初識設計模式 - 觀察者模式

簡介

觀察者設計模式（Observer Design Pattern）的別名有很多，如發佈 - 訂閱（Publish/Subscribe）模式、模型 - 視圖（Model/View）模式、源 - 監聽（Source/Listener）模式或從屬者（Dependents）模式。

無論是何種名稱，其意圖都是在對象之間定義一個一對多的依賴，當一個對象狀態改變的時候，所有依賴的對象都會自動收到通知。

其主要解決了一個對象狀態改變之後給其他對象通知的問題，而且考慮到易用性和低耦合，保證高度的協作性。

典型實現

在發佈 - 訂閱模式當中，觀察者就是訂閱者，一般是需要定義一個抽象的觀察者介面，其代碼示例如下：

public interface Observer {  
    void update();  
}

具體的觀察者類也很簡單，只需要簡單實現介面即可，其代碼示例如下：

public class ConcreteObserver implements Observer {
    // 實現響應方法
    public void update() {
        // 具體響應代碼
    }
}

定義完訂閱者，其次就是發佈者，通常是將之定義為一個抽象的目標類，其代碼示例如下：

public abstract class Subject {
    // 定義一個觀察者集合存儲所有觀察者對象
    protected List<Observer> observers = new ArrayList<>();

    // 註冊方法，用於向觀察者集合增加一個觀察者
    public void attach(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    // 註銷方法，用於向觀察者集合刪除一個觀察者
    public void detach(Observer observer) {
        observers.remove(observer);
    }

    // 聲明抽象的通知方法，需要由子類具體實現
    abstract void notifyObservers();
}

根據不同的場景定義不一樣的具體目標類，如下是一種代碼示例：

public class ConcreteSubject extends Subject {
    // 實現具體的通知方法
    @Override
    public void notifyObservers() {
        // 遍歷觀察者集合，調用每一個觀察者的響應方法
        for (Observer ob : observers) {
            ob.update();
        }
    }
}

總結

優點

觀察者模式的主要優點如下：

• 觀察者模式可以實現表示層和數據邏輯層的分離
• 觀察者模式在觀察目標和觀察者之間建立了一個抽象的耦合
• 觀察者模式支持廣播通信，簡化了一對多系統設計的難度
• 增加新的具體觀察者無需修改原有代碼，符合開閉原則

缺點

觀察者模式的主要缺點如下：

• 如果目標對象的觀察者有很多，將所有的觀察者都通知到會非常耗時
• 如果目標對象和觀察者存在迴圈依賴，觀察目標會觸發它們之間進行迴圈調用，最終導致系統崩潰

適用場景

觀察者模式的適用場景如下：

• 將具有依賴關係的兩種抽象模型獨立出來，使它們可以獨立地改變和復用
• 一個對象的改變將導致一個或多個其他對象也發生改變，但並不知道具體有多少對象將發生改變，也不知道這些對象是誰
• 可以使用觀察者模式創建一種鏈式觸發機制

源碼

在 JDK 的 java.util 包中，提供了 Observer 介面和 Observable 類，它們構成了 JDK 對觀察者模式的支持。

如下是 Observer 介面的源碼：

@Deprecated(since = "9")
public interface Observer {
    void update(Observable o, Object arg);
}

如下是 Observable 類的部分源碼：

@Deprecated(since = "9")
public class Observable {
    private boolean changed = false;
    private Vector<Observer> obs;

    public Observable() {
        obs = new Vector<>();
    }

    // 註冊觀察者，線程安全
    public synchronized void addObserver(Observer o) {
        if (o == null)
            throw new NullPointerException();
        // 註冊時去重
        if (!obs.contains(o)) {
            obs.addElement(o);
        }
    }

    // 註銷觀察者，線程安全
    public synchronized void deleteObserver(Observer o) {
        obs.removeElement(o);
    }

    // 通知觀察者，無參數模式
    public void notifyObservers() {
        notifyObservers(null);
    }

    // 通知觀察者，帶參數模式
    public void notifyObservers(Object arg) {
        // 保存觀察者的狀態，備忘錄模式的簡單應用
        Object[] arrLocal;

        // 獲取觀察者時候鎖住
        synchronized (this) {
            if (!changed)
                return;
            arrLocal = obs.toArray();
            clearChanged();
        }

        // 逐一調用觀察者的處理方法
        for (int i = arrLocal.length - 1; i >= 0; i--)
            ((Observer) arrLocal[i]).update(this, arg);
    }

    public synchronized void deleteObservers() {
        obs.removeAllElements();
    }

    protected synchronized void setChanged() {
        changed = true;
    }

    protected synchronized void clearChanged() {
        changed = false;
    }

    public synchronized boolean hasChanged() {
        return changed;
    }

    public synchronized int countObservers() {
        return obs.size();
    }
}

需要註意的是，在 JDK 9 之後已經不推薦使用 Observer 介面和 Observable 類。

首發於翔仔的個人博客，點擊查看更多。