设计模式(15/23) - 观察者模式

观察者模式

1 概述

• 观察者模式（Observer Pattern）是一种行为型设计模式，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个主题对象。当主题对象发生变化时，它的所有依赖者（观察者）都会收到通知并自动更新。
• 观察者模式通常用于实现分布式事件处理系统，广泛应用于各种场景，例如GUI事件处理、订阅-发布系统等。

2 优缺点及应用场景

2.1 优点

• 1）解耦：观察者模式实现了观察者和被观察者的解耦，使得两者可以独立变化。
• 2）灵活性：可以在运行时动态添加或移除观察者，灵活应对变化。
• 3）符合开闭原则：增加新的观察者时无需修改现有代码，符合开闭原则。

2.2 缺点

• 1）可能导致内存泄漏：如果观察者没有正确移除，可能会导致内存泄漏。
• 2）通知顺序不确定：多个观察者的通知顺序是无序的，可能导致不一致性。

2.3 应用场景

• 1）事件驱动系统：需要处理事件并通知多个响应对象的场景，例如GUI事件处理、系统事件处理等。
• 2）订阅-发布系统：需要一个对象的状态改变能够通知到多个对象的场景，例如消息订阅系统、实时更新系统等。
• 3）模型-视图模式：在MVC架构中，视图需要实时更新模型的变化。

3 结构

• 1）主题（Subject）：主题维护了一组观察者，并提供了添加、删除观察者的方法。当主题的状态发生变化时，通知所有观察者。
• 2）观察者（Observer）：观察者定义了一个更新接口，用于接收主题的通知。
• 3）具体主题（ConcreteSubject）：具体主题实现了主题接口，并在状态变化时通知所有观察者。
• 4）具体观察者（ConcreteObserver）：具体观察者实现了更新接口，以便使自身状态与主题的状态保持一致。

4 实现

4.1 UML 类图

4.2 代码示例

// 创建 Subject 类
class Subject {

  private List<Observer> observers = new ArrayList<Observer>();
  private int state;

  public int getState() {
    return state;
  }

  public void setState(int state) {
    this.state = state;
    notifyAllObservers();
  }

  public void attach(Observer observer) {
    observers.add(observer);
  }

  public void notifyAllObservers() {
    for (Observer observer : observers) {
      observer.update();
    }
  }
}

// 创建 Observer 类
abstract class Observer {
  protected Subject subject;

  public abstract void update();
}

// 创建实体观察者类：二进制观察者
class BinaryObserver extends Observer {
  public BinaryObserver(Subject subject) {
    this.subject = subject;
    this.subject.attach(this);
  }

  @Override
  public void update() {
    System.out.println("Binary String: " + Integer.toBinaryString(subject.getState()));
  }
}

// 创建实体观察者类：八进制观察者
class OctalObserver extends Observer {
  public OctalObserver(Subject subject) {
    this.subject = subject;
    this.subject.attach(this);
  }

  @Override
  public void update() {
    System.out.println("Octal String: " + Integer.toOctalString(subject.getState()));
  }
}

// 创建实体观察者类：十六进制观察者
class HexaObserver extends Observer {
  public HexaObserver(Subject subject) {
    this.subject = subject;
    this.subject.attach(this);
  }

  @Override
  public void update() {
    System.out.println("Hex String: " + Integer.toHexString(subject.getState()).toUpperCase());
  }
}

// 使用示例
public class ObserverPatternDemo {
  public static void main(String[] args) {
    // 使用 Subject 和实体观察者对象
    Subject subject = new Subject();

    new HexaObserver(subject);
    new OctalObserver(subject);
    new BinaryObserver(subject);

    System.out.println("First state change: 15");
    subject.setState(15);
    System.out.println("Second state change: 10");
    subject.setState(10);
  }
}

• 执行程序，输出结果：

First state change: 15
Hex String: F
Octal String: 17
Binary String: 1111
Second state change: 10
Hex String: A
Octal String: 12
Binary String: 1010

5 总结

• 观察者模式通过定义一对多的依赖关系，实现了观察者和被观察者之间的解耦，使得多个观察者对象能够同时监听一个主题对象，并在主题对象发生变化时自动更新。观察者模式适用于事件驱动系统、订阅-发布系统以及模型-视图模式等场景。尽管观察者模式提高了系统的灵活性和可扩展性，但也可能导致内存泄漏和通知顺序不确定等问题。在实际应用中，需要根据具体需求权衡使用观察者模式的利弊。