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3、观察者设计模式

bugcode大约 8 分钟DESIGN PATTERNJAVA设计模式后端java模板

观察者设计模式

观察者模式定义

观察者模式是对象的行为模式，又叫发布-订阅（Publish/Subscribe）模式、模型-视图（Model/View）模式、源-监听器（Source/Listener）模式或从属者（Dependents）模式。

观察者模式定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者同时监听某一个主题对象。这个主题对象在状态上发生变化时，会通知所有观察者对象，使它们能够自动更新自己。

观察者可以有多个，但是主题只有一个；

例如当我们在购物网站购物关注某一个商品后，如果商品降价，系统聚会自动给消费者发送消息，我们分析一下购物场景在观察者模式中的实例关系:

  • 主题对象：主题对象就是我们关注的商品，商品即主题；
  • 观察者：用户就是观察者；
  • 观察者注册：用户点击关注后，系统代理用户进行自动关注，即用户可以看作观察者；
  • 通知触发条件：当商品降价后，触发通知机制；

观察者模式类图

接下来看下观察者模式中的角色组成：

  1. 抽象主题（Subject）角色：抽象主题角色把所有对观察者对象的引用保存在一个聚集（比如ArrayList对象）里，每个主题都可以有任何数量的观察者。抽象主题提供一个接口，可以增加和删除观察者对象，抽象主题对象又叫做抽象被观察者（Observable）角色。
  2. 具体主题（Subject）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改变时，给所有登记过的观察者发出通知。具体主题角色又叫做具体被观察者（Concrete Observable）角色。
  3. 抽象观察者（Observer）角色：为所有的具体观察者定义一个接口，在得到主题的通知时更新自己，这个接口叫做更新接口。
  4. 具体观察者（ConcreteObserver）角色：存储与主题的状态自洽的状态。具体观察者角色实现抽象观察者角色所要求的的更新接口，以便使本身的状态与主题的状态相协调。如果需要，具体观察者角色可以保持一个指向具体主题对象的引用。

管擦和这模式工作流程

整体上看，观察者模式的工作流程分为以下几个步骤:

  1. 注册观察者：观察者通过调用主题的注册方法（如 add()）将自己注册到主题中。
  2. 状态改变：主题的状态或数据发生变化（例如，属性值改变）。
  3. 通知观察者：主题执行通知方法（如 notify()），遍历所有注册的观察者。调用每个观察者的更新方法（如 update()），并传递必要的数据。
  4. 观察者更新：观察者接收到通知后，根据主题的当前状态进行相应的处理（如更新自己的状态或执行操作）。

Java实现观察者模式

主题接口实现

public interface Subject {

    void registerObserver(Observer observer);
    void removeObserver(Observer observer);
    void notifyObservers();

}

主题是一个接口，主要用来定义观察者的注册，移除，通知等方法，此接口中通常定义一些顶级方法，不易将此接口扩展的太大；

  • registerObserver：观察者用来实现注册功能
  • removeObserver：从主题中删除观察者功能，删除后观察者不在接收通知;
  • notifyObservers:通知所有观察者方法，当主题内容变化后，触发此方法通知所有观察者;

具体主题实现

public class ConcreteSubject implements  Subject{

    private List<Observer> observers = new ArrayList<>();
    private String message;


    /**
     * 注册一个观察者
     * @author yourname
     * @date 12:24 2024/12/23
     * @param observer
     **/
    @Override
    public void registerObserver(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    /**
     * 移除一个观察者
     * @author yourname
     * @date 12:28 2024/12/23
     * @param observer
     **/
    @Override
    public void removeObserver(Observer observer) {
        observers.remove(observer);
    }

    /**
     * 通知所有观察者
     * @author yourname
     * @date 12:28 2024/12/23
     **/
    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(message);
        }
    }

    /**
     * 如果更新主题数据 就通知所有观察者
     * @author yourname
     * @date 12:38 2024/12/23
     * @param message
     **/
    public void setMessage(String message) {
        this.message = message;
        notifyObservers();
    }
}

具体主题实现主题接口，并且实现其接口中的方法，当有观察者加入到主题当中时，通过调用具体的主题实现方法加入主题;

message:主题中保存数据，当此内容更新后会触发通知所有观察者；

observers：注册的观察者列表;

观察者接口实现

public interface Observer {

    void update(String message);

}

观察者接口也是一个顶级接口，定义当具体的观察者收到通知后做出的动作；

具体观察者实现

public class ConcreteObserver implements Observer{

    private String name ;

    public ConcreteObserver(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void update(String message) {

        System.out.println(name + " received message: " + message);
    }
}

具体观察者实现观察者接口，当观察者收到通知后，就触发动作调用;

客户端测试

@Slf4j
public class Observer_test_API {

    public static void main(String[] args) {

        /*创建一个主题*/
        ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();

        /*创建观察者*/
        ConcreteObserver observer1 = new ConcreteObserver("observer1");
        ConcreteObserver observer2 = new ConcreteObserver("observer2");

        /*注册观察者*/
        subject.registerObserver(observer1);
        subject.registerObserver(observer2);


        /*主题进行数据更新*/
        subject.setMessage("update subject data");
        subject.setMessage("update subject data2");


    }
}

客户端创建一个主题，然后主题中加入两个观察者，当客户端的内容被更新后，就触发调用观察者通知，观察者收到通知后调用自己的update方法;

观察者模式适用场景

观察者模式适用于一种关联行为的触发场景，建立一种消息触发通知模型，消费者订阅的主题内容发生变化后，通知所有消费者；必为微信公众号订阅通知机制，购物网站的通知机制；

优缺点

优点

  1. 松耦合：观察者模式实现了对象之间的松耦合，观察者和主题之间并不需要明确的依赖关系，只通过接口来交互。这使得系统更具扩展性。并且 观察者 和 被观察者 之间 , 建立了一个 抽象的 耦合 ; 由于 耦合 是抽象的 , 可以很容易 扩展 观察者 和 被观察者 ;
  2. 动态交互：可以在运行时添加或移除观察者，灵活性强。这对于需要动态调整的程序非常有用。
  3. 多种订阅方式：不同的观察者可以对同一主题订阅不同的条件，以应对复杂的业务逻辑。
  4. 广播通信 : 观察者模式 支持 广播通信 , 类似于消息广播 , 如果需要接收消息 , 只需要注册一下即可 ;

缺点

  1. 通知机制开销：在主题状态改变时，需要通知所有观察者，这可能导致性能问题，尤其是在观察者数量较多时，每次通知观察者需要耗费很长时间；
  2. 观察者管理复杂：观察者的管理可能会变得复杂，特别是在大量观察者需要注销的情况下，需要确保所有观察者的状态一致性。
  3. 隐式依赖：虽然观察者模式松耦合，但是观察者和主题之间仍然存在隐式依赖关系，可能导致在系统分析和维护时的复杂性增加。
  4. 循环调用 : 避免 循环调用 , 观察者 与 被观察者 之间 绝对不允许循环依赖 , 否则会触发 二者 之间的循环调用 , 导致系统崩溃 ;

jdk中的观察者模式

JDK 中提供了观察者模式的支持 ;

  • 被观察者 : 被观察者 继承 Observable 类 ;

  • 观察者 : 观察者 实现 Observer 接口 ;

  • 关联 观察者 与 被观察者 : 调用 被观察者 的 addObserver 方法 , 关联二者 ;

  • 触发通知 : 被观察者 数据改变时 , 调用 setChanged 和 notifyObservers 方法 , 会自动回调 观察者的 update 方法 ;

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