观察者模式

观察者模式是一种行为型设计模式,它定义了一种一对多的依赖关系,当一个对象的状态发生改变时,其所有依赖者都会收到通知并自动更新。

当对象间存在一对多关系时,则使用观察者模式(Observer Pattern)。比如,当一个对象被修改时,则会自动通知依赖它的对象。观察者模式属于行为型模式。

介绍

意图

创建了对象间的一种一对多的依赖关系,当一个对象状态改变时,所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。。

主要解决的问题

  • 观察者模式解决的是一个对象状态改变时,如何自动通知其他依赖对象的问题,同时保持对象间的低耦合和高协作性。

使用场景

  • 当一个对象的状态变化需要同时更新其他对象时。

实现方式

  • 定义观察者接口:包含一个更新方法。
  • 创建具体观察者:实现观察者接口,定义接收到通知时的行为。
  • 定义主题接口:包含添加、删除和通知观察者的方法。
  • 创建具体主题:实现主题接口,管理观察者列表,并在状态改变时通知它们。

关键代码

  • 观察者列表:在主题中维护一个观察者列表。

应用实例

  • 拍卖系统:拍卖师作为主题,竞价者作为观察者,拍卖价格更新时通知所有竞价者。
  • 西游记故事:菩萨洒水作为状态改变,老乌龟作为观察者,观察到这一变化。

优点

  • 抽象耦合:观察者和主题之间是抽象耦合的。
  • 触发机制:建立了一套状态改变时的触发和通知机制。

缺点

  • 性能问题:如果观察者众多,通知过程可能耗时。
  • 循环依赖:可能导致循环调用和系统崩溃。
  • 缺乏变化详情:观察者不知道主题如何变化,只知道变化发生。

使用建议

  • 在需要降低对象间耦合度,并且对象状态变化需要触发其他对象变化时使用。
  • 考虑使用Java内置的观察者模式支持类,如java.util.Observablejava.util.Observer

注意事项

  • 避免循环引用:注意观察者和主题之间的依赖关系,避免循环引用。
  • 异步执行:考虑使用异步通知避免单点故障导致整个系统卡壳。

结构

观察者模式包含以下几个核心角色:

  • 主题(Subject):也称为被观察者或可观察者,它是具有状态的对象,并维护着一个观察者列表。主题提供了添加、删除和通知观察者的方法。
  • 观察者(Observer):观察者是接收主题通知的对象。观察者需要实现一个更新方法,当收到主题的通知时,调用该方法进行更新操作。
  • 具体主题(Concrete Subject):具体主题是主题的具体实现类。它维护着观察者列表,并在状态发生改变时通知观察者。
  • 具体观察者(Concrete Observer):具体观察者是观察者的具体实现类。它实现了更新方法,定义了在收到主题通知时需要执行的具体操作。

观察者模式通过将主题和观察者解耦,实现了对象之间的松耦合。当主题的状态发生改变时,所有依赖于它的观察者都会收到通知并进行相应的更新。

实现

观察者模式使用三个类 Subject、Observer 和 Client。Subject 对象带有绑定观察者到 Client 对象和从 Client 对象解绑观察者的方法。我们创建 Subject 类、Observer 抽象类和扩展了抽象类 Observer 的实体类。

ObserverPatternDemo,我们的演示类使用 Subject 和实体类对象来演示观察者模式。

观察者模式的 UML 图

步骤 1

创建 Subject 类。

Subject.java

import java.util.ArrayList; import java.util.List; public 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(); } } }

步骤 2

创建 Observer 类。

Observer.java

public abstract class Observer { protected Subject subject; public abstract void update(); }

步骤 3

创建实体观察者类。

BinaryObserver.java

public 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() ) ); } }

OctalObserver.java

public 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() ) ); } }

HexaObserver.java

public 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() ); } }

步骤 4

使用 Subject 和实体观察者对象。

ObserverPatternDemo.java

public class ObserverPatternDemo { public static void main(String[] args) { 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); } }

步骤 5

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