Java設(shè)計(jì)模式之觀察者模式

更新時(shí)間：2022年10月11日 09:03:31 作者：tianClassmate

本文詳細(xì)講解了Java設(shè)計(jì)模式之觀察者模式，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)。對(duì)大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價(jià)值，需要的朋友可以參考下

觀察者模式是極其重要的一個(gè)設(shè)計(jì)模式，也是我?guī)啄觊_發(fā)過程中使用最多的設(shè)計(jì)模式，本文首先概述觀察者模式的基本概念和Demo實(shí)現(xiàn)，接著是觀察者模式在Java和Spring中的應(yīng)用，最后是對(duì)觀察者模式的應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。

一、概念理解

觀察者模式：定義對(duì)象之間的一種一對(duì)多的依賴關(guān)系，使得每當(dāng)一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，其相關(guān)的依賴對(duì)象都可以得到通知并被自動(dòng)更新。主要用于多個(gè)不同的對(duì)象對(duì)一個(gè)對(duì)象的某個(gè)方法會(huì)做出不同的反應(yīng)！

概念啥意思呢？也就是說，如果使用觀察者模式在A的業(yè)務(wù)邏輯中調(diào)用B的業(yè)務(wù)邏輯，即使B的業(yè)務(wù)邏輯報(bào)錯(cuò)了，仍然不影響A的執(zhí)行。

比如，在我最近公司開發(fā)商城系統(tǒng)的過程中，提交訂單成功以后要?jiǎng)h除購(gòu)物車中的信息，如果我先寫訂單提交邏輯，接著寫刪除購(gòu)物車邏輯，這樣當(dāng)然沒有什么問題，但是這樣程序的健壯性太差了。

應(yīng)該將該業(yè)務(wù)分成兩步，一是處理訂單成功處理邏輯，二是刪除購(gòu)物車中的信息。即使刪除購(gòu)物車報(bào)錯(cuò)了，提交訂單邏輯仍然不影響。

那應(yīng)該怎么做才能讓他們互不影響呢？需要在購(gòu)物車對(duì)象中要有一個(gè)方法用于刪除購(gòu)物車，還要有一個(gè)對(duì)象A用于注入（add）購(gòu)物車對(duì)象和通知（notify）購(gòu)物車執(zhí)行它的方法。

在執(zhí)行時(shí)先調(diào)用對(duì)象A的add方法將購(gòu)物車對(duì)象添加到對(duì)象A中，在訂單提交成功以后，調(diào)用對(duì)象A的通知notify購(gòu)物車方法執(zhí)行清除購(gòu)物車邏輯。

在觀察者模式中，購(gòu)物車就稱為觀察者，對(duì)象A就稱為目標(biāo)對(duì)象。在面向接口編程原則下，觀察者模式應(yīng)該包括四個(gè)角色：

1、目標(biāo)接口(subject) ：它是一個(gè)抽象類，也是所有目標(biāo)對(duì)象的父類。它用一個(gè)列表記錄當(dāng)前目標(biāo)對(duì)象有哪些觀察者對(duì)象，并提供增加、刪除觀察者對(duì)象和通知觀察者對(duì)象的方法聲明。

2、具體目標(biāo)類：可以有多個(gè)不同的具體目標(biāo)類，它們同時(shí)繼承Subject類。一個(gè)目標(biāo)對(duì)象就是某個(gè)具體目標(biāo)類的對(duì)象，一個(gè)具體目標(biāo)類負(fù)責(zé)定義它自身的事務(wù)邏輯，并在狀態(tài)改變時(shí)通知它的所有觀察者對(duì)象。

3、觀察者接口（Listener）它也是一個(gè)抽象類，是所有觀察者對(duì)象的父類；它為所有的觀察者對(duì)象都定義了一個(gè)名為update（notify）的方法。當(dāng)目標(biāo)對(duì)象的狀態(tài)改變時(shí)，它就是通過調(diào)用它的所有觀察者對(duì)象的update（notify）方法來通知它們的。

4、具體觀察者類，可以有多個(gè)不同的具體觀察者類，它們同時(shí)繼承Listener類。一個(gè)觀察者對(duì)象就是某個(gè)具體觀察者類的對(duì)象。每個(gè)具體觀察者類都要重定義Listener類中定義的update（notify）方法，在該方法中實(shí)現(xiàn)它自己的任務(wù)邏輯，當(dāng)它被通知的時(shí)候（目標(biāo)對(duì)象調(diào)用它的update（notify）方法）就執(zhí)行自己特有的任務(wù)。在我們的例子中是購(gòu)物車觀察者，當(dāng)然還能有別的，如日志觀察者。

我們基于四個(gè)角色實(shí)現(xiàn)demo。

二、案例實(shí)現(xiàn)

目標(biāo)接口：包括注冊(cè)、移除、通知監(jiān)聽者的方法聲明。

/**
 * 這是被觀察的對(duì)象
 * 目標(biāo)類
 * @author tcy
 * @Date 17-09-2022
 */
public interface SubjectAbstract<T> {
    //注冊(cè)監(jiān)聽者
    public void registerListener(T t);
    //移除監(jiān)聽者
    public void removeListener(T t);
    //通知監(jiān)聽者
    public void notifyListener();
}

目標(biāo)接口實(shí)現(xiàn)：里面需要一個(gè)listenerList數(shù)組存儲(chǔ)所有的觀察者，需要定義add和remove觀察者的方法，需要給出notify方法通知所有的觀察者對(duì)象。

/**
 * 
 * 具體目標(biāo)類
 * @author tcy
 * @Date 17-09-2022
 */
public class SubjectImpl implements SubjectAbstract<ListenerAbstract> {

    //監(jiān)聽者的注冊(cè)列表
    private List<ListenerAbstract> listenerList = new ArrayList<>();

    @Override
    public void registerListener(ListenerAbstract myListener) {
        listenerList.add(myListener);
    }

    @Override
    public void removeListener(ListenerAbstract myListener) {
        listenerList.remove(myListener);
    }

    @Override
    public void notifyListener() {
        for (ListenerAbstract myListener : listenerList) {
            System.out.println("收到推送事件，開始調(diào)用異步邏輯...");
            myListener.onEvent();
        }
    }
}

觀察者接口：聲明響應(yīng)方法

/**
 * 
 * 觀察者-接口
 * @author tcy
 * @Date 17-09-2022
 */
public interface ListenerAbstract {
    void onEvent();
}

觀察者接口：實(shí)現(xiàn)響應(yīng)方法，處理清除購(gòu)物車的邏輯。

/**
 * 具體觀察者類 購(gòu)物車
 * @author tcy
 * @Date 17-09-2022
 */
public class ListenerMyShopCart implements ListenerAbstract {
    @Override
    public void onEvent() {

            //...省略購(gòu)物車處理邏輯
            System.out.println("刪除購(gòu)物車中的信息...");

    }
}

我們使用Client模擬提交訂單操作。

/**
 * 先使用具體目標(biāo)對(duì)象的registerListener方法添加具體觀察者對(duì)象，
 * 然后調(diào)用其notify方法通知觀察者
 * @author tcy
 * @Date 17-09-2022
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {

        System.out.println("訂單成功處理邏輯...");
        //創(chuàng)建目標(biāo)對(duì)象
        SubjectImpl subject=new SubjectImpl();

        //具體觀察者注冊(cè)入 目標(biāo)對(duì)象
        ListenerMyShopCart shopCart=new ListenerMyShopCart();
        //向觀察者中注冊(cè)listener
        subject.registerListener(shopCart);

        //發(fā)布事件，通知觀察者
        subject.notifyListener();

    }
}

這樣就實(shí)現(xiàn)了訂單的處理邏輯和購(gòu)物車的邏輯解耦，即使購(gòu)物車邏輯報(bào)錯(cuò)也不會(huì)影響訂單處理邏輯。

既然觀察者模式是很常用的模式，而且抽象觀察者和抽象目標(biāo)類方法聲明都是固定的，作為高級(jí)語(yǔ)言Java，Java設(shè)計(jì)者干脆內(nèi)置兩個(gè)接口，開發(fā)者直接實(shí)現(xiàn)接口就能使用觀察者模式。

三、Java中的觀察者模式

在 Java 中，通過 java.util.Observable 類和 java.util.Observer 接口定義觀察者模式，只要實(shí)現(xiàn)它們的子類就可以編寫觀察者模式實(shí)例。

Observable 類是抽象目標(biāo)類，它有一個(gè) Vector 向量，用于保存所有要通知的觀察者對(duì)象，下面來介紹它最重要的 3 個(gè)方法。

void addObserver(Observer o) 方法：用于將新的觀察者對(duì)象添加到向量中。
void notifyObservers(Object arg) 方法：調(diào)用向量中的所有觀察者對(duì)象的 update() 方法，通知它們數(shù)據(jù)發(fā)生改變。通常越晚加入向量的觀察者越先得到通知。
void setChange() 方法：用來設(shè)置一個(gè) boolean 類型的內(nèi)部標(biāo)志位，注明目標(biāo)對(duì)象發(fā)生了變化。當(dāng)它為真時(shí)，notifyObservers() 才會(huì)通知觀察者。

Observer 接口是抽象觀察者，它監(jiān)視目標(biāo)對(duì)象的變化，當(dāng)目標(biāo)對(duì)象發(fā)生變化時(shí)，觀察者得到通知，并調(diào)用 void update(Observable o,Object arg) 方法，進(jìn)行相應(yīng)的工作。

我們基于Java的兩個(gè)接口，改造我們的案例。

具體目標(biāo)類：

/**
 * 具體目標(biāo)類 
 * @author tcy
 * @Date 19-09-2022
 */
public class SubjectObservable extends Observable {

    public void notifyListener() {
        super.setChanged();
        System.out.println("收到推送的消息...");
        super.notifyObservers();    //通知觀察者購(gòu)物車事件
    }

}

具體觀察者類：

/**
 * 觀察者實(shí)現(xiàn)類
 * @author tcy
 * @Date 19-09-2022
 */
public class ShopCartObserver implements Observer {

    @Override
    public void update(Observable o, Object arg) {
        System.out.println("清除購(gòu)物車...");

    }
}

依舊是Client模擬訂單處理邏輯。

/**
 * @author tcy
 * @Date 19-09-2022
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("訂單提交成功...");
        SubjectObservable observable = new SubjectObservable();

        Observer shopCartObserver = new ShopCartObserver(); //購(gòu)物車

        observable.addObserver(shopCartObserver);
        observable.notifyListener();


    }

}

這樣也能實(shí)現(xiàn)觀察者邏輯，但Java中的觀察者模式有一定的局限性。

Observable是個(gè)類，而不是一個(gè)接口，沒有實(shí)現(xiàn)Serializable，所以，不能序列化和它的子類，而且他是線程不安全的，無法保證觀察者的執(zhí)行順序。在JDK9之后已經(jīng)啟用了。

寫Java的恐怕沒有不用Spring的了，作為優(yōu)秀的開源框架，Spring中也有觀察者模式的大量應(yīng)用，而且Spring是在java的基礎(chǔ)之上改造的，很好的規(guī)避了Java觀察者模式的不足之處。

四、Spring如何使用觀察者模式

在第一章節(jié)典型的觀察者模式中包含四個(gè)角色：目標(biāo)類、目標(biāo)類實(shí)現(xiàn)、觀察者、觀察者實(shí)現(xiàn)類。而在Spring下的觀察者模式略有不同，Spring對(duì)其做了部分改造。

事件：

Spring中定義最頂層的事件ApplicationEvent，這個(gè)接口最終還是繼承了EventObject接口。

只是在基礎(chǔ)之上增加了構(gòu)造和獲取當(dāng)前時(shí)間戳的方法，Spring所有的事件都要實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口，比如Spring中內(nèi)置的ContextRefreshedEvent、ContextStartedEvent、ContextStoppedEvent...看名字大概就知道這些事件用于哪些地方，分別是容器刷新后、開始時(shí)、停止時(shí)...

目標(biāo)類接口：

Spirng中的ApplicationEventMulticaster接口就是實(shí)例中目標(biāo)類，我們可以對(duì)比我們的目標(biāo)接口和ApplicationEventMulticaster接口，長(zhǎng)的非常像。

觀察者接口：

觀察者ApplicationListener用于監(jiān)聽事件，只有一個(gè)方法onApplicationEvent事件發(fā)生后該事件執(zhí)行。與我們樣例中的抽象觀察者并無太大的不同。

目標(biāo)類實(shí)現(xiàn)：

在我們案例中目標(biāo)類的職責(zé)直接在一個(gè)類中實(shí)現(xiàn)，注冊(cè)監(jiān)聽器、廣播事件（調(diào)用監(jiān)聽器方法）。

在Spring中兩個(gè)實(shí)現(xiàn)類分別拆分開來，Spring啟動(dòng)過程中會(huì)調(diào)用registerListeners()方法，看名字我們大概就已經(jīng)知道是注冊(cè)所有的監(jiān)聽器，該方法完成原目標(biāo)類的注冊(cè)監(jiān)聽器職責(zé)。

在Spring中事件源ApplicationContext用于廣播事件，用戶不必再顯示的調(diào)用監(jiān)聽器的方法，交給Spring調(diào)用，該方法完成原目標(biāo)類的廣播事件職責(zé)。

我們基于Spring的觀察者模式繼續(xù)改造我們的案例。

購(gòu)物車事件：

/**
 * 購(gòu)物車事件
 * @author tcy
 * @Date 19-09-2022
 */
@Component
public class EventShopCart extends ApplicationEvent {

    private String orderId;

    public EventShopCart(Object source, String orderId) {
        super(source);
        this.orderId=orderId;
    }


    public EventShopCart() {
        super(1);
    }
}

發(fā)布者（模擬Spring調(diào)用監(jiān)聽器的方法，實(shí)際開發(fā)不需要寫）：

/**
 * 發(fā)布者
 * @author tcy
 * @Date 19-09-2022
 */
@Component
public class MyPublisher implements ApplicationContextAware {
    private ApplicationContext applicationContext;


    @Override
    public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
        this.applicationContext = applicationContext;
    }

    /**
     * 發(fā)布事件
     * 監(jiān)聽該事件的監(jiān)聽者都可以獲取消息
     *
     * @param myEvent
     */
    public void workEvent(EventShopCart myEvent) {
        //該方法會(huì)調(diào)用監(jiān)聽器實(shí)現(xiàn)的方法
        applicationContext.publishEvent(myEvent);
    }
}

監(jiān)聽者：

/**
 * 監(jiān)聽者
 * @author tcy
 * @Date 19-09-2022
 */
@Component
public class ListenerShopCart implements ApplicationListener<EventShopCart> {
    @Override
    public void onApplicationEvent(EventShopCart myEvent) {
        System.out.println("清除購(gòu)物車成功...");
    }
}

Client模擬調(diào)用：

/**
 * @author tcy
 * @Date 19-09-2022
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext ac =new AnnotationConfigApplicationContext("cn.sky1998.behavior.observer.spring");

        System.out.println("訂單提交成功...");
        MyPublisher bean = ac.getBean(MyPublisher.class);
        EventShopCart myEvent = ac.getBean(EventShopCart.class);

        bean.workEvent(myEvent);
    }
}

通過Spring實(shí)現(xiàn)觀察者模式比我們手動(dòng)寫簡(jiǎn)單的多。

使用Spring實(shí)現(xiàn)觀察者模式時(shí)，觀察者接口、目標(biāo)接口、目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，我們都不需要管，只負(fù)責(zé)繼承ApplicationEvent類定義我們自己的事件，并實(shí)現(xiàn)ApplicationListener<自定義事件>接口實(shí)現(xiàn)我們的觀察者，并在對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)中調(diào)用applicationContext.publishEvent(new ShopCartEvent(cmOrderItemList))，即實(shí)現(xiàn)了觀察者模式。

讀者可以拉取完整代碼本地學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)代碼均測(cè)試通過上傳到碼云，本地源碼下載。