03-JAVA设计模式-观察者模式

观察者模式

什么是观察者模式

Java中的观察者模式是一种常见的设计模式，它允许对象（观察者）订阅另一个对象（被观察者）的状态变化，并在状态变化时自动得到通知。

核心：
观察者模式主要用于1：N的通知。当一个对象（目标对象）的状态发生变化时，它需要及时告知一系列对象（观察者对象）令他们做出响应。

通知观察者的方式：

• 推：
  • 每次都会把通知以广播的方式发送给所有观察者，所有观察者只能被动接收。
• 拉：
  • 观察者只要知道有情况即可。至于什么时候获取内容，获取什么内容都可以自主决定。

优点：

• 解耦：观察者模式降低了对象之间的耦合度，使得它们可以独立地改变和复用。
• 扩展性：新的观察者可以很容易地加入到现有系统中，而无需修改其他部分的代码。
• 灵活性：观察者模式允许在运行时动态地改变观察者和被观察者的关系。

缺点：

• 开发和调试复杂：由于系统中存在多个观察者和被观察者，开发和调试可能会变得相对复杂。
• 性能问题：如果观察者数量庞大，或者被观察者状态改变频繁，可能会导致性能下降。
• 消息通知顺序：在Java中，消息的通知一般是顺序执行的，一个观察者卡顿可能会影响整体的执行效率。

常见场景：

• 图形用户界面（GUI）开发：在GUI应用程序中，当用户与界面进行交互（例如点击按钮或拖动滑块）时，界面的某些部分可能需要更新以反映这些变化。观察者模式允许这些部分（观察者）自动响应这些事件，而无需手动调用更新方法。
• 游戏开发：在游戏中，玩家和NPC的行为，如移动、攻击、受伤等，都可能触发一系列事件。观察者模式可以用来注册和通知这些事件的监听器，以便游戏逻辑能够实时响应并更新游戏状态。
• 消息传递系统：在分布式系统或微服务架构中，组件之间需要传递消息以实现通信和协作。观察者模式允许一个组件（被观察者）在产生消息时通知所有订阅了该消息的组件（观察者），从而实现高效的消息传递。
• 实时数据监控：在需要实时跟踪和响应数据变化的场景中，如股票价格监控、传感器数据读取等，观察者模式可以帮助实现当数据变化时自动触发相应的处理逻辑。
• 状态管理：当应用程序中某个对象的状态发生变化，并且需要通知其他对象进行相应的处理时，可以使用观察者模式。例如，一个订单状态的改变可能需要通知库存系统、支付系统等多个系统进行相应的操作。

案例1

推方式实现，以广播方式发送消息所有观察者

UML

实现步骤：

• 创建观察者接口，定义通过被观察者更新状态接口
• 创建被观察者，被观察者持有所有观察者的引用，提供注册、移除、通知所有观察者的方法，定义状态属性，提供get/set方法set方法中默认通知所有观察者

实现代码

Observer.java

// 观察者接口
public interface Observer {
    void update(Subject subject);
}
1
2
3
4

Subject.java

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 被观察者
public class Subject {
    // 定义存储观察者的集合
    private List<Observer> observerList = new ArrayList<Observer>();
    // 定义状态属性
    private String state;

    // 注册观察者
    public void registerObserver(Observer observer){
        observerList.add(observer);
    }

    // 移除观察者
    public void removeObserver(Observer observer){
        observerList.remove(observer);
    }

    // 通知所有观察者
    public void notifyObservers(){
        for(Observer observer : observerList){
            observer.update(this);
        }
    }

    public String getState() {
        return state;
    }

    public void setState(String state) {
        this.state = state;
        notifyObservers();
    }
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37

ObserverA.java

// 观察者A
public class ObserverA implements Observer{
    @Override
    public void update(Subject subject) {
        System.out.printf("观察者A接收到消息-state：%s%n",subject.getState());
    }
}

1
2
3
4
5
6
7
8

ObserverB.java

// 观察者B
public class ObserverB implements Observer{
    @Override
    public void update(Subject subject) {
        System.out.printf("观察者B接收到消息-state：%s%n",subject.getState());
    }
}
1
2
3
4
5
6
7

TestClient.java

public class TestClient {
    public static void main(String[] args) {
        Subject subject = new Subject();
        subject.registerObserver(new ObserverA());
        subject.registerObserver(new ObserverB());
        subject.setState("START");
    }
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9

执行结果：

案例2

使用java.util提供的Observable,Observer类实现案例1。

该方式已在1.9版本中移除，不再推荐使用

实现代码

ConcreteSubject.java

import java.util.Observable;

// 目标对象
public class ConcreteSubject extends Observable {

    private String state;

    public void setState(String state) {
        this.state = state;
        // 表示目标对象已被改变
        setChanged();
        // 通知所有观察者
        notifyObservers();
    }

    public String getState() {
        return state;
    }
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

ObserverA.java

import java.util.Observable;
import java.util.Observer;

/**
 * 观察者A
 *
 * @author Anna.
 * @date 2024/4/25 16:15
 */
public class ObserverA implements Observer {
    @Override
    public void update(Observable o, Object arg) {
        System.out.printf("观察者A接收到消息-state：%s%n", ((ConcreteSubject) o).getState());
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

ObserverB.java

import java.util.Observable;
import java.util.Observer;

// 观察者B
public class ObserverB implements Observer {
    @Override
    public void update(Observable o, Object arg) {
        System.out.printf("观察者B接收到消息-state：%s%n", ((ConcreteSubject) o).getState());
    }
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

TestClient.java

public class TestClient {
    public static void main(String[] args) {
        ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();
        subject.addObserver(new ObserverA());
        subject.addObserver(new ObserverB());

        subject.setState("STOP");
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9

执行结果：

案例3

通过拉方式，实现观察者主动拉取被观察者当前状态

UML

实现步骤：

• 创建被观察者Subject，定义状态属性并提供get/set方法
• 定义观察者接口类，提供拉取状态接口
• 创建具体的观察者，实现观察者接口，通过持有被观察者的引用，主动拉取被观察者当前状态

实现代码

Subject.java

// 被观察者
public class Subject {
    // 定义当前状态
    private String state;
    public String getState() {
        return state;
    }
    public void setState(String state) {
        this.state = state;
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Observer.java

// 观察者接口
public interface Observer {
    // 定义拉取信息的接口
    void update();
}

1
2
3
4
5
6

ConcreteObserver.java

// 观察者具体实现
public class ConcreteObserver implements Observer {
    // 定义被观察者，持有被观察者的引用
    private Subject subject;
    public ConcreteObserver(Subject subject) {
        this.subject = subject;
    }
    @Override
    public void update() {
        System.out.printf("观察者主动拉取状态-state:%s%n ", subject.getState());
    }
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

TestClient.java

public class TestClient {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建被观察者
        Subject subject = new Subject();
        // 创建观察者
        ConcreteObserver observer = new ConcreteObserver(subject);
        // 修改状态
        subject.setState("RUN");
        // 观察者主动拉取
        observer.update();
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

执行结果：

gitee源码

git clone https://gitee.com/dchh/JavaStudyWorkSpaces.git