Java行为型设计模式-观察者模式

1. 观察者模式简介

观察者模式（Observer Pattern）是行为型设计模式之一，它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主题对象。这个主题对象在状态发生变化时，会通知所有观察者对象，使它们能够自动更新自己。

在Java中，观察者模式通常通过java.util.Observable类和java.util.Observer接口实现，但是由于Observable类的方法都是同步的，可能会影响程序的灵活性和并发性，因此在Java 1.0版本之后，推荐使用Java.util.concurrent包下的BlockingQueue作为替代方案。

2. 观察者模式角色

在Java中，观察者模式通常涉及到以下几个角色：

 2.1 Subject（目标）

 目标是被观察的对象。它提供了添加、删除观察者的接口，并在自身内部状态改变时通知观察者。

2.2 Observer（观察者）

观察者接口定义了一个更新方法，当目标的状态发生改变时，观察者会接收到通知并调用这个方法。

2.3 ConcreteSubject（具体目标）

实现了Subject的具体类，包含有关状态的通知方法。

2.4 ConcreteObserver（具体观察者）

实现了Observer接口的具体类，包含一个更新方法，当收到通知时会执行这个方法。 

3. 观察者模式应用场景

观察者模式的应用场景非常广泛，主要包括‌：

‌3.1 发布-订阅系统‌

观察者模式是发布-订阅模式的核心。当发布者发布新消息或事件时，所有订阅者都会收到通知并执行相应的操作‌。

‌3.2 事件处理机制‌

观察者模式用于处理事件驱动的编程。事件触发时，事件源对象会通知事件处理程序（观察者），以执行相应的操作‌。

‌3.3 实时数据更新‌

在需要实时更新数据的应用中，观察者模式可以用于将数据源与数据消费者连接起来。当数据源的数据发生变化时，观察者可以自动获取最新的数据进行处理‌。

3.4 ‌库和框架‌

许多编程库和框架使用观察者模式来支持插件和扩展。开发人员可以编写自定义观察者以响应库或框架中的事件或回调‌。

‌3.5 消息队列系统‌

观察者模式可用于消息队列系统，其中生产者将消息发送到队列，而消费者作为观察者订阅队列以接收和处理消息‌。

3.6 ‌股票市场监测‌

股票市场应用程序可以使用观察者模式来监测股票价格变化，并将这些变化通知给投资者‌。

3.7 ‌游戏开发‌

在游戏中，观察者模式可用于处理各种事件，如玩家输入、碰撞检测、角色状态变化等‌。

3.8 ‌网络通信‌

在网络应用中，观察者模式可用于实现即时通信系统，其中用户之间的消息传递可以通过观察者模式来实现‌。

3.9 MVC架构设计

其中模型（Model）可以对应观察者模式中的观察目标，而视图（View）对应于观察者，控制器（Controller）则是中介者模式的应用场景之一‌。

4. 观察者模式优缺点

观察者模式在设计和实现对象间的动态一对多关系时非常有用，有诸多优点，尤其是在需要避免紧耦合的场景中。然而，使用时需要注意上述优缺点，以确保系统的稳定性和效率‌。

4.1 观察者模式的优点

1. ‌解耦‌：观察者模式允许被观察者（主题）和观察者之间建立一种抽象的耦合关系，而不是紧密的依赖关系。这意味着被观察者不需要知道具体的观察者是谁，只需要知道它们都符合一个共同的接口。这种解耦使得被观察者和观察者可以独立变化，互不影响‌。
2. ‌灵活性‌：基于接口的设计使得观察者模式具有很高的灵活性。可以灵活地添加新的观察者或改变观察者的行为，而不需要修改被观察者的代码。这种灵活性为程序提供了更大的设计空间‌。
3. ‌维护一致性‌：通过建立松散的依赖关系，观察者模式有助于维护系统的一致性。当被观察者的状态发生变化时，所有依赖于此状态的观察者都会得到通知并进行更新，从而保持系统的一致性‌。

4.2 观察者模式缺点

1. ‌过多的通知‌：当被观察者对象有很多直接和间接的观察者时，每次状态变化都需要通知所有观察者，这可能会花费很多时间，尤其是在有大量观察者的情况下，可能会影响程序的执行效率‌。
2. ‌循环依赖问题‌：如果观察者和被观察者之间存在循环依赖，可能会导致系统崩溃。在使用观察者模式时，需要特别注意这一点，以避免出现循环调用的情况‌。
3. ‌开发调试复杂‌：应用观察者模式时，需要考虑开发小路问题，包括被观察者和多个观察者的管理和调试，这可能会增加开发的复杂性‌。
4. ‌没有提供变化细节‌：观察者模式只能让观察者知道被观察对象的变化，但不能提供关于变化的具体细节，这意味着观察者只能知道发生了变化，但不知道是如何变化的‌。

5. 观察者模式代码示例

        

以下是一个简单的观察者模式的实现：

// 观察者接口
interface Observer {
    void update(float temp, float humidity, float pressure);
}
 
// 目标接口
interface Subject {
    void registerObserver(Observer o);
    void removeObserver(Observer o);
    void notifyObservers();
}
 
// 具体目标类
class WeatherData implements Subject {
    private ArrayList<Observer> observers;
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;
 
    public WeatherData() {
        observers = new ArrayList<>();
    }
 
    @Override
    public void registerObserver(Observer o) {
        observers.add(o);
    }
 
    @Override
    public void removeObserver(Observer o) {
        int i = observers.indexOf(o);
        if (i >= 0) {
            observers.remove(i);
        }
    }
 
    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(temperature, humidity, pressure);
        }
    }
 
    // 当获取到新的测量数据时，通知观察者
    public void measurementsChanged() {
        notifyObservers();
    }
 
    public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        measurementsChanged();
    }
}
 
// 具体观察者类
class CurrentConditionsDisplay implements Observer {
    private float temperature;
    private float humidity;
 
    @Override
    public void update(float temp, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temp;
        this.humidity = humidity;
        display();
    }
 
    public void display() {
        System.out.println("Current conditions: " + temperature + "F degrees and " + humidity + "% humidity");
    }
}
 
// 使用观察者模式的示例
public class WeatherStation {
    public static void main(String[] args) {
        WeatherData weatherData = new WeatherData();
 
        CurrentConditionsDisplay currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay();
        weatherData.registerObserver(currentDisplay);
 
        // 当气象测量更新时，观察者会接收到通知
        weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);
    }
}

在这个例子中，WeatherData类实现了Subject接口，负责存储气象数据，并在数据更新时通知观察者。CurrentConditionsDisplay类实现了Observer接口，用于显示当前的气象状况。当WeatherData的气象数据更新时，它会调用measurementsChanged()方法，通知所有注册的观察者。观察者接收到通知后，会调用它们的update方法来更新自身状态。

6. 总结

综上，观察者模式是软件设计模式中的一种，在此种模式中，一个目标对象管理所有依赖于其的观察者对象，并且当自身的状态改变时，会通知观察者对象，使它们能够自动更新。