十四、行为型（观察者模式）

观察者模式（Observer Pattern）

概念
观察者模式（Observer Pattern）是一种行为型设计模式，它定义了对象间的一对多依赖关系，当被观察的对象（主题）状态发生改变时，所有依赖它的对象（观察者）都会收到通知并自动更新。观察者模式广泛用于事件处理系统中。

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应用场景

1. 事件驱动的系统：在GUI应用程序中，当用户触发某些事件（如按钮点击、窗口关闭等），界面上多个组件可能需要做出响应。观察者模式在此时尤为合适，可以将事件源（Subject）和处理程序（Observer）解耦。

2. 数据变化的广播机制：当数据发生变化时，多个依赖此数据的组件或模块需要更新。例如，在股市行情系统中，当股票价格更新时，所有订阅该股票的观察者都会收到通知。

3. 发布/订阅系统：当一个对象（发布者）需要通知多个对象（订阅者）时，观察者模式可以动态注册和通知这些订阅者，从而实现发布/订阅的机制。

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注意点

• 性能问题：如果观察者较多或者通知非常频繁，可能会影响性能，因此需要注意观察者模式的使用场景，避免不必要的通知开销。
• 内存泄漏：要避免忘记移除不再需要的观察者，尤其是在对象生命周期较短的情况下，可能会导致内存泄漏问题。
• 通知顺序：多个观察者同时监听同一主题时，可能需要考虑通知的顺序问题。

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核心要素

1. Subject（主题/被观察者）：维护观察者列表，负责添加、移除和通知观察者。
2. Observer（观察者）：定义一个更新接口，用于接收主题状态的变更通知。
3. ConcreteSubject（具体主题）：具体的主题对象，状态发生变化时通知所有的观察者。
4. ConcreteObserver（具体观察者）：具体的观察者对象，实现更新接口并根据通知做出相应动作。

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Java代码完整示例

代码示例：简单观察者模式

// 观察者接口
interface Observer {void update(String message);
}// 具体观察者A
class ConcreteObserverA implements Observer {private String name;public ConcreteObserverA(String name) {this.name = name;}@Overridepublic void update(String message) {System.out.println(name + " 收到通知: " + message);}
}// 具体观察者B
class ConcreteObserverB implements Observer {private String name;public ConcreteObserverB(String name) {this.name = name;}@Overridepublic void update(String message) {System.out.println(name + " 收到通知: " + message);}
}// 被观察者接口
interface Subject {void registerObserver(Observer observer);void removeObserver(Observer observer);void notifyObservers(String message);
}// 具体主题
class ConcreteSubject implements Subject {private List<Observer> observers = new ArrayList<>();@Overridepublic void registerObserver(Observer observer) {observers.add(observer);}@Overridepublic void removeObserver(Observer observer) {observers.remove(observer);}@Overridepublic void notifyObservers(String message) {for (Observer observer : observers) {observer.update(message);}}
}// 客户端代码
public class ObserverPatternDemo {public static void main(String[] args) {ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();Observer observer1 = new ConcreteObserverA("观察者1");Observer observer2 = new ConcreteObserverB("观察者2");subject.registerObserver(observer1);subject.registerObserver(observer2);// 通知所有观察者subject.notifyObservers("主题状态发生变化");// 移除观察者1，之后再次通知subject.removeObserver(observer1);subject.notifyObservers("第二次状态变化");}
}

输出结果：

观察者1 收到通知: 主题状态发生变化
观察者2 收到通知: 主题状态发生变化
观察者2 收到通知: 第二次状态变化

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各种变形用法完整示例

1. 推模式 vs 拉模式

   • 推模式（Push）：主题对象主动将变更的数据推送给所有观察者，观察者不需要主动请求数据。
   • 拉模式（Pull）：观察者主动从主题对象拉取所需的数据，主题只通知有更新，但不提供具体数据。

   推模式示例（之前的代码已为推模式）：

   // notifyObservers()方法中直接将消息推送给观察者
   subject.notifyObservers("推送的数据");
   

   拉模式示例：

   // 观察者接口
   interface Observer {void update(Subject subject);
   }// 具体观察者
   class ConcreteObserver implements Observer {private String name;public ConcreteObserver(String name) {this.name = name;}@Overridepublic void update(Subject subject) {// 主动拉取数据if (subject instanceof ConcreteSubject) {ConcreteSubject concreteSubject = (ConcreteSubject) subject;System.out.println(name + " 拉取到数据: " + concreteSubject.getState());}}
   }// 具体主题
   class ConcreteSubject implements Subject {private List<Observer> observers = new ArrayList<>();private String state;public String getState() {return state;}public void setState(String state) {this.state = state;notifyObservers();}@Overridepublic void registerObserver(Observer observer) {observers.add(observer);}@Overridepublic void removeObserver(Observer observer) {observers.remove(observer);}@Overridepublic void notifyObservers() {for (Observer observer : observers) {observer.update(this);  // 仅通知更新，不推送数据}}
   }// 客户端代码
   public class ObserverPatternPullDemo {public static void main(String[] args) {ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();Observer observer = new ConcreteObserver("观察者");subject.registerObserver(observer);subject.setState("新的状态");}
   }
   

   输出结果：

   观察者 拉取到数据: 新的状态
   

2. Java内置的观察者模式实现
   Java标准库提供了java.util.Observer和java.util.Observable类，尽管它们现在被认为是过时的，但仍可以用来实现观察者模式。

   代码示例：

   import java.util.Observable;
   import java.util.Observer;// 具体主题类，继承Observable
   class ConcreteSubject extends Observable {private String state;public String getState() {return state;}public void setState(String state) {this.state = state;setChanged();  // 标记状态已经改变notifyObservers(state);  // 推送通知给所有观察者}
   }// 具体观察者类，继承Observer接口
   class ConcreteObserver implements Observer {private String name;public ConcreteObserver(String name) {this.name = name;}@Overridepublic void update(Observable o, Object arg) {System.out.println(name + " 收到更新: " + arg);}
   }public class ObserverPatternBuiltInDemo {public static void main(String[] args) {ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();ConcreteObserver observer1 = new ConcreteObserver("观察者1");ConcreteObserver observer2 = new ConcreteObserver("观察者2");subject.addObserver(observer1);subject.addObserver(observer2);subject.setState("主题状态已更改");}
   }
   

   输出结果：

   观察者1 收到更新: 主题状态已更改
   观察者2 收到更新: 主题状态已更改
   

3. 异步观察者模式
   如果通知的处理较为耗时，可以将通知的操作异步化，防止阻塞主题的状态变化。

   代码示例（使用线程实现异步通知）：

   class AsyncObserver implements Observer {private String name;public AsyncObserver(String name) {this.name = name;}@Overridepublic void update(String message) {// 启动新线程进行异步处理new Thread(() -> {try {Thread.sleep(1000);  // 模拟耗时操作System.out.println(name + " 异步处理收到的通知: " + message);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}).start();}
   }public class AsyncObserverPatternDemo {public static void main(String[] args) {ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();Observer asyncObserver1 = new AsyncObserver("异步观察者1");Observer asyncObserver2 = new AsyncObserver("异步观察者2");subject.registerObserver(asyncObserver1);subject.registerObserver(asyncObserver2);subject.notifyObservers("异步通知消息");}
   }
   

   输出结果：

   异步观察者1 异步处理收到的通知: 异步通知消息
   异步观察者2 异步处理收到的通知: 异步通知消息
   

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通过观察者模式，系统可以轻松扩展观察者，且实现了低耦合、高可扩展性。不同的变形（推拉模式、异步处理等）还可以帮助优化性能和增强可扩展性。