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JAVA设计模式之观察者模式详解

观察者模式

1 观察者模式介绍

观察者模式的应用场景非常广泛，小到代码层面的解耦，大到架构层面的系统解耦，再或者 一些产品的设计思路，都有这种模式的影子.

现在我们常说的基于事件驱动的架构，其实也是观察者模式的一种最佳实践。当我们观察某一个对象时，对象传递出的每一个行为都被看成是一个事件，观察者通过处理每一个事件来完成自身的操作处理。

生活中也有许多观察者模式的应用,比如 汽车与红绿灯的关系,‘红灯停,绿灯行’,在这个过程中交通信号灯是汽车的观察目标,而汽车是观察者.

​在这里插入图片描述

观察者模式(observer pattern)的原始定义是：定义对象之间的一对多依赖关系，这样当一个对象改变状态时，它的所有依赖项都会自动得到通知和更新。

解释一下上面的定义: 观察者模式它是用于建立一种对象与对象之间的依赖关系,一个对象发生改变时将自动通知其他对象,其他对象将相应的作出反应.

在观察者模式中发生改变的对象称为观察目标,而被通知的对象称为观察者,一个观察目标可以应对多个观察者,而且这些观察者之间可以没有任何相互联系,可以根据需要增加和删除观察者,使得系统更易于扩展.

观察者模式的别名有发布-订阅(Publish/Subscribe)模式,模型-视图(Model-View)模式、源-监听(Source-Listener) 模式等

2 观察者模式原理

观察者模式结构中通常包括: 观察目标和观察者两个继承层次结构.

在这里插入图片描述

在观察者模式中有如下角色：

  • Subject：抽象主题（抽象被观察者），抽象主题角色把所有观察者对象保存在一个集合里，每个主题都可以有任意数量的观察者，抽象主题提供一个接口，可以增加和删除观察者对象。
  • ConcreteSubject：具体主题（具体被观察者），该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发生改变时，给所有注册过的观察者发送通知。
  • Observer：抽象观察者，是观察者的抽象类，它定义了一个更新接口，使得在得到主题更改通知时更新自己。
  • ConcrereObserver：具体观察者，实现抽象观察者定义的更新接口，以便在得到主题更改通知时更新自身的状态。在具体观察者中维护一个指向具体目标对象的引用,它存储具体观察者的有关状态,这些状态需要与具体目标保持一致.

3 观察者模式实现

  • 观察者
/**
 * 抽象观察者
 **/
public interface Observer {

    //update方法: 为不同观察者的更新(响应)行为定义相同的接口,不同的观察者对该方法有不同的实现
    public void update();
}

/**
 * 具体观察者
 * @author spikeCong
 * @date 2022/10/11
 **/
public class ConcreteObserverOne implements Observer {

    @Override
    public void update() {
        //获取消息通知,执行业务代码
        System.out.println("ConcreteObserverOne 得到通知!");
    }
}

/**
 * 具体观察者
 * @author spikeCong
 * @date 2022/10/11
 **/
public class ConcreteObserverTwo implements Observer {

    @Override
    public void update() {
        //获取消息通知,执行业务代码
        System.out.println("ConcreteObserverTwo 得到通知!");
    }
}
  • 被观察者
/**
 * 抽象目标类
 **/
public interface Subject {

     void attach(Observer observer);
     void detach(Observer observer);
     void notifyObservers();
}

/**
 * 具体目标类
 **/
public class ConcreteSubject implements Subject {

    //定义集合,存储所有观察者对象
    private ArrayList<Observer> observers = new ArrayList<>();


    //注册方法,向观察者集合中增加一个观察者
    @Override
    public void attach(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    //注销方法,用于从观察者集合中删除一个观察者
    @Override
    public void detach(Observer observer) {
        observers.remove(observer);
    }

    //通知方法
    @Override
    public void notifyObservers() {
        //遍历观察者集合,调用每一个观察者的响应方法
        for (Observer obs : observers) {
            obs.update();
        }
    }
}
  • 测试类
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        //创建目标类(被观察者)
        ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();

        //注册观察者类,可以注册多个
        subject.attach(new ConcreteObserverOne());
        subject.attach(new ConcreteObserverTwo());

        //具体主题的内部状态发生改变时，给所有注册过的观察者发送通知。
        subject.notifyObservers();
    }
}

4 观察者模式应用实例

接下来我们使用观察模式,来实现一个买房摇号的程序.摇号结束,需要通过短信告知用户摇号结果,还需要想MQ中保存用户本次摇号的信息.

未使用设计模式

/**
 * 模拟买房摇号服务
 **/
public class DrawHouseService {

    //摇号抽签
    public String lots(String uId){
        if(uId.hashCode() % 2 == 0){
            return "恭喜ID为: " + uId + " 的用户,在本次摇号中中签! !";
        }else{
            return "很遗憾,ID为: " + uId + "的用户,您本次未中签! !";
        }
    }
}

public class LotteryResult {

    private String uId; // 用户id
    private String msg; // 摇号信息
    private Date dataTime; // 业务时间
    
    
	//get&set.....
}

/**
 * 开奖服务接口
 **/
public interface LotteryService {

    //摇号相关业务
    public LotteryResult lottery(String uId);
}


/**
 * 开奖服务
 **/
public class LotteryServiceImpl implements LotteryService {

    //注入摇号服务
    private DrawHouseService houseService = new DrawHouseService();

    @Override
    public LotteryResult lottery(String uId) {
        //摇号
        String result = houseService.lots(uId);

        //发短信
        System.out.println("发送短信通知用户ID为: " + uId + ",您的摇号结果如下: " + result);

        //发送MQ消息
        System.out.println("记录用户摇号结果(MQ), 用户ID:" +  uId + ",摇号结果:" + result);

       	return new LotteryResult(uId,result,new Date());
    }
}

@Test
public void test1(){
    LotteryService ls = new LotteryServiceImpl();
    String result  = ls.lottery("1234567887654322");
    System.out.println(result);
}

使用观察者模式进行优化

上面的摇号业务中,摇号、发短信、发MQ消息是一个顺序调用的过程,但是除了摇号这个核心功能以外, 发短信与记录信息到MQ的操作都不是主链路的功能,需要单独抽取出来,这样才能保证在后面的开发过程中保证代码的可扩展性和可维护性.

在这里插入图片描述

  • 事件监听
/**
 * 事件监听接口
 **/
public interface EventListener {

    void doEvent(LotteryResult result);
}

/**
 * 短信发送事件
 **/
public class MessageEventListener implements EventListener {

    @Override
    public void doEvent(LotteryResult result) {
        System.out.println("发送短信通知用户ID为: " + result.getuId() +
                ",您的摇号结果如下: " + result.getMsg());
    }
}

/**
 * MQ消息发送事件
 **/
public class MQEventListener implements EventListener {

    @Override
    public void doEvent(LotteryResult result) {
        System.out.println("记录用户摇号结果(MQ), 用户ID:" +  result.getuId() +
                ",摇号结果:" + result.getMsg());
    }
}

事件处理

/**
 * 事件处理类
 **/
public class EventManager {

    public enum EventType{
        MQ,Message
    }

    //监听器集合
    Map<Enum<EventType>, List<EventListener>> listeners = new HashMap<>();

    public EventManager(Enum<EventType>... operations) {
        for (Enum<EventType> operation : operations) {
            this.listeners.put(operation,new ArrayList<>());
        }
    }

    /**
     * 订阅
     * @param eventType 事件类型
     * @param listener  监听
     */
    public void subscribe(Enum<EventType> eventType, EventListener listener){
        List<EventListener> users = listeners.get(eventType);
        users.add(listener);
    }

    /**
     * 取消订阅
     * @param eventType 事件类型
     * @param listener  监听
     */
    public void unsubscribe(Enum<EventType> eventType,EventListener listener){
        List<EventListener> users = listeners.get(eventType);
        users.remove(listener);
    }

    /**
     * 通知
     * @param eventType 事件类型
     * @param result    结果
     */
    public void notify(Enum<EventType> eventType, LotteryResult result){
        List<EventListener> users = listeners.get(eventType);
        for (EventListener listener : users) {
            listener.doEvent(result);
        }
    }
}

摇号业务处理

/**
 * 开奖服务接口
 **/
public abstract class LotteryService{

    private EventManager eventManager;

    public LotteryService(){
        //设置事件类型
        eventManager = new EventManager(EventManager.EventType.MQ, EventManager.EventType.Message);
        //订阅
        eventManager.subscribe(EventManager.EventType.Message,new MessageEventListener());
        eventManager.subscribe(EventManager.EventType.MQ,new MQEventListener());
    }

    public LotteryResult lotteryAndMsg(String uId){
        LotteryResult result = lottery(uId);
        //发送通知
        eventManager.notify(EventManager.EventType.Message,result);
        eventManager.notify(EventManager.EventType.MQ,result);

        return result;
    }

    public abstract LotteryResult lottery(String uId);
}

/**
 * 开奖服务
 **/
public class LotteryServiceImpl extends LotteryService {

    //注入摇号服务
    private DrawHouseService houseService = new DrawHouseService();

    @Override
    public LotteryResult lottery(String uId) {
        //摇号
        String result = houseService.lots(uId);

        return new LotteryResult(uId,result,new Date());
    }
}

测试

@Test
public void test2(){
    LotteryService ls = new LotteryServiceImpl();
    LotteryResult result  = ls.lotteryAndMsg("1234567887654322");
    System.out.println(result);
}

5 观察者模式总结

  1. 观察者模式的优点
  • 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。
  • 被观察者发送通知，所有注册的观察者都会收到信息【可以实现广播机制】
  1. 观察者模式的缺点
  • 如果观察者非常多的话，那么所有的观察者收到被观察者发送的通知会耗时
  • 如果被观察者有循环依赖的话，那么被观察者发送通知会使观察者循环调用，会导致系统崩溃

3 ) 观察者模式常见的使用场景

  • 当一个对象状态的改变需要改变其他对象时。比如，商品库存数量发生变化时，需要通知商品详情页、购物车等系统改变数量。
  • 一个对象发生改变时只想要发送通知，而不需要知道接收者是谁。比如，订阅微信公众号的文章，发送者通过公众号发送，订阅者并不知道哪些用户订阅了公众号。
  • 需要创建一种链式触发机制时。比如，在系统中创建一个触发链，A 对象的行为将影响 B 对象，B 对象的行为将影响 C 对象……这样通过观察者模式能够很好地实现。
  • 微博或微信朋友圈发送的场景。这是观察者模式的典型应用场景，一个人发微博或朋友圈，只要是关联的朋友都会收到通知；一旦取消关注，此人以后将不会收到相关通知。
  • 需要建立基于事件触发的场景。比如，基于 Java UI 的编程，所有键盘和鼠标事件都由它的侦听器对象和指定函数处理。当用户单击鼠标时，订阅鼠标单击事件的函数将被调用，并将所有上下文数据作为方法参数传递给它。
  1. JDK 中对观察者模式的支持

JDK中提供了Observable类以及Observer接口,它们构成了JDK对观察者模式的支持.

  • java.util.Observer 接口: 该接口中声明了一个方法,它充当抽象观察者,其中声明了一个update方法.

    void update(Observable o, Object arg);

  • java.util.Observable 类: 充当观察目标类(被观察类) , 在该类中定义了一个Vector集合来存储观察者对象.下面是它最重要的 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。

用户可以直接使用Observer接口和Observable类作为观察者模式的抽象层,再自定义具体观察者类和具体观察目标类,使用JDK中提供的这两个类可以更加方便的实现观察者模式.

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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