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设计模式之【观察者模式】，MQ的单机实现雏形

秃了也弱了。 2024-06-17 11:28:08
简介设计模式之【观察者模式】，MQ的单机实现雏形

文章目录

一、什么是观察者模式

观察者模式（Observer Pattern），又叫发布-订阅（Publish/Subscribe）模式、模型-视图（Model/View）模式、源-监听器（Source/Listener）模式或从属者（Dependents）模式。定义一种一对多的依赖关系，一个主题对象可被多个观察者对象同时监听，使得每当主题对象状态变化时，所有依赖于它的对象都会得到通知并被自动更新。属于行为型模式。

观察者模式的核心是将观察者与被观察者解耦，以类似于消息/广播发送的机制联动两者，使被观察者的变动能通知到感兴趣的观察者们，从而做出相应的响应。

1、观察者模式应用场景

在软件系统中，当系统一方行为依赖于另一方行为的变动时，可以使用观察者模式松耦合联动双方，使得一方的变动可以通知到感兴趣的另一方对象，从而让另一方对象对此做出响应。观察者模式适用于以下几种应用场景：

  • 当一个抽象模型包含两个方面的内容，其中一个方面依赖于另一个方面；
  • 其他一个或多个对象的变化依赖于另一个对象的变化；
  • 实现类似广播机制的功能，无需知道具体收听者，只需分发广播，系统中感兴趣的对象会自动接收该广播；
  • 多层级嵌套使用，形成一种链式触发机制，使得事件具备跨域（跨越两种观察者类型）通知。

2、观察者模式的四大角色

在这里插入图片描述

  • Subject：抽象主题（抽象被观察者），抽象主题角色把所有观察者对象保存在一个集合里，每个主题都可以有任意数量的观察者，抽象主题提供一个接口，可以增加和删除观察者对象。
  • ConcreteSubject：具体主题（具体被观察者），该角色将有关状态存入具体观察者对象，在具体主题的内部状态发生改变时，给所有注册过的观察者发送通知。
  • Observer：抽象观察者，是观察者的抽象类，它定义了一个更新接口，使得在得到主题更改通知时更新自己。
  • ConcrereObserver：具体观察者，实现抽象观察者定义的更新接口，以便在得到主题更改通知时更新自身的状态。

3、观察者模式优缺点

优点：

  • 观察者和被观察者是松耦合（抽象耦合）的，符合依赖倒置原则；
  • 分离了表示层（观察者）和数据逻辑层（被观察者），并建立了一套触发机制，使得数据的变化可以响应到多个表示层上；
  • 实现了一对多的通讯机制，支持事件注册机制，支持兴趣分发机制，当被观察者触发事件时，只有感兴趣的观察者可以接收到通知。

缺点：

  • 如果观察者数量过多，则事件通知会耗时较长；
  • 事件通知呈线性关系，如果其中一个观察者处理事件卡壳，会影响后续的观察者接收该事件；
  • 如果观察者和被观察者之间存在循环依赖，则可能造成两者之间的循环调用，导致系统崩溃。

4、观察者模式和中介模式的区别

观察者模式有多种实现方式。虽然经典的实现方式没法彻底解耦观察者和被观察者，观察者需要注册到被观察者中，被观察者状态更新需要调用观察者的 update() 方法。但是，在跨进程的实现方式中，我们可以利用消息队列实现彻底解耦，观察者和被观察者都只需要跟消息队列交互，观察者完全不知道被观察者的存在，被观察者也完全不知道观察者的存在。

中介模式也是为了解耦对象之间的交互，所有的参与者都只与中介进行交互。而观察者模式中的消息队列，就有点类似中介模式中的“中介”，观察者模式的中观察者和被观察者，就有点类似中介模式中的“参与者”。

在观察者模式中，尽管一个参与者既可以是观察者，同时也可以是被观察者，但是，大部分情况下，交互关系往往都是单向的，一个参与者要么是观察者，要么是被观察者，不会兼具两种身份。也就是说，在观察者模式的应用场景中，参与者之间的交互关系比较有条理。

而中介模式正好相反。只有当参与者之间的交互关系错综复杂，维护成本很高的时候，我们才考虑使用中介模式。毕竟，中介模式的应用会带来一定的副作用，它有可能会产生大而复杂的上帝类。除此之外，如果一个参与者状态的改变，其他参与者执行的操作有一定先后顺序的要求，这个时候，中介模式就可以利用中介类，通过先后调用不同参与者的方法，来实现顺序的控制，而观察者模式是无法实现这样的顺序要求的。

二、实例

1、观察者模式的一般写法

//抽象观察者
public interface IObserver<E> {
    void update(E event);
}
//具体观察者
public class ConcreteObserver<E> implements IObserver<E> {
    public void update(E event) {
        System.out.println("receive event: " + event);
    }
}

//抽象主题者
public interface ISubject<E> {
    boolean attach(IObserver<E> observer);

    boolean detach(IObserver<E> observer);

    void notify(E event);
}
//具体主题者
public class ConcreteSubject<E> implements ISubject<E> {
    private List<IObserver<E>> observers = new ArrayList<IObserver<E>>();

    public boolean attach(IObserver<E> observer) {
        return !this.observers.contains(observer) && this.observers.add(observer);
    }

    public boolean detach(IObserver<E> observer) {
        return this.observers.remove(observer);
    }

    public void notify(E event) {
        for (IObserver<E> observer : this.observers) {
            observer.update(event);
        }
    }
}

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        // 被观察者
        ISubject<String> observable = new ConcreteSubject<String>();
        // 观察者
        IObserver<String> observer = new ConcreteObserver<String>();
        // 注册
        observable.attach(observer);
        // 通知
        observable.notify("hello");
    }

}

2、微信公众号案例

在使用微信公众号时，大家都会有这样的体验，当你关注的公众号中有新内容更新的话，它就会推送给关注公众号的微信用户端。我们使用观察者模式来模拟这样的场景，微信用户就是观察者，微信公众号是被观察者，有多个的微信用户关注了程序猿这个公众号。

类图如下：
在这里插入图片描述

// 定义抽象观察者类，里面定义一个更新的方法
public interface Observer {
	void update(String message);
}
// 定义具体观察者类，微信用户是观察者，里面实现了更新的方法
public class WeixinUser implements Observer {
	// 微信用户名
	private String name;
	public WeixinUser(String name) {
		this.name = name;
	}
	@Override
	public void update(String message) {
		System.out.println(name + "-" + message);
	}
}

// 定义抽象主题类，提供了attach、detach、notify三个方法
public interface Subject {
	//增加订阅者
	public void attach(Observer observer);
	//删除订阅者
	public void detach(Observer observer);
	//通知订阅者更新消息
	public void notify(String message);
}
// 微信公众号是具体主题（具体被观察者），里面存储了订阅该公众号的微信用户，并实现了抽象主题中的方法
public class SubscriptionSubject implements Subject {
	//储存订阅公众号的微信用户
	private List<Observer> weixinUserlist = new ArrayList<Observer>();
	@Override
	public void attach(Observer observer) {
		weixinUserlist.add(observer);
	}
	@Override
	public void detach(Observer observer) {
		weixinUserlist.remove(observer);
	}
	@Override
	public void notify(String message) {
		for (Observer observer : weixinUserlist) {
			observer.update(message);
		}
	}
}

// 客户端程序
public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		SubscriptionSubject mSubscriptionSubject=new SubscriptionSubject();
		//创建微信用户
		WeixinUser user1=new WeixinUser("孙悟空");
		WeixinUser user2=new WeixinUser("猪悟能");
		WeixinUser user3=new WeixinUser("沙悟净");
		//订阅公众号
		mSubscriptionSubject.attach(user1);
		mSubscriptionSubject.attach(user2);
		mSubscriptionSubject.attach(user3);
		//公众号更新发出消息给订阅的微信用户
		mSubscriptionSubject.notify("秃了也弱了的专栏更新了");
	}
}

3、鼠标响应事件API案例

做过安卓或者是桌面程序的小伙伴会对这很熟悉，鼠标点击事件也都是通过观察者模式来实现的，我们自己用代码来实现一下。

/**
 * 观察者抽象
 */
public interface EventListener {

}

import java.lang.reflect.Method;
// 事件
public class Event {
    //事件源，动作是由谁发出的
    private Object source;
    //事件触发，要通知谁（观察者）
    private EventListener target;
    //观察者给的回应
    private Method callback;
    //事件的名称
    private String trigger;
    //事件的触发事件
    private long time;

    public Event(EventListener target, Method callback) {
        this.target = target;
        this.callback = callback;
    }

    public Object getSource() {
        return source;
    }

    public Event setSource(Object source) {
        this.source = source;
        return this;
    }

    public String getTrigger() {
        return trigger;
    }

    public Event setTrigger(String trigger) {
        this.trigger = trigger;
        return this;
    }

    public long getTime() {
        return time;
    }

    public Event setTime(long time) {
        this.time = time;
        return this;
    }

    public Method getCallback() {
        return callback;
    }

    public EventListener getTarget() {
        return target;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Event{" +
                "source=" + source +
                ", target=" + target +
                ", callback=" + callback +
                ", trigger='" + trigger + ''' +
                ", time=" + time +
                '}';
    }
}


import java.lang.reflect.Method;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
/**
 * 被观察者的抽象
 */
public class EventContext {
    protected Map<String,Event> events = new HashMap<String,Event>();

    public void addLisenter(String eventType, EventListener target, Method callback){
        events.put(eventType,new Event(target,callback));
    }

    public void addLisenter(String eventType, EventListener target){
        try {
            this.addLisenter(eventType, target, target.getClass().getMethod("on" + toUpperFirstCase(eventType), Event.class));
        }catch (NoSuchMethodException e){
            return;
        }
    }

    private String toUpperFirstCase(String eventType) {
        char [] chars = eventType.toCharArray();
        chars[0] -= 32;
        return String.valueOf(chars);
    }

    private void trigger(Event event){
        event.setSource(this);
        event.setTime(System.currentTimeMillis());

        try {
            if (event.getCallback() != null) {
                //用反射调用回调函数
                event.getCallback().invoke(event.getTarget(), event);
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

    protected void trigger(String trigger){
        if(!this.events.containsKey(trigger)){return;}
        trigger(this.events.get(trigger).setTrigger(trigger));
    }
}


// 观察类型
public interface MouseEventType {
    String ON_CLICK = "click";

    String ON_MOVE = "move";
}


/**
 * 具体的被观察者
 */
public class Mouse extends EventContext {
    public void click(){
        System.out.println("调用单击方法");
        this.trigger(MouseEventType.ON_CLICK);
    }

    public void move(){
        System.out.println("调用移动方法");
        this.trigger(MouseEventType.ON_MOVE);
    }
}


/**
 * 观察者
 */
public class MouseEventLisenter implements EventListener {

    public void onClick(Event e){
        System.out.println("==========触发鼠标单击事件========
" + e);
    }

    public void onMove(Event e){

        System.out.println("==========触发鼠标移动事件========
" + e);
    }
}


// 客户端代码
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        MouseEventLisenter lisenter = new MouseEventLisenter();

        Mouse mouse = new Mouse();
        mouse.addLisenter(MouseEventType.ON_CLICK,lisenter);
        mouse.addLisenter(MouseEventType.ON_MOVE,lisenter);

        mouse.click();
        mouse.move();
    }
}

三、实现一个异步非阻塞框架

我们前面介绍过，观察者模式的一个弊端就是需要一个个通知，如果其中一个观察者处理事件卡壳，会影响后续的观察者接收该事件。

1、EventBus

EventBus 翻译为“事件总线”，它提供了实现观察者模式的骨架代码。我们可以基于此框架，非常容易地在自己的业务场景中实现观察者模式，不需要从零开始开发。其中，Google Guava EventBus 就是一个比较著名的 EventBus 框架，它不仅仅支持异步非阻塞模式，同时也支持同步阻塞模式。

2、使用MQ

使用MQ可以应用于分布式场景的发布订阅模型。

四、源码中的观察者模式

1、Observable/Observer

在 Java 中，通过 java.util.Observable 类和 java.util.Observer 接口定义了观察者模式，只要实现它们的子类就可以编写观察者模式实例。

Observable 类是抽象目标类（被观察者），它有一个 Vector 集合成员变量，用于保存所有要通知的观察者对象，下面来介绍它最重要的 3 个方法。

  • void addObserver(Observer o) 方法：用于将新的观察者对象添加到集合中。
  • void notifyObservers(Object arg) 方法：调用集合中的所有观察者对象的 update方法，通知它们数据发生改变。通常越晚加入集合的观察者越先得到通知。
  • void setChange() 方法：用来设置一个 boolean 类型的内部标志，注明目标对象发生了变化。当它为true时，notifyObservers() 才会通知观察者。

Observer 接口是抽象观察者，它监视目标对象的变化，当目标对象发生变化时，观察者得到通知，并调用 update 方法，进行相应的工作。

我们实现一个警察抓小偷的案例，警察是观察者，小偷是被观察者。代码如下：

// 小偷是一个被观察者，所以需要继承Observable类
public class Thief extends Observable {
	private String name;
	public Thief(String name) {
		this.name = name;
	}
	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
	public String getName() {
		return name;
	}
	public void steal() {
		System.out.println("小偷：我偷东西了，有没有人来抓我！！！");
		super.setChanged(); //changed = true
		super.notifyObservers();
	}
}

// 警察是一个观察者，所以需要让其实现Observer接口
public class Policemen implements Observer {
	private String name;
	public Policemen(String name) {
		this.name = name;
	}
	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
	public String getName() {
		return name;
	}
	@Override
	public void update(Observable o, Object arg) {
		System.out.println("警察：" + ((Thief) o).getName() + "，我已经盯你很久了，你可以保持沉默，但你所说的将成为呈堂证供！！！");
	}
}

// 客户端代码
public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		//创建小偷对象
		Thief t = new Thief("隔壁老王");
		//创建警察对象
		Policemen p = new Policemen("小李");
		//让警察盯着小偷
		t.addObserver(p);
		//小偷偷东西
		t.steal();
	}
}

2、Flow API

但是Observable和Observer在jdk1.9之后被弃用了。取而代之的是java.util.concurrent.Flow 类：
响应式编程详解，带你熟悉Reactor响应式编程

3、Spring中的Event

Spring事件详解，Spring-Event源码详解，一文搞透Spring事件管理

风语者！平时喜欢研究各种技术，目前在从事后端开发工作，热爱生活、热爱工作。

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