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观察者

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定义对象间的一种一对多的依赖关系,当一个对象的状态发生改变时,所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。

观察者模式(Observer)又称发布-订阅模式(Publish-Subscribe:Pub/Sub)。它是一种通知机制,让发送通知的一方(被观察方)和接收通知的一方(观察者)能彼此分离,互不影响。

要理解观察者模式,我们还是看例子。

假设一个电商网站,有多种Product(商品),同时,Customer(消费者)和Admin(管理员)对商品上架、价格改变都感兴趣,希望能第一时间获得通知。于是,Store(商场)可以这么写:

public class Store {
    Customer customer;
    Admin admin;

    private Map<String, Product> products = new HashMap<>();

    public void addNewProduct(String name, double price) {
        Product p = new Product(name, price);
        products.put(p.getName(), p);
        // 通知用户:
        customer.onPublished(p);
        // 通知管理员:
        admin.onPublished(p);
    }

    public void setProductPrice(String name, double price) {
        Product p = products.get(name);
        p.setPrice(price);
        // 通知用户:
        customer.onPriceChanged(p);
        // 通知管理员:
        admin.onPriceChanged(p);
    }
}

我们观察上述Store类的问题:它直接引用了CustomerAdmin。先不考虑多个Customer或多个Admin的问题,上述Store类最大的问题是,如果要加一个新的观察者类型,例如工商局管理员,Store类就必须继续改动。

因此,上述问题的本质是Store希望发送通知给那些关心Product的对象,但Store并不想知道这些人是谁。观察者模式就是要分离被观察者和观察者之间的耦合关系。

要实现这一目标也很简单,Store不能直接引用CustomerAdmin,相反,它引用一个ProductObserver接口,任何人想要观察Store,只要实现该接口,并且把自己注册到Store即可:

public class Store {
    private List<ProductObserver> observers = new ArrayList<>();
    private Map<String, Product> products = new HashMap<>();

    // 注册观察者:
    public void addObserver(ProductObserver observer) {
        this.observers.add(observer);
    }

    // 取消注册:
    public void removeObserver(ProductObserver observer) {
        this.observers.remove(observer);
    }

    public void addNewProduct(String name, double price) {
        Product p = new Product(name, price);
        products.put(p.getName(), p);
        // 通知观察者:
        observers.forEach(o -> o.onPublished(p));
    }

    public void setProductPrice(String name, double price) {
        Product p = products.get(name);
        p.setPrice(price);
        // 通知观察者:
        observers.forEach(o -> o.onPriceChanged(p));
    }
}

就是这么一个小小的改动,使得观察者类型就可以无限扩充,而且,观察者的定义可以放到客户端:

// observer:
Admin a = new Admin();
Customer c = new Customer();
// store:
Store store = new Store();
// 注册观察者:
store.addObserver(a);
store.addObserver(c);

甚至可以注册匿名观察者:

store.addObserver(new ProductObserver() {
    public void onPublished(Product product) {
        System.out.println("[Log] on product published: " + product);
    }

    public void onPriceChanged(Product product) {
        System.out.println("[Log] on product price changed: " + product);
    }
});

用一张图画出观察者模式:

┌─────────┐      ┌───────────────┐
│  Store  │─ ─ ─>│ProductObserver│
└─────────┘      └───────────────┘
     │                   ▲
                         │
     │             ┌─────┴─────┐
     ▼             │           │
┌─────────┐   ┌─────────┐ ┌─────────┐
│ Product │   │  Admin  │ │Customer │ ...
└─────────┘   └─────────┘ └─────────┘

观察者模式也有很多变体形式。有的观察者模式把被观察者也抽象出接口:

public interface ProductObservable { // 注意此处拼写是Observable不是Observer!
    void addObserver(ProductObserver observer);
    void removeObserver(ProductObserver observer);
}

对应的实体被观察者就要实现该接口:

public class Store implements ProductObservable {
    ...
}

有些观察者模式把通知变成一个Event对象,从而不再有多种方法通知,而是统一成一种:

public interface ProductObserver {
    void onEvent(ProductEvent event);
}

让观察者自己从Event对象中读取通知类型和通知数据。

广义的观察者模式包括所有消息系统。所谓消息系统,就是把观察者和被观察者完全分离,通过消息系统本身来通知:

                 ┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┐
                   Messaging System
                 │                       │
                   ┌──────────────────┐
              ┌──┼>│Topic:newProduct  │──┼─┐    ┌─────────┐
              │    └──────────────────┘    ├───>│ConsumerA│
┌─────────┐   │  │ ┌──────────────────┐  │ │    └─────────┘
│Producer │───┼───>│Topic:priceChanged│────┘
└─────────┘   │  │ └──────────────────┘  │
              │    ┌──────────────────┐         ┌─────────┐
              └──┼>│Topic:soldOut     │──┼─────>│ConsumerB│
                   └──────────────────┘         └─────────┘
                 └ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┘

消息发送方称为Producer,消息接收方称为Consumer,Producer发送消息的时候,必须选择发送到哪个Topic。Consumer可以订阅自己感兴趣的Topic,从而只获得特定类型的消息。

使用消息系统实现观察者模式时,Producer和Consumer甚至经常不在同一台机器上,并且双方对对方完全一无所知,因为注册观察者这个动作本身都在消息系统中完成,而不是在Producer内部完成。

此外,注意到我们在编写观察者模式的时候,通知Observer是依靠语句:

observers.forEach(o -> o.onPublished(p));

这说明各个观察者是依次获得的同步通知,如果上一个观察者处理太慢,会导致下一个观察者不能及时获得通知。此外,如果观察者在处理通知的时候,发生了异常,还需要被观察者处理异常,才能保证继续通知下一个观察者。

思考:如何改成异步通知,使得所有观察者可以并发同时处理?

有的童鞋可能发现Java标准库有个java.util.Observable类和一个Observer接口,用来帮助我们实现观察者模式。但是,这个类非常不!好!用!实现观察者模式的时候,也不推荐借助这两个东东。

练习

Store增加一种类型的观察者,并把通知改为异步。

观察者模式练习

小结

观察者模式,又称发布-订阅模式,是一种一对多的通知机制,使得双方无需关心对方,只关心通知本身。


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