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一、观察者模式
1、概念描述
观察者模式是对象的行为模式，又叫发布-订阅(Publish/Subscribe)模式。观察者模式定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象，主题对象在状态发生变化时，会通知所有观察者对象。Redis和常用消息中间件的发布订阅模式，都是基于该原理实现。
2、核心角色
- 抽象主题角色
抽象主题角色把所有对观察者对象的统一聚集管理，每个主题都可以有一个或多个观察者。抽象主题提供一个接口，可以增加和删除观察者对象，抽象主题角色又叫做抽象被观察者(Observable)角色。
- 具体主题角色
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角色。
- 抽象观察者角色
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。
- 具体观察者角色
具体观察者角色实现抽象观察者角色所要求的更新接口，以便使本身的状态与主题的状态协调同步。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。
3、源代码实现
- 基于消息推送模式
主题对象向观察者推送主题的消息，不管观察者是否需要。
/**
* 观察者设计模式
*/
public class C01_Observer {
public static void main(String[] args) {
// 创建主题对象
ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();
// 创建观察者对象
Observer observer1 = new ConcreteObserver("观察者A");
Observer observer2 = new ConcreteObserver("观察者B");
// 注册观察者
subject.attach(observer1);
subject.attach(observer2);
// 修改主题状态
subject.change("New State ！");
/**
* 主题状态:New State ！
*【观察者A】状态:New State ！
*【观察者B】状态:New State ！
*/
}
}
// 抽象主题角色
abstract class Subject {
// 保存注册的观察者对象
private List<Observer> list = new ArrayList<>();
/**
* 注册观察者对象
*/
public void attach (Observer observer){
list.add(observer);
System.out.println("注册一个观察者:"+observer.getClass().getName());
}
/**
* 删除观察者对象
*/
public void delete (Observer observer){
list.remove(observer);
System.out.println("删除一个观察者:"+observer);
}
/**
* 通知所有注册的观察者对象
*/
public void notifyObserver (String newState){
for (Observer observer : list) {
observer.update(newState);
}
}
}
// 具体主题角色
class ConcreteSubject extends Subject{
private String state ;
public String getState (){
return state ;
}
public void change (String newState){
state = newState;
System.out.println("主题状态:"+state);
//状态发生改变，通知各个观察者
this.notifyObserver(state);
}
}
// 抽象观察者角色
interface Observer {
/**
* 更新接口
*/
void update (String state);
}
// 具体观察者角色
class ConcreteObserver implements Observer{
private String name ;
// 观察者状态
private String observerState ;
public ConcreteObserver (String name){
this.name = name ;
}
/**
* 更新观察者的状态，使其与目标的状态保持一致
*/
@Override
public void update(String state) {
observerState = state ;
System.out.println("【"+this.name+"】状态:"+observerState);
}
}
- 基于消息拉取模式
主题对象在通知观察者的时候，传递少量信息。如果观察者需要该消息内容，由观察者主动到主题对象中获取，相当于是观察者从主题对象中拉数据。
该案例基于上述案例修改，观察者获取主题对象的消息话题，只有自己感兴趣的话题，才进一步获取内容。
public class C02_Observer_Pull {
public static void main(String[] args) {
// 创建主题对象
ConcreteSubject1 subject = new ConcreteSubject1();
// 创建观察者对象
Observer1 observer1 = new ConcreteObserver1("观察者A","JAVA");
Observer1 observer2 = new ConcreteObserver1("观察者B","MySQL");
// 注册观察者
subject.attach(observer1);
subject.attach(observer2);
/*
* 修改主题状态
* 主题状态：JAVA State ！
* 【观察者A】状态:JAVA State ！
* 主题状态：MySQL State ！
* 【观察者B】状态:MySQL State ！
*/
subject.change("JAVA State ！","JAVA");
subject.change("MySQL State ！","MySQL");
}
}
abstract class Subject1 {
// 保存注册的观察者对象
private List<Observer1> list = new ArrayList<>();
/**
* 注册观察者对象
*/
public void attach (Observer1 observer){
list.add(observer);
}
/**
* 删除观察者对象
*/
public void delete (Observer1 observer){
list.remove(observer);
System.out.println("删除一个观察者:"+observer);
}
/**
* 通知所有注册的观察者对象,传入消息的话题
*/
public void notifyObservers (String msgTopic){
for (Observer1 observer : list){
observer.update(this);
}
}
}
class ConcreteSubject1 extends Subject1 {
private String state ;
private String msgTopic ;
public String getState (){
return state ;
}
public String getMsgTopic (){
return msgTopic ;
}
public void change (String newState,String newMsgTopic){
this.state = newState ;
this.msgTopic = newMsgTopic ;
System.out.println("主题状态："+state);
this.notifyObservers(msgTopic);
}
}
interface Observer1 {
/**
* 更新接口
* @param subject 传入主题对象，方面获取相应的主题对象的状态
*/
void update(Subject1 subject);
}
class ConcreteObserver1 implements Observer1{
private String name ;
// 选择话题
private String msgTopic ;
// 观察者状态
private String observerState ;
public ConcreteObserver1 (String name,String msgTopic){
this.name = name ;
this.msgTopic = msgTopic ;
}
@Override
public void update(Subject1 subject) {
ConcreteSubject1 concreteSubject1 = (ConcreteSubject1)subject ;
// 只有指定话题才拉取消息
if (concreteSubject1.getMsgTopic().equals(msgTopic)){
observerState = concreteSubject1.getState();
System.out.println("【"+this.name+"】状态:"+observerState);
}
}
}
4、两种模式比较
推模式是假定主题对象知道观察者需要的数据，直接推送，使得观察者对象难以复用；而拉模式是主题对象不知道观察者具体需要什么数据，将把自身传递给观察者，按需要取值。
二、JDK中应用
JAVA语言的java.utill类库里面，提供了一个Observable类以及一个Observer接口，构成JAVA语言对观察者模式的支持。
1、Observer接口
这个接口只定义了一个方法，即update()方法，当被观察者对象的状态发生变化时，被观察者对象的notifyObservers()方法就会调用这一方法。
package java.util;
/**
* A class can implement the <code>Observer</code> interface when it
* wants to be informed of changes in observable objects.
*/
public interface Observer {
/**
* This method is called whenever the observed object is changed. An
* application calls an <tt>Observable</tt> object's
*/
void update(Observable o, Object arg);
}
2、Observable类
被观察者类都是java.util.Observable类的子类。java.util.Observable提供方法支持观察者对象。
- setChanged方法：观察者对象的状态发生了变化。
- notifyObservers：调用所有登记过的观察者对象的update()方法。
package java.util;
public class Observable {
private boolean changed = false;
private Vector obs;
/** Construct an Observable with zero Observers. */
public Observable() {
obs = new Vector();
}
/**将一个观察者添加到观察者聚集上面*/
public synchronized void addObserver(Observer o) {
if (o == null)
throw new NullPointerException();
if (!obs.contains(o)) {
obs.addElement(o);
}
}
/** 将一个观察者从观察者聚集上删除 */
public synchronized void deleteObserver(Observer o) {
obs.removeElement(o);
}
public void notifyObservers() {
notifyObservers(null);
}
/**
* 如果本对象有变化（那时hasChanged 方法会返回true）
* 调用本方法通知所有登记的观察者，即调用它们的update()方法
* 传入this和arg作为参数
*/
public void notifyObservers(Object arg) {
Object[] arrLocal;
synchronized (this) {
if (!changed)
return;
arrLocal = obs.toArray();
clearChanged();
}
for (int i = arrLocal.length-1; i>=0; i--)
((Observer)arrLocal[i]).update(this, arg);
}
/** 将观察者聚集清空 */
public synchronized void deleteObservers() {
obs.removeAllElements();
}
/** 将“已变化”设置为true */
protected synchronized void setChanged() {
changed = true;
}
/** 将“已变化”重置为false */
protected synchronized void clearChanged() {
changed = false;
}
public synchronized boolean hasChanged() {
return changed;
}
public synchronized int countObservers() {
return obs.size();
}
}
3、应用案例
public class C03_Observer_JDK {
public static void main(String[] args) {
//创建被观察者对象
MsgSource msgSource = new MsgSource();
//创建观察者对象，并将被观察者对象登记
MsgConsumer watcher = new MsgConsumer(msgSource);
msgSource.setData("Hello,Java");
msgSource.setData("Bye Java");
}
}
class MsgSource extends Observable {
private String data = "";
public String getData() {
return data;
}
public void setData(String data) {
if(!this.data.equals(data)){
this.data = data;
setChanged();
}
notifyObservers();
}
}
class MsgConsumer implements java.util.Observer {
// 添加观察者
public MsgConsumer(Observable msgSource){
msgSource.addObserver(this);
}
// 状态获取
@Override
public void update(Observable o, Object arg) {
System.out.println("消息内容：" + ((MsgSource)o).getData());
}
}
三、优缺点总结
观察者模式的主要的作用是对象解耦，将观察者和被观察者隔离。
程序中包括多个被观察者和多个被观察者，开发和调试比较复杂，而且Java中的消息的通知默认是顺序执行的，一个观察者的执行阻塞会影响整体的执行效率。
四、源代码地址
GitHub·地址
https://github.com/cicadasmile/model-arithmetic-parent
GitEE·地址
https://gitee.com/cicadasmile/model-arithmetic-parent
