,只需要知道实体 A 与实体 B 之间的联系即可。比如,实体 A 的主键 ID 对应了实体 B 中的某个字段,那么就可以在删除实体 A 时获取其主键,然后利用这个值删除对应的实体 B 数据即可。

像上述这样的需求,首先想到的就是将这些逻辑紧挨着写在一个方法里,但是这样又带来了一个问题,代码耦合性较高。那如果这时又来个实体 C,实体 C 与实体 B 之间又有某些关系,如果仍然修改这个方法,产生 BUG 的风险就会增加。

最好这些存在关系的实体之间有一种触发响应机制,而且还能够解耦,实现低耦合。

定义

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。

优点

1、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。

2、目标与观察者之间建立了一套触发机制。

缺点

1、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。

2、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。

3、没有相应的机制让观察者知道所观察的目标对象是怎么发生变化的,而仅仅只是知道观察目标发生了变化。

2. 适用场景

在软件系统中,当系统一方行为依赖另一方行为的变动时,可使用观察者模式松耦合联动双方,使得一方的变动可以通知到感兴趣的另一方对象,从而让另一方对象对此做出响应。

【观察者模式】主要解决一个对象状态改变后通知其他对象的问题,而且要考虑到易用和低耦合,保证高度的协作。

因此可以得出【观察者模式】适用于以下场景:

1、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。

2、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,可将这二者封装在独立的对象中以使它们可以各自独立地改变和复用。

3、实现类似广播机制的功能,不需要知道具体收听者,只需分发广播,系统中感兴趣的对象会自动接收该广播。

4、多层级嵌套使用,形成一种链式触发机制,使得事件具备跨域(跨越两种观察者类型)通知。就像文章开头所举的例子,A 对象的行为将影响 B 对象,B 对象的行为将影响 C 对象…

3. 模式的结构

需要注意的是: 实现观察者模式时具体目标对象和具体观察者对象之间不能直接调用,否则将使两者之间紧密耦合起来,这违反了面向对象的设计原则。

【观察者模式】的主要角色如下:

1、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。

2、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(就是被观察者观察的目标,可以理解为被观察者)。

3、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。

4、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。

【观察者模式】结构图:

观察者模式的结构图

4. 代码的实现

有了结构图,代码实现还不简单吗?

首先编写观察者接口:

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/**
* 观察者接口
*
* @author mofan
* @date 2021/8/11 0:16
*/
public interface Observer {
/**
* 观察者需做出的反应
*/
void response();
}

根据这个接口,编写两个具体的观察者:

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/**
* 观察者 1 号
*
* @author mofan
* @date 2021/8/11 0:23
*/
public class ConcreteObserverOne implements Observer {
@Override
public void response() {
System.out.println("观察者 1 号做出了响应...");
}
}
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/**
* 观察者 2 号
*
* @author mofan
* @date 2021/8/11 0:25
*/
public class ConcreteObserverTwo implements Observer {
@Override
public void response() {
System.out.println("观察者 2 号做出了响应...");
}
}

然后再编写抽象主题,或者说被观察者(我更喜欢后者,观察者、被观察者,不是很好理解?),在这里面需要维护一个 ArrayList 对象来存放观察者们:

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/**
* 主题类,也可以理解为被观察者的抽象类
*
* @author mofan
* @date 2021/8/11 0:16
*/
public abstract class Subject {
protected List<Observer> observers = new ArrayList<>();

/**
* 增加观察者
*
* @param observer 增加的观察者
*/
public void add(Observer observer) {
observers.add(observer);
}

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

/**
* 通知观察者
*/
public abstract void notifyObserver();
}

根据这个抽象类,完成具体主题(或者说具体被观察者)的编写:

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/**
* 具体的主题,或者说具体的被观察者
*
* @author mofan
* @date 2021/8/11 0:21
*/
public class ConcreteSubject extends Subject {
@Override
public void notifyObserver() {
// 通知观察者,让观察者做出响应
for (Object obs : observers) {
((Observer) obs).response();
}
}
}

最后编写一个测试方法来测试一下:

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@Test
public void testObserverPattern() {
// 获取主题,或者说获取被观察者
ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();
// 为其设置观察者
subject.add(new ConcreteObserverOne());
subject.add(new ConcreteObserverTwo());
// 通知观察者做出响应
subject.notifyObserver();
}

运行测试类后,控制台打印出:

观察者 1 号做出了响应...
观察者 2 号做出了响应...

使用的注意事项

1、避免循环引用;

2、由于维护了一个集合来存放观察者,因此顺序执行时,错误的观察者可能会导致通知阻塞,最好采用异步的方式。

5. 模式的拓展

其实在很多框架中都使用到了观察者模式,甚至在 JDK 中还定义了观察者模式。

对于框架来说,比如:

1、在 Spring 框架中,ApplicationListener 就是采用观察者模式来处理的,与之对应的是 ApplicationEventMulticaster 作为主题实现对观察者的添加、删除、通知等操作。

2、Google Guava 的事件处理机制是采用 EventBus,而其实现也是采用观察者模式。

3、说到 EventBus 就不得不说由 GreenRobot 组织贡献的 Android 事件发布 / 订阅轻量级框架 EventBus,其实现也是采用的观察者模式。

EventBus 的执行流程:

EventBus的执行流程

而在 JDK 中,java.util 包下的 Observable 类和 Observer 接口定义了观察者模式,只需要实现他们的子类就可以编写观察者模式实例。

5.1 JDK 中的定义

继承 Observable 抽象类,完成数值被观察者的编写。其内部定义了一个方法,当传入一个 int 类型的参数后,会改变成员变量 num 的值。

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import lombok.Getter;
import java.util.Observable;

/**
* 数值被观察者
*
* @author mofan
* @date 2021/8/10 23:50
*/
@Getter
public class NumberObservable extends Observable {
private int num = 1;

public void changeNum(int data) {
this.num = data;
// 标记当前对象已被改变
this.setChanged();
// 通知其他观察者
this.notifyObservers(data);
}
}

再实现 Observer 接口,完成数值观察者的编写:

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import java.util.Observable;
import java.util.Observer;

/**
* 数值观察者
*
* @author mofan
* @date 2021/8/10 23:54
*/
public class NumberObserver implements Observer {
@Override
public void update(Observable o, Object arg) {
// 当有观察者发生变化时,会自动调用该方法
// 获取被观察者对象
NumberObservable observable = (NumberObservable) o;
System.out.println("数值改变为:" + observable.getNum() + "(使用被观察者对象获取)");
System.out.println("数值改变为:" + arg + "(使用方法参数获取)");
}
}

编写一个测试方法测试一下,看看调用被观察者的 changeNum() 方法时会不会执行观察者中的 update() 方法:

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@Test
public void testJdkObserver() {
// 创建被观察者对象
NumberObservable observable = new NumberObservable();
// 为被观察者添加观察者
observable.addObserver(new NumberObserver());
// 调用方法,改变数值
observable.changeNum(1);
observable.changeNum(100);
}

运行这个测试方法后,控制台打印出:

数值改变为:1(使用被观察者对象获取)
数值改变为:1(使用方法参数获取)
数值改变为:100(使用被观察者对象获取)
数值改变为:100(使用方法参数获取)

看样子我们代码的编写没有问题。

Observable 类中三个方法的解析

首先需要说明的是:Observable 中维护了一个 Vector 对象,用于保存所有要通知的观察者对象。

1、addObserver(Observer o) 方法:用于将新的观察者对象添加到 Vector 中;

2、notifyObservers(Object arg) 方法:调用 Vector 中的所有观察者对象的 update() 方法,通知它们被观察者的数据发生了改变。一般来说,越晚添加进 Vector 的观察者越先得到通知,为什么这么说呢?看源码:

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

synchronized (this) {
if (!changed)
return;
arrLocal = obs.toArray();
clearChanged();
}
// 先遍历的最后一个元素
for (int i = arrLocal.length-1; i>=0; i--)
((Observer)arrLocal[i]).update(this, arg);
}

3、setChange() 方法:用来设置一个 boolean 类型的内部标志位,注明目标对象发生了变化。当它为真时,notifyObservers() 才会通知观察者。

5.2 Google Guava EventBus

首先需要导入 Guava 的依赖:

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<dependency>
<groupId>com.google.guava</groupId>
<artifactId>guava</artifactId>
<version>30.1.1-jre</version>
</dependency>

先编写一个成功的事件类:

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/**
* @author mofan
* @date 2021/8/10 15:29
*/
@Getter
@Setter
@AllArgsConstructor
public class SuccessfulEvent {
private String msg;
}

然后编写成功事件的监听器:

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import com.google.common.eventbus.Subscribe;

/**
* @author mofan
* @date 2021/8/10 15:36
*/
public class SuccessfulListener {

@Subscribe
public void onSuccessful(SuccessfulEvent event) {
System.out.println(event.getMsg());
}
}

注意: 事件监听方法得使用 Guava 的 @Subscribe 注解进行标注。

其实这样就编写完了,最后编写一个测试方法来测试一下:

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@Test
public void testGuavaEventBus() {
final EventBus eventBus = new EventBus();
// 注册 Listener
eventBus.register(new SuccessfulListener());
// 发送事件
eventBus.post(new SuccessfulEvent("监听到成功事件"));
}

当我们运行测试方法后,控制台打印出:

监听到成功事件

5.3 GreenRobot EventBus

相比于 Guava 的 EventBus,我跟喜欢 GreenRobot 的 EventBus,因为 GreenRobot EventBus 中监听器的注册和事件的发送采用了静态方法的方式,不需要 new 一个对象,我更喜欢这种方法,而且你还会发现在 Guava 的 @Subscribe 注解和 EventBus 类都被 @Beta 注解所标记,表明它们都处于 Beta 测试版本。

同样,首先导入 GreenRobot EventBus 的依赖:

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<dependency>
<groupId>org.greenrobot</groupId>
<artifactId>eventbus</artifactId>
<version>3.2.0</version>
</dependency>

有了成功事件,我们再编写一个失败事件类:

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/**
* @author mofan
* @date 2021/8/10 15:59
*/
@Getter
@Setter
@AllArgsConstructor
public class FailureEvent {
private String failureMsg;
}

为其编写失败监听器:

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import org.greenrobot.eventbus.Subscribe;

/**
* @author mofan
* @date 2021/8/10 16:00
*/
public class FailureListener {
@Subscribe
public void onFailure(FailureEvent event) {
System.out.println(event.getFailureMsg());
}
}

同样的编写测试方法测试一下:

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@Test
public void testGreenrobotEvent() {
// 注册 Listener
org.greenrobot.eventbus.EventBus.getDefault().register(new FailureListener());
// 发送事件
org.greenrobot.eventbus.EventBus.getDefault().post(new FailureEvent("监听到失败事件"));
}

当我们运行测试方法后,控制台打印出:

监听到失败事件

5.4 项目中的使用

我们发现无论是 Google Guava EventBus 还是 GreenRobot EventBus 都提供了一种十分简单的方式来实现观察者模式,让事件的监听变得容易,那么我们在自己的项目中怎么使用它们呢?就直接像上述方式这么使用吗?

通过上述的代码,不难发现实现事件的监听需要事件监听器的注册和事件的发送。

监听器注册需要传入监听器对象,那么我们可以自定义一个 @EventHandler 注解,这个注解只能作用于类上,这个注解作为一个标记,让标注了这个注解的类可以被 SpringBoot 扫描到,然后将其注册到 EventBus 中。

而对于 EventBus 而言,应当将这个类注入 Spring 容器中由 Spring 托管,当我们需要发送事件时,主要在发送事件的类中声明:

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@Autowired
private EventBus eventBus;

然后使用 eventBus.post(事件对象); 的方式完成事件的发送。

而开发者只需要关注事件对象和事件监听类的编写即可。