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设计模式学习之——观察者模式

news 来源：原创 2025/7/4 9:42:40

观察者模式是一种行为型设计模式，它用于在对象之间建立一对多的依赖关系。

一、定义与角色

定义：
- 观察者模式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。这个主题对象在状态发生变化时，会通知所有观察者对象，使它们能够自动更新自己。
主要角色：
- 主题（Subject）：也称为被观察者，它维护一个观察者列表，并提供注册、删除和通知观察者的方法。
- 观察者（Observer）：对主题的状态变化感兴趣，并在状态变化时做出响应。它定义了一个更新方法，用于接收和处理主题的通知。
- 具体主题（ConcreteSubject）：实现了主题接口，维护了观察者的集合，并在状态变化时通知所有观察者。
- 具体观察者（ConcreteObserver）：实现了观察者接口，并对主题的状态变化做出具体的反应。

二、工作原理

注册观察者：观察者通过调用主题的注册方法，将自己添加到主题的观察者列表中。
状态变化通知：当主题的状态发生变化时，它会遍历观察者列表，并调用每个观察者对象的更新方法，将新的状态传递给观察者。
观察者响应：观察者对象接收到主题的通知后，执行相应的操作，以便响应状态的变化。

三、优缺点

优点：

解耦性：主题和观察者之间是松耦合的，它们之间通过抽象的接口进行通信，使得它们可以独立地进行修改和扩展。
可扩展性：可以方便地增加新的观察者，而无需修改主题的代码。
灵活性：观察者模式支持同步和异步通知，观察者可以在不同的线程中执行更新操作。
规范性：观察者模式定义了主题和观察者之间的一套规范，使得代码更具可读性和可维护性。

缺点/注意事项：

循环依赖：避免在观察者和主题之间建立循环依赖关系，否则可能导致系统崩溃。
性能问题：当观察者数量非常多时，通知操作可能会非常耗时。可以考虑使用异步通知、事件总线等优化方法。
内存泄漏：如果观察者对象不再需要，确保从主题的观察者列表中删除它们，以避免内存泄漏。
线程安全：在多线程环境中，确保对观察者列表的访问是线程安全的。可以使用同步机制、并发集合等来实现。

四、应用场景

数据变化通知：当对象的状态发生变化，需要通知多个对象进行更新时，可以使用观察者模式。例如，股票市场的系统中，投资者需要实时获取股票价格的变化。
分布式事件系统：需要将事件从一个组件广播到多个组件时，可以使用观察者模式。例如，GUI框架中的事件处理机制，用户的操作需要通知多个界面组件。
系统状态监控：当系统的状态变化需要被监控时，可以使用观察者模式。例如，应用程序的日志系统、系统监控工具等。

五、示例代码

以下是一个简单的观察者模式示例代码，用于演示其工作原理：

// 主题接口
public interface Subject {void registerObserver(Observer observer);void removeObserver(Observer observer);void notifyObservers();
}// 具体主题类
public class ConcreteSubject implements Subject {private List<Observer> observers = new LinkedList<>();private int state;public void setState(int state) {this.state = state;notifyObservers();}@Overridepublic void registerObserver(Observer observer) {observers.add(observer);}@Overridepublic void removeObserver(Observer observer) {observers.remove(observer);}@Overridepublic void notifyObservers() {observers.forEach(observer -> observer.update(state));}
}// 观察者接口
public interface Observer {void update(int state);
}// 具体观察者类
public class ConcreteObserver implements Observer {private String name;public ConcreteObserver(String name) {this.name = name;}@Overridepublic void update(int state) {System.out.println(name + "接收到了更新请求,新的状态:" + state);}
}// 测试类
public class ObserverPatternExample {public static void main(String[] args) {ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();Observer observer1 = new ConcreteObserver("观察者1号");Observer observer2 = new ConcreteObserver("观察者2号");subject.registerObserver(observer1);subject.registerObserver(observer2);subject.setState(10); // 输出：观察者1号接收到了更新请求,新的状态:10；观察者2号接收到了更新请求,新的状态:10}
}

六、与发布-订阅模式的比较

观察者模式和发布-订阅模式都是软件设计模式，用于实现对象间的一对多依赖关系，但它们之间存在一些关键的区别。以下是对这两种模式的详细比较：

定义与特点

观察者模式：
- 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。
- 主题对象在状态发生变化时，会通知所有观察者对象，使它们能够自动更新自己。
- 观察者和主题之间是抽象耦合的，即它们之间通过接口或抽象类进行交互，而不是直接依赖具体实现。
发布-订阅模式：
- 也称为发布/订阅模式或消息传递模式。
- 在这种模式下，消息的发送者（发布者）和接收者（订阅者）不需要建立直接的联系，也不需要知道对方的存在。
- 消息的传递通过一个被称为代理（Broker）或调度中心的中间角色来完成。发布者将消息发布到代理上，而订阅者则从代理订阅感兴趣的消息。

结构与角色

观察者模式：
- Subject（主题/被观察者）：维护一个观察者列表，提供注册、删除和通知观察者的方法。
- Observer（观察者）：定义了一个更新接口，用于接收来自主题的通知。
- ConcreteSubject（具体主题）：实现Subject接口，维护观察者列表，并在状态变化时调用所有观察者的更新方法。
- ConcreteObserver（具体观察者）：实现Observer接口，定义当接收到主题通知时的具体行为。
发布-订阅模式：
- 发布者（Publisher）：负责将消息发布到主题上。发布者一次只能向一个主题发送数据，且发布消息时无需关心订阅者是否在线。
- 订阅者（Subscriber）：通过订阅主题接收消息。订阅者可一次订阅多个主题，从而接收感兴趣的消息。
- 代理（Broker）：负责所有消息的路由和分发工作。代理接收到发布者的消息后，根据主题将其分发给相应的订阅者。
- 主题（Topic）：用于标识消息的类别。每个消息都包含一个主题，订阅者通过订阅主题来接收感兴趣的消息。

区别与联系

区别：
- 耦合性：观察者模式中，发布者与订阅者直接关联，发布者维护观察者列表，发布者状态变更通知订阅者。而在发布-订阅模式中，订阅者与发布者相互不了解，通过事件中心（代理）进行通信，实现了完全松耦合。
- 角色数量：观察者模式中只有两个主要角色：观察者和被观察者。而发布-订阅模式中则包含四个角色：发布者、订阅者、代理和主题。
- 应用场景：观察者模式多用于单个应用内部，而发布-订阅模式则更多的是一种跨应用的模式（cross-application pattern），如消息中间件等。
联系：
- 两者都实现了对象间的一对多依赖关系，当某个对象的状态发生变化时，都会通知所有依赖的对象。
- 两者都关注对象之间的通讯，并致力于保持对象间的低耦合和高协作性。

综上所述，观察者模式和发布-订阅模式在定义、结构、耦合性、角色数量和应用场景等方面都存在明显的区别。选择哪种模式取决于具体的应用需求和设计考虑。

最后，观察者模式是一种强大的设计模式，它能够在对象之间建立一对多的依赖关系，并自动通知观察者进行更新。然而，在实际应用中需要注意其潜在的性能问题和循环依赖问题。

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