设计模式二十：观察者模式（Observer Pattern）

定义了一种一对多的依赖关系，允许多个观察者（也称为订阅者）对象同时监听一个主题对象，当主题对象发生变化时，所有依赖于它的观察者都会收到通知并自动更新。

观察者模式的使用场景

观察者模式在许多场景中都可以发挥作用，特别是在需要解耦和实现对象间动态通信的情况下

1. 事件处理和 GUI：
   在图形用户界面（GUI）应用中，用户界面元素（如按钮、文本框）可以作为观察者，而事件（如点击按钮）可以作为主题，以实现用户界面与业务逻辑之间的解耦。
2. 订阅/发布模型：
   观察者模式常被用于实现发布/订阅模型，其中发布者是主题，订阅者是观察者。这在消息队列系统、事件总线等场景中非常有用，允许消息的生产者发布消息，而消费者订阅并处理消息。
3. 通知和提醒系统：
   观察者模式可以用于实现通知和提醒系统。例如，在一个新闻网站中，当有新的新闻发布时，订阅了该类新闻的用户会收到通知。
4. 股票市场分析：
   在金融领域，观察者模式可以用于股票市场分析工具。股票价格的变化可以作为主题，不同的分析器可以作为观察者，以便在价格变化时及时更新分析结果。
5. 网络应用中的状态同步：
   在分布式系统或网络应用中，观察者模式可以用于状态同步。当一个节点的状态发生变化时，其他节点可以作为观察者，以便实时更新其本地状态。
6. 游戏开发：
   在游戏开发中，观察者模式可以用于处理游戏内的事件、状态变化、角色行为等。例如，当一个角色受到伤害时，其他角色可以作为观察者获得相应的通知。
7. 传感器数据监测：
   在物联网领域，传感器收集到的数据可以作为主题，不同的监测系统可以作为观察者，以便在数据变化时进行监测和报警。

观察者模式涉及的角色

1. 主题（Subject）：
   主题是被观察的对象，它维护一组观察者对象，并提供方法用于添加、删除和通知观察者。主题通常包含状态或数据，当状态变化时会通知所有观察者。
   定义了添加、删除和通知观察者的方法。
   维护一个观察者列表，用于存储注册的观察者。
   当主题状态变化时，调用通知方法以便通知所有注册的观察者。
2. 具体主题（Concrete Subject）：
   具体主题是实际的被观察对象，它继承或实现主题接口，负责实现主题的具体逻辑。它会在状态变化时通知所有已注册的观察者。
   继承或实现主题接口。
   包含需要被观察的状态或数据。
   在状态变化时，调用通知方法来通知所有观察者。
3. 观察者（Observer）：
   观察者是订阅主题状态变化的对象，它定义一个更新方法，当主题状态发生变化时，观察者的更新方法会被调用，从而观察者可以获取最新的信息并执行相应的操作。
   定义了一个更新方法，用于在主题状态变化时被调用。
   观察者通过该方法获取主题最新的状态信息，然后执行相应的操作。
4. 具体观察者（Concrete Observer）：
   具体观察者是实际的观察者对象，它实现了观察者接口的更新方法，以便在主题状态变化时执行特定的操作。
   实现观察者接口的更新方法，以便在主题状态变化时执行具体的操作。
   在更新方法中，根据主题的状态变化来做出响应。

java代码实例

演示了使用观察者模式实现一个天气预报系统

主题接口
package cn.observer.service;public interface Subject {//添加接受这void addObserver(Observer_ observer);//一处接受者void reduceObserver(Observer_ observer);//消息变动void notifyObservers();}

具体主题

//天气驿站
public class WeatherStation implements Subject{private List<Observer_> observers=new ArrayList<>();private float temperature;//天气温度@Overridepublic void addObserver(Observer_ observer) {this.observers.add(observer);}@Overridepublic void reduceObserver(Observer_ observer) {this.observers.remove(observer);}@Overridepublic void notifyObservers() {for (Observer_ observer: observers) {observer.recept(this.temperature);}}public void setTemperature(float temperature) {this.temperature = temperature;notifyObservers();}}

观察者接口

//天气广播台public interface Observer_ {void recept(float temperature);}

具体观察者

public class WeatherDisplay implements Observer_{@Override    public void recept(float temperature) {System.out.println("当前温度："+temperature+"度");    }
}

客户端

public class Observer {public static void main(String[] args) {WeatherStation station = new WeatherStation();WeatherDisplay display = new WeatherDisplay();station.addObserver(display);station.setTemperature(25.5f);station.reduceObserver(display);station.setTemperature(30.0f); }}

输出结果

当前温度：25.5度

观察者模式的优缺点

优点：

1. 解耦性：
   观察者模式可以将主题对象与观察者对象之间的依赖关系解耦，使它们可以独立变化，不会相互影响。
2. 灵活性和可扩展性：
   由于主题和观察者之间的关系是松耦合的，可以轻松添加新的观察者或修改现有的观察者，而不需要修改主题。
3. 一对多通信：
   观察者模式允许一个主题同时通知多个观察者，这在实现发布/订阅模型、事件处理和消息传递等场景中非常有用。
4. 可维护性：
   观察者模式使系统中的各个部分更容易理解和维护，因为它将复杂的交互逻辑分解为独立的观察者对象。
5. 支持动态添加和移除观察者：
   可以动态地注册和注销观察者，使系统更加灵活。

缺点：

1. 内存泄漏：
   如果观察者没有正确注销，它们仍然会保留对主题的引用，可能导致内存泄漏。
2. 不当使用带来复杂性：
   过多或不合理地使用观察者模式可能会导致系统复杂化，降低可维护性。因此，在设计时需要权衡使用。
3. 顺序问题：
   观察者模式中观察者的通知顺序是不确定的，这可能导致一些问题，特别是在观察者之间有相互依赖关系时。
4. 性能问题：
   当观察者数量庞大且通知频繁时，可能会影响性能。因此，在高性能要求的系统中需要谨慎使用。