实例解析观察者模式及其在Java设计模式开发中的运用
一、观察者模式（Observer）的定义：
观察者模式又称为订阅—发布模式，在此模式中，一个目标对象管理所有相依于它的观察者对象，并且在它本身的状态改变时主动发出通知。这通常透过呼叫各观察者所提供的方法来实现。此种模式通常被用来事件处理系统。
1、观察者模式的一般结构
首先看下观察者模式的类图描述：
观察者模式的角色如下：
Subject（抽象主题接口）：定义了主题类中对观察者列表的一系列操作， 包括增加，删除， 通知等。
Concrete Subject（具体主题类）：
Observer（抽象观察者接口）：定义了观察者对主题类更新状态接受操作。
ConcreteObserver（具体观察者类）：实现观察者接口更新主题类通知等逻辑。
从这个类图可以看出， 主题类中维护了一个实现观察者接口的类列表， 主题类通过这个列表来对观察者进行一系列的增删改操作。观察者类也可以主动调用update方法来了解获取主题类的状态更新信息。
以上的类图所描述的只是基本的观察者模式的思想， 有很多不足。比如作为观察者也可以主动订阅某类主题等。下面的例子将进行一些改动， 以便适用具体的业务逻辑。
2、观察者模式示例
我们构建一个观察者和主题类， 观察者可以主动订阅主题或者取消主题。主题类统一被一个主题管理者所管理。下面给出类图：
Subject:
public interface Subject {
//注册一个observer
public void register(Observer observer);
//移除一个observer
public void remove(Observer observer);
//通知所有观察者
public void notifyObservers();
//获取主题类要发布的消息
public String getMessage();
}
ConcerteSubject:
public class MySubject implements Subject {
private List<Observer> observers;
private boolean changed;
private String message;
//对象锁， 用于同步更新观察者列表
private final Object mutex = new Object();
public MySubject() {
observers = new ArrayList<Observer>();
changed = false;
}
@Override
public void register(Observer observer) {
if (observer == null)
throw new NullPointerException();
//保证不重复
if (!observers.contains(observer))
observers.add(observer);
}
@Override
public void remove(Observer observer) {
observers.remove(observer);
}
@Override
public void notifyObservers() {
// temp list
List<Observer> tempObservers = null;
synchronized (mutex) {
if (!changed)
return;
tempObservers = new ArrayList<>(this.observers);
this.changed = false;
}
for(Observer obj : tempObservers) {
obj.update();
}
}
//主题类发布新消息
public void makeChanged(String message) {
System.out.println(\"The Subject make a change: \" + message);
this.message = message;
this.changed = true;
notifyObservers();
}
@Override
public String getMessage() {
return this.message;
}
}
ConcerteSubject做出更新时， 就通知列表中的所有观察者， 并且调用观察者update方法以实现接受通知后的逻辑。这里注意notifyObservers中的同步块。在多线程的情况下， 为了避免主题类发布通知时， 其他线程对观察者列表的增删操作， 同步块中用一个临时List来获取当前的观察者列表。
SubjectManagement：主题类管理器
public class SubjectManagement {
//一个记录 名字——主题类 的Map
private Map<String, Subject> subjectList = new HashMap<String, Subject>();
public void addSubject(String name, Subject subject) {
subjectList.put(name, subject);
}
public void addSubject(Subject subject) {
subjectList.put(subject.getClass().getName(), subject);
}
public Subject getSubject(String subjectName) {
return subjectList.get(subjectName);
}
public void removeSubject(String name, Subject subject) {
}
public void removeSubject(Subject subject) {
}
//singleton
private SubjectManagement() {}
public static SubjectManagement getInstance() {
return SubjectManagementInstance.instance;
}
private static class SubjectManagementInstance {
static final SubjectManagement instance = new SubjectManagement();
}
}
主题类管理器的作用就是在观察者订阅某个主题时， 获取此主题的实例对象。
Observer：
public interface Observer {
public void update();
public void setSubject(Subject subject);
}
ConcerteObserver:
public class MyObserver implements Observer {
private Subject subject;
// get the notify message from Concentrate Subject
@Override
public void update() {
String message = subject.getMessage();
System.out.println(\"From Subject \" + subject.getClass().getName()
+ \" message: \" + message);
}
@Override
public void setSubject(Subject subject) {
this.subject = subject;
}
// subcirbe some Subject
public void subscribe(String subjectName) {
SubjectManagement.getInstance().getSubject(subjectName).register(this);
}
// cancel subcribe
public void cancelSubcribe(String subjectName) {
SubjectManagement.getInstance().getSubject(subjectName).remove(this);
}
}
测试：我们将主题类和观察者抽象成写者和读者
public class ObserverTest {
private static MySubject writer;
@BeforeClass
public static void setUpBeforeClass() throws Exception {
writer = new MySubject();
//添加一个名为Linus的作家
SubjectManagement.getInstance().addSubject(\"Linus\",writer);
}
@Test
public void test() {
//定义几个读者
MyObserver reader1 = new MyObserver();
MyObserver reader2 = new MyObserver();
MyObserver reader3 = new MyObserver();
reader1.setSubject(writer);
reader2.setSubject(writer);
reader3.setSubject(writer);
reader1.subscribe(\"Linus\");
reader2.subscribe(\"Linus\");
reader3.subscribe(\"Linus\");
writer.makeChanged(\"I have a new Changed\");
reader1.update();
}
}
以上就是观察者模式的小示例。可以看出每个主题类都要维护一个相应的观察者列表， 这里可以根据具体主题的抽象层次进一步抽象， 将这种聚集放到一个抽象类中去实现， 来共同维护一个列表， 当然具体操作要看实际的业务逻辑。
二、Servlet中的Listener
再说Servlet中的Listener之前， 先说说观察者模式的另一种形态——事件驱动模型。与上面提到的观察者模式的主题角色一样， 事件驱动模型包括事件源， 具体事件， 监听器， 具体监听器。
Servlet中的Listener就是典型的事件驱动模型。
JDK中有一套事件驱动的类， 包括一个统一的监听器接口和一个统一的事件源, 源码如下：
/**
* A tagging interface that all event listener interfaces must extend.
* @since JDK1.1
*/
public interface EventListener {
}
这是一个标志接口， JDK规定所有监听器必须继承这个接口。
public class EventObject implements java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = 5516075349620653480L;
/**
* The object on which the Event initially occurred.
*/
protected transient Object source;
/**
* Constructs a prototypical Event.
*
* @param source The object on which the Event initially occurred.
* @exception IllegalArgumentException if source is null.
*/
public EventObject(Object source) {
if (source == null)
throw new IllegalArgumentException(\"null source\");
this.source = source;
}
/**
* The object on which the Event initially occurred.
*
* @return The object on which the Event initially occurred.
*/
public Object getSource() {
return source;
}
/**
* Returns a String representation of this EventObject.
*
* @return A a String representation of this EventObject.
*/
public String toString() {
return getClass().getName() + \"[source=\" + source + \"]\";
}
}
EvenObject是JDK给我们规定的一个统一的事件源。EvenObject类中定义了一个事件源以及获取事件源的get方法。
下面就分析一下Servlet Listener的运行流程。
1、Servlet Listener的组成
目前， Servlet中存在6种两类事件的监听器接口， 具体如下图：
具体触发情境如下表：
2、一个具体的Listener触发过程
我们以ServletRequestAttributeListener为例， 来分析一下此处事件驱动的流程。
首先一个Servlet中， HttpServletRequest调用setAttrilbute方法时， 实际上是调用的org.apache.catalina.connector.request#setAttrilbute方法。 我们看下它的源码：
public void setAttribute(String name, Object value) {
...
//上面的逻辑代码已省略
// 此处即通知监听者
notifyAttributeAssigned(name, value, oldValue);
}
下面是notifyAttributeAssigned(String name, Object value, Object oldValue)的源码
private void notifyAttributeAssigned(String name, Object value,
Object oldValue) {
//从容器中获取webAPP中定义的Listener的实例对象
Object listeners[] = context.getApplicationEventListeners();
if ((listeners == null) || (listeners.length == 0)) {
return;
}
boolean replaced = (oldValue != null);
//创建相关事件对象
ServletRequestAttributeEvent event = null;
if (replaced) {
event = new ServletRequestAttributeEvent(
context.getServletContext(), getRequest(), name, oldValue);
} else {
event = new ServletRequestAttributeEvent(
context.getServletContext(), getRequest(), name, value);
}
//遍历所有监听器列表， 找到对应事件的监听器
for (int i = 0; i < listeners.length; i++) {
if (!(listeners[i] instanceof ServletRequestAttributeListener)) {
continue;
}
//调用监听器的方法， 实现监听操作
ServletRequestAttributeListener listener =
(ServletRequestAttributeListener) listeners[i];
try {
if (replaced) {
listener.attributeReplaced(event);
} else {
listener.attributeAdded(event);
}
} catch (Throwable t) {
ExceptionUtils.handleThrowable(t);
context.getLogger().error(sm.getString(\"coyoteRequest.attributeEvent\"), t);
// Error valve will pick this exception up and display it to user
attributes.put(RequestDispatcher.ERROR_EXCEPTION, t);
}
}
}
上面的例子很清楚的看出ServletRequestAttributeListener是如何调用的。用户只需要实现监听器接口就行。Servlet中的Listener几乎涵盖了Servlet整个生命周期中你感兴趣的事件， 灵活运用这些Listenser可以使程序更加灵活。
三、综合示例
举个例子，如果你看过TVB的警匪片，你就知道卧底的工作方式。一般一个警察可能有几个卧底，潜入敌人内部，打探消息，卧底完全靠他的领导的指示干活，领导说几点行动，他必须按照这个时间去执行，如果行动时间改变，他也要立马改变自己配合行动的时间。领导派两个卧底去打入敌人内部，那么领导相当于抽象主题，而督察警官张三这个人派了两个卧底李四和万王五，张三就相当于具体主题，卧底相当于抽象观察者，这两名卧底是李四和王五就是具体观察者，派的这个动作相当于观察者在主题的登记。那么这个类图如下：
利用javaAPI来实现，代码描述如下：
package observer;
import java.util.List;
import java.util.Observable;
import java.util.Observer;
/**
*描述：警察张三
*/
public class Police extends Observable {
private String time ;
public Police(List<Observer> list) {
super();
for (Observer o:list) {
addObserver(o);
}
}
public void change(String time){
this.time = time;
setChanged();
notifyObservers(this.time);
}
}
package observer;
import java.util.Observable;
import java.util.Observer;
/**
*描述：卧底A
*/
public class UndercoverA implements Observer {
private String time;
@Override
public void update(Observable o, Object arg) {
time = (String) arg;
System.out.println(\"卧底A接到消息，行动时间为：\"+time);
}
}
package observer;
import java.util.Observable;
import java.util.Observer;
/**
*描述：卧底B
*/
public class UndercoverB implements Observer {
private String time;
@Override
public void update(Observable o, Object arg) {
time = (String) arg;
System.out.println(\"卧底B接到消息，行动时间为：\"+time);
}
}
package observer;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Observer;
/**
*描述：测试
*/
public class Client {
/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
UndercoverA o1 = new UndercoverA();
UndercoverB o2 = new UndercoverB();
List<Observer> list = new ArrayList<>();
list.add(o1);
list.add(o2);
Police subject = new Police(list);
subject.change(\"02:25\");
System.out.println(\"===========由于消息败露，行动时间提前=========\");
subject.change(\"01:05\");
}
}
测试运行结果：
卧底B接到消息，行动时间为：02:25 卧底A接到消息，行动时间为：02:25 ===========由于消息败露，行动时间提前========= 卧底B接到消息，行动时间为：01:05 卧底A接到消息，行动时间为：01:05
四、总结
观察者模式定义了对象之间一对多的关系， 当一个对象（被观察者）的状态改变时， 依赖它的对象都会收到通知。可以应用到发布——订阅， 变化——更新这种业务场景中。
观察者和被观察者之间用松耦合的方式， 被观察者不知道观察者的细节， 只知道观察者实现了接口。
事件驱动模型更加灵活，但也是付出了系统的复杂性作为代价的，因为我们要为每一个事件源定制一个监听器以及事件，这会增加系统的负担。
观察者模式的核心是先分清角色、定位好观察者和被观察者、他们是多对一的关系。实现的关键是要建立观察者和被观察者之间的联系、比如在被观察者类中有个集合是用于存放观察者的、当被检测的东西发生改变的时候就要通知所有观察者。在观察者的构造方法中将被观察者传入、同时将本身注册到被观察者拥有的观察者名单中、即observers这个list中。
1.观察者模式优点：
（1）抽象主题只依赖于抽象观察者
（2）观察者模式支持广播通信
（3）观察者模式使信息产生层和响应层分离
2.观察者模式缺点：
（1）如一个主题被大量观察者注册，则通知所有观察者会花费较高代价
（2）如果某些观察者的响应方法被阻塞，整个通知过程即被阻塞，其它观察者不能及时被通知
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