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java23种设计模式-观察者模式

article 2025/3/5 1:15:37

观察者模式（Observer Pattern）学习笔记

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1. 模式定义

行为型设计模式，定义对象间的一种一对多依赖关系，当一个对象状态发生改变时，所有依赖它的对象都会得到通知并自动更新。又称为发布-订阅模式。

2. 适用场景

✅ 需要实现事件触发机制
✅ 存在多个对象依赖一个对象状态的场景
✅ 需要实现广播通信机制
✅ 需要解耦观察者与被观察者
✅ 需要动态增减观察者对象

3. 模式结构

4. 核心角色

角色	说明
Subject	抽象主题（被观察者），定义注册、删除、通知观察者的接口
ConcreteSubject	具体主题，维护观察者列表，状态改变时通知所有观察者
Observer	抽象观察者，定义更新接口
ConcreteObserver	具体观察者，实现更新逻辑

5. 代码示例

5.1 气象站监控示例

// 抽象主题
interface WeatherSubject {
    void registerObserver(WeatherObserver o);
    void removeObserver(WeatherObserver o);
    void notifyObservers();
}

// 具体主题
class WeatherStation implements WeatherSubject {
    private List<WeatherObserver> observers = new ArrayList<>();
    private float temperature;
    private float humidity;
    
    public void setMeasurements(float temp, float humidity) {
        this.temperature = temp;
        this.humidity = humidity;
        notifyObservers();
    }
    
    public void registerObserver(WeatherObserver o) {
        observers.add(o);
    }
    
    public void removeObserver(WeatherObserver o) {
        observers.remove(o);
    }
    
    public void notifyObservers() {
        for (WeatherObserver o : observers) {
            o.update(temperature, humidity);
        }
    }
}

// 抽象观察者
interface WeatherObserver {
    void update(float temp, float humidity);
}

// 具体观察者
class CurrentConditionsDisplay implements WeatherObserver {
    public void update(float temp, float humidity) {
        System.out.printf("当前天气状况：温度%.1f℃ 湿度%.1f%%\n", temp, humidity);
    }
}

class StatisticsDisplay implements WeatherObserver {
    public void update(float temp, float humidity) {
        // 实现统计逻辑
        System.out.println("更新统计数据显示...");
    }
}

// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        WeatherStation station = new WeatherStation();
        WeatherObserver currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay();
        WeatherObserver statisticsDisplay = new StatisticsDisplay();
        
        station.registerObserver(currentDisplay);
        station.registerObserver(statisticsDisplay);
        
        station.setMeasurements(25.5f, 65.0f);
        /* 输出：
           当前天气状况：温度25.5℃ 湿度65.0%
           更新统计数据显示... */
    }
}

6. 模式变种

6.1 推拉模型对比

模型类型	数据传递方式	特点
推	主题主动发送完整数据给观察者	观察者被动接收，可能收到不需要的数据
拉	观察者主动从主题获取所需数据	需要时获取，减少不必要数据传输

// 拉模型实现示例
interface PullObserver {
    void update(WeatherSubject subject);
}

class PullWeatherDisplay implements PullObserver {
    public void update(WeatherSubject subject) {
        if (subject instanceof WeatherStation) {
            WeatherStation ws = (WeatherStation)subject;
            System.out.println("温度：" + ws.getTemperature());
        }
    }
}

7. 优缺点分析

✔️ 优点：

实现松耦合
支持动态添加/删除观察者
符合开闭原则
支持广播通信

❌ 缺点：

通知顺序不可控
观察者过多时影响性能
循环依赖可能导致系统崩溃
观察者可能收到不相关通知

8. 相关模式对比

模式	目的	关键区别
发布-订阅模式	消息通知机制	通过消息代理解耦，支持更复杂路由
中介者模式	对象间交互	集中控制通信，观察者模式是分布式通知
责任链模式	请求传递	观察者模式是单向通知机制

9. 实际应用案例

Java Swing的事件监听机制（ActionListener）
Spring框架的ApplicationEvent和ApplicationListener
Android的BroadcastReceiver
JavaBeans的PropertyChangeListener
Reactor编程模型
Vue.js的响应式系统
Kafka消息队列

10. 最佳实践建议

使用Java内置实现：

// Java 9之前可用（已过时）
import java.util.Observable;
import java.util.Observer;

// Java 9+推荐使用PropertyChangeSupport
import java.beans.PropertyChangeListener;
import java.beans.PropertyChangeSupport;

防止内存泄漏：

// 及时移除观察者
subject.addObserver(observer);
// ...
subject.deleteObserver(observer);

异步通知优化：

// 使用线程池异步通知
ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
public void notifyObservers() {
    for (Observer o : observers) {
        executor.submit(() -> o.update(data));
    }
}

使用弱引用（WeakReference）：

// 防止观察者无法被垃圾回收
List<WeakReference<Observer>> weakObservers = new ArrayList<>();

public void registerObserver(Observer o) {
    weakObservers.add(new WeakReference<>(o));
}

事件过滤机制：

// 添加事件类型过滤
interface EventObserver {
    void update(EventType type, Object data);
}

enum EventType { TEMP_CHANGE, HUMIDITY_CHANGE }

11. 扩展应用（Spring事件机制）

// 自定义事件
public class OrderCreatedEvent extends ApplicationEvent {
    private Order order;
    public OrderCreatedEvent(Object source, Order order) {
        super(source);
        this.order = order;
    }
    // getter...
}

// 事件发布者
@Service
class OrderService {
    @Autowired
    private ApplicationEventPublisher publisher;
    
    public void createOrder(Order order) {
        // 创建订单逻辑...
        publisher.publishEvent(new OrderCreatedEvent(this, order));
    }
}

// 事件监听者
@Component
class NotificationService {
    @EventListener
    public void handleOrderCreated(OrderCreatedEvent event) {
        // 发送通知逻辑...
    }
}