设计模式 --- 观察者模式

什么是观察者模式

• 观察者模式（Observer Pattern）是一种行为型设计模式，用于在对象之间建立一对多的依赖关系。当一个对象（称为“主题”Subject）的状态发生改变时，所有依赖它的对象（称为“观察者”Observer）会自动收到通知并更新。这种模式的核心是解耦主题和观察者，让它们可以独立变化。
• 核心思想
  主题（Subject）：维护一个观察者列表，提供注册、注销和通知机制。
  观察者（Observer）：定义统一的更新接口，当主题状态变化时被调用。
  松耦合：主题不需要知道观察者的具体实现，只需通过接口通知

观察者模式典型应用 — C#中的事件

事件是什么？

• 事件（Event）是 C# 中的一种语言机制，允许一个对象（发布者）在特定动作发生时，通知其他对象（订阅者）执行响应逻辑。
  它本质上是基于委托（Delegate）的封装，提供了一种安全、可控的观察者模型。

• 核心特点：

• 主题定义事件：声明事件并决定何时触发。
• 观察者注册方法：将方法绑定到事件，事件触发时自动调用。
• 解耦设计：主题和观察者无需直接依赖彼此的具体实现。

---

事件的原理

• 底层机制：委托 + 观察者模式

• 委托（Delegate）：
  事件本质是一个多播委托（MulticastDelegate），可以存储多个方法引用。当事件触发时，所有绑定的方法会被依次调用。

• 观察者模式（Observer Pattern）：

  • 发布者（Subject）：维护一个订阅者列表（通过委托链实现），提供订阅（+=）和取消订阅（-=）接口。
  • 订阅者（Observer）：向发布者注册事件处理方法，事件触发时自动执行。

---

完整示例：温度监控系统

• 场景描述

• 发布者：TemperatureMonitor 类，监控温度变化。
• 订阅者：
  • AlertSystem：温度过高时触发警报。
  • Logger：记录温度事件到日志。

• 关键流程：

• 定义事件：使用 event 关键字声明一个委托类型的事件。
• 订阅事件：通过 += 将方法添加到事件的委托链。
• 触发事件：在特定条件下调用事件，执行所有订阅的方法。

代码实现

using System;// 1. 定义事件参数（传递温度数据）
public class TemperatureEventArgs : EventArgs
{public double Temperature { get; }public TemperatureEventArgs(double temperature){Temperature = temperature;}
}// 2. 发布者（Subject）
public class TemperatureMonitor
{// 声明事件（基于泛型 EventHandler<T> 委托）// EventHandler<T> 是 .NET 内置的泛型委托，定义形式为：  // delegate void EventHandler<TEventArgs>(object sender, TEventArgs e)public event EventHandler<TemperatureEventArgs> TemperatureExceeded;private double _currentTemperature;public double Threshold { get; set; } = 30.0;public void UpdateTemperature(double newTemperature){_currentTemperature = newTemperature;Console.WriteLine($"当前温度: {_currentTemperature}°C");// 触发条件：温度超过阈值if (_currentTemperature > Threshold){OnTemperatureExceeded(new TemperatureEventArgs(_currentTemperature));}}// 触发事件的方法（protected virtual 便于派生类扩展）protected virtual void OnTemperatureExceeded(TemperatureEventArgs e){// 线程安全：临时保存事件引用，避免多线程下订阅者被移除导致的空引用var handler = TemperatureExceeded;handler?.Invoke(this, e); // 等同于 if (handler != null) handler(this, e);}
}// 3. 订阅者（Observer）
public class AlertSystem
{public void HandleHighTemperature(object sender, TemperatureEventArgs e){Console.WriteLine($"警报！温度过高: {e.Temperature}°C");}
}public class Logger
{public void LogTemperatureEvent(object sender, TemperatureEventArgs e){Console.WriteLine($"[日志] 温度事件: {e.Temperature}°C");}
}// 4. 使用示例
class Program
{static void Main(){var monitor = new TemperatureMonitor();var alert = new AlertSystem();var logger = new Logger();// 订阅事件monitor.TemperatureExceeded += alert.HandleHighTemperature;monitor.TemperatureExceeded += logger.LogTemperatureEvent;// 模拟温度变化monitor.UpdateTemperature(25); // 不触发monitor.UpdateTemperature(32); // 触发事件monitor.UpdateTemperature(28); // 不触发monitor.UpdateTemperature(35); // 再次触发// 取消订阅monitor.TemperatureExceeded -= logger.LogTemperatureEvent;monitor.UpdateTemperature(40); // 仅触发警报}
}

输出结果

当前温度: 25°C
当前温度: 32°C
警报！温度过高: 32°C
[日志] 温度事件: 32°C
当前温度: 28°C
当前温度: 35°C
警报！温度过高: 35°C
[日志] 温度事件: 35°C
当前温度: 40°C
警报！温度过高: 40°C

• 观察者模式：

• TemperatureMonitor 是 Subject，维护订阅者列表（通过 TemperatureExceeded 事件的委托链）。
• AlertSystem和Logger` 是 Observers，通过订阅事件实现解耦。

总结

• C# 中的事件是基于委托的观察者模式实现，通过 event 关键字提供安全的订阅机制。它广泛用于:

• GUI 编程（如按钮点击）
• 异步通知等场景，是解耦代码的关键工具

使用观察者模式实现事件处理机制

以下是一个使用 Java 手动实现事件处理机制的完整示例，基于观察者模式和自定义接口，支持线程安全的订阅、取消订阅和事件触发功能。

---

事件对象（Event）

public class Event {private String message;private long timestamp;public Event(String message) {this.message = message;this.timestamp = System.currentTimeMillis();}public String getMessage() {return message;}public long getTimestamp() {return timestamp;}
}

事件监听器接口（EventListener）

@FunctionalInterface
public interface EventListener {void onEvent(Event event);
}

事件发布者（EventPublisher）

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
import java.util.List;public class EventPublisher {// 使用线程安全的集合存储监听器private final List<EventListener> listeners = new CopyOnWriteArrayList<>();// 订阅事件public void subscribe(EventListener listener) {listeners.add(listener);System.out.println("订阅成功: " + listener);}// 取消订阅public void unsubscribe(EventListener listener) {listeners.remove(listener);System.out.println("取消订阅: " + listener);}// 触发事件public void publishEvent(String message) {Event event = new Event(message);System.out.println("触发事件: " + event.getMessage());for (EventListener listener : listeners) {try {listener.onEvent(event);} catch (Exception e) {System.err.println("监听器处理异常: " + e.getMessage());}}}
}

---

定义具体监听器

public class Main {public static void main(String[] args) {EventPublisher publisher = new EventPublisher();// 监听器1：Lambda表达式实现EventListener listener1 = event -> System.out.printf("[Listener1] 收到事件: %s (时间: %d)%n",event.getMessage(), event.getTimestamp());// 监听器2：匿名类实现EventListener listener2 = new EventListener() {@Overridepublic void onEvent(Event event) {System.out.printf("[Listener2] 处理事件: %s%n", event.getMessage());}};// 订阅publisher.subscribe(listener1);publisher.subscribe(listener2);// 触发事件publisher.publishEvent("Hello World!");// 取消订阅listener2后再次触发publisher.unsubscribe(listener2);publisher.publishEvent("Another Message");}
}

输出结果

订阅成功: Main$$Lambda$1/0x0000000800b8a440@6d311334
订阅成功: Main$1@75bd9247
触发事件: Hello World!
[Listener1] 收到事件: Hello World! (时间: 1717500000000)
[Listener2] 处理事件: Hello World!
取消订阅: Main$1@75bd9247
触发事件: Another Message
[Listener1] 收到事件: Another Message (时间: 1717500001000)

---

关键设计解析

• 3.1 线程安全

• CopyOnWriteArrayList：
  使用线程安全的集合存储监听器，确保在遍历过程中（如触发事件时）修改监听器列表不会导致 ConcurrentModificationException。
• 无锁设计：
  添加/删除监听器时自动处理并发，无需显式加锁。

• 观察者模式

• Subject（主题）：EventPublisher 维护监听器列表并提供订阅/取消订阅接口。
• Observer（观察者）：EventListener 接口的实现类，定义事件响应逻辑。

如果需要，可改为异步事件处理

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class AsyncEventPublisher extends EventPublisher {private final ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();@Overridepublic void publishEvent(String message) {Event event = new Event(message);System.out.println("触发事件: " + event.getMessage());for (EventListener listener : listeners) {executor.submit(() -> {try {listener.onEvent(event);} catch (Exception e) {System.err.println("监听器处理异常: " + e.getMessage());}});}}
}