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目录

• 1. 什么是观察者模式
• 2. 为什么需要观察者模式
• 3. 观察者模式的结构
• 4. 实现示例
• 5. Java内置的观察者实现
• 6. 最佳实践与注意事项

1. 什么是观察者模式

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，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，它的所有观察者都会收到通知并自动更新。

这种模式被广泛应用于事件处理系统中，比如：

• GUI系统中的事件处理
• 消息推送系统
• 订阅发布机制

2. 为什么需要观察者模式

观察者模式主要解决以下问题：

1. 解耦合：将观察者和被观察者解耦，使得它们可以独立变化
2. 实现一对多关系：一个对象的状态改变可以通知多个订阅者
3. 支持广播通信：不需要明确指定接收者，所有订阅者都能收到通知

3. 观察者模式的结构

UML类图

核心角色

1. Subject（主题）：
   • 持有观察者集合
   • 提供注册和删除观察者的方法
   • 通知所有观察者的方法
2. Observer（观察者）：
   • 定义更新接口
   • 收到主题通知时进行更新
3. ConcreteSubject（具体主题）：
   • Subject 的具体实现类
   • 存储观察者感兴趣的状态
   • 当状态发生改变时通知观察者
4. ConcreteObserver（具体观察者）：
   • Observer 的具体实现类
   • 维护一个指向 ConcreteSubject 对象的引用
   • 存储感兴趣的状态，这些状态需要和主题的状态保持一致
   • 实现 Observer 的更新接口，使自身状态与主题的状态保持一致

4. 实现示例

让我们通过一个具体的例子来理解观察者模式。假设我们要实现一个天气监测系统：

// 观察者接口
public interface WeatherObserver {void update(float temperature, float humidity, float pressure);
}// 主题接口
public interface WeatherSubject {void registerObserver(WeatherObserver observer);void removeObserver(WeatherObserver observer);void notifyObservers();
}// 具体主题：气象站
public class WeatherStation implements WeatherSubject {private List<WeatherObserver> observers;private float temperature;private float humidity;private float pressure;public WeatherStation() {observers = new ArrayList<>();}@Overridepublic void registerObserver(WeatherObserver observer) {observers.add(observer);}@Overridepublic void removeObserver(WeatherObserver observer) {observers.remove(observer);}@Overridepublic void notifyObservers() {for (WeatherObserver observer : observers) {observer.update(temperature, humidity, pressure);}}// 当气象测量值改变时调用此方法public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {this.temperature = temperature;this.humidity = humidity;this.pressure = pressure;notifyObservers();}
}// 具体观察者：显示当前天气
public class CurrentConditionsDisplay implements WeatherObserver {private float temperature;private float humidity;private float pressure;@Overridepublic void update(float temperature, float humidity, float pressure) {this.temperature = temperature;this.humidity = humidity;this.pressure = pressure;display();}public void display() {System.out.println("当前温度: " + temperature + "°C");System.out.println("当前湿度: " + humidity + "%");System.out.println("当前气压: " + pressure + "hPa");}
}// 使用示例
public class WeatherStationDemo {public static void main(String[] args) {WeatherStation weatherStation = new WeatherStation();CurrentConditionsDisplay display = new CurrentConditionsDisplay();// 注册观察者weatherStation.registerObserver(display);// 更新天气数据weatherStation.setMeasurements(25.2f, 65.0f, 1013.1f);}
}

运行结果：

当前温度: 25.2°C
当前湿度: 65.0%
当前气压: 1013.1hPa

运行结果说明：

1. 首先创建了一个 WeatherStation 对象（主题）和一个 CurrentConditionsDisplay 对象（观察者）
2. 通过 registerObserver() 方法将显示器注册为气象站的观察者
3. 当调用 setMeasurements() 更新气象数据时：
   • 气象站内部的数据被更新
   • 自动调用 notifyObservers() 通知所有观察者
   • 观察者的 update() 方法被调用，接收最新数据
   • 显示器随即更新显示最新的气象信息

这个简单的例子展示了观察者模式的核心工作流程：对象状态改变 → 自动通知 → 观察者更新，整个过程中主题和观察者都保持松耦合。

5. Java内置的观察者实现

Java提供了内置的观察者模式支持，通过java.util.Observable类和java.util.Observer接口：

import java.util.Observable;
import java.util.Observer;// 继承Observable的气象站
public class JavaWeatherStation extends Observable {private float temperature;private float humidity;private float pressure;public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {this.temperature = temperature;this.humidity = humidity;this.pressure = pressure;setChanged(); // 标记状态已改变notifyObservers(new float[]{temperature, humidity, pressure});}
}// 实现Observer接口的显示器
public class JavaCurrentConditionsDisplay implements Observer {@Overridepublic void update(Observable observable, Object arg) {if (arg instanceof float[]) {float[] measurements = (float[]) arg;float temperature = measurements[0];float humidity = measurements[1];float pressure = measurements[2];System.out.println("当前温度: " + temperature + "°C");System.out.println("当前湿度: " + humidity + "%");System.out.println("当前气压: " + pressure + "hPa");}}
}

注意：从Java 9开始，Observable和Observer已被标记为废弃，建议使用其他替代方案，如Flow API或自定义实现。

6. 最佳实践与注意事项

1. 避免循环依赖：
   • 确保观察者和主题之间不会形成循环依赖
   • 注意在通知观察者时不要触发新的更新循环
2. 内存管理：
   • 及时移除不再需要的观察者
   • 注意防止内存泄漏
3. 线程安全：
   • 在多线程环境下需要确保观察者列表的线程安全
   • 考虑使用线程安全的集合类
4. 通知顺序：
   • 不要依赖观察者的通知顺序
   • 观察者的处理逻辑应该相互独立
5. 异常处理：
   • 观察者的更新方法应该处理异常
   • 一个观察者的异常不应影响其他观察者

使用场景

观察者模式适用于以下场景：

• 当一个对象的改变需要同时改变其他对象时
• 当一个对象必须通知其他对象，而它又不知道这些对象是谁时
• 当一个对象改变时，需要动态更新一组对象时

优点

1. 符合开闭原则
2. 可以在运行时建立对象之间的关系
3. 支持广播通信

缺点

1. 观察者模式可能导致广播风暴
2. 如果观察者太多，通知的代价会很大
3. 观察者之间的依赖关系不易跟踪

总结

观察者模式是一种强大的设计模式，它通过松耦合的方式实现了对象之间的一对多的依赖关系。通过合理使用观察者模式，我们可以构建出灵活、可维护的事件处理系统。在实际应用中，要根据具体场景选择合适的实现方式，并注意处理好各种边界情况。