Java 怎么实现观察者模式，有什么优缺点

观察者模式是一种常用的设计模式，它用于在对象之间建立一对多的关系，当一个对象状态发生改变时，它的所有依赖对象都会收到通知并自动更新。在 Java 中，观察者模式可以使用 Java 自带的 Observer 和 Observable 类来实现。本文将深入探讨 Java 中观察者模式的实现方式、优缺点，并提供相应的代码示例。

一、Java 中的观察者模式

在 Java 中，观察者模式可由两个类来实现：Observable（被观察者）和 Observer（观察者）。Observable 类维护一个观察者列表，当其状态发生改变时，会通知所有观察者。Observer 类则定义了一个更新接口，用于在被观察者状态发生改变时更新自身状态。

以下是 Observable 类的简单实现：

import java.util.Observable;

public class MyObservable extends Observable {
    private String message;

    public void setMessage(String message) {
        this.message = message;
        setChanged(); // 标记状态已改变
        notifyObservers(message); // 通知所有观察者
    }
}

在上述示例中，MyObservable 继承了 Java 自带的 Observable 类，并添加了一个 message 属性。当 message 属性发生改变时，MyObservable 会调用 setChanged() 方法标记状态已改变，并调用 notifyObservers() 方法通知所有观察者。以下是 Observer 类的简单实现：

import java.util.Observable;
import java.util.Observer;

public class MyObserver implements Observer {
    private String name;

    public MyObserver(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void update(Observable o, Object arg) {
        System.out.println(name   " received message: "   arg);
    }
}

在上述示例中，MyObserver 实现了 Observer 接口，用于在被观察者状态发生改变时更新自身状态。当 MyObserver 接收到被观察者发来的消息时，它将打印消息内容。

二、观察者模式的优缺点

观察者模式的优点在于解耦，被观察者与观察者之间的关系是松散的，它们之间仅通过接口进行交互。这意味着被观察者和观察者可以独立进行修改而不会影响到对方，同时也可以方便地添加或删除观察者。观察者模式也可以用于实现异步通知机制，提高程序的响应速度和可伸缩性。

观察者模式的缺点在于可能会导致性能问题，当观察者较多且被观察者状态频繁发生改变时，通知所有观察者可能会成为瓶颈。此外，观察者模式也可能引起循环引用的问题，需要谨慎处理。

三、示例代码

以下是一个完整的 Java 观察者模式示例代码：

import java.util.Observable;
import java.util.Observer;

public class ObserverPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyObservable observable = new MyObservable();

        MyObserver observer1 = new MyObserver("Observer 1");
        MyObserver observer2 = new MyObserver("Observer 2");

        observable.addObserver(observer1);
        observable.addObserver(observer2);

        observable.setMessage("Hello, World!");
    }
}

class MyObservable extends Observable {
    private String message;

    public void setMessage(String message) {
        this.message = message;
        setChanged();
        notifyObservers(message);
    }
}

class MyObserver implements Observer {
    private String name;

    public MyObserver(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void update(Observable o, Object arg) {
        System.out.println(name   " received message: "   arg);
    }
}

在上述示例中，我们创建了一个 MyObservable 对象，并添加了两个观察者 observer1 和 observer2。当 MyObservable 的 message 属性发生改变时，它会通知所有观察者并打印消息内容。

总结

观察者模式是一种常用的设计模式，它可以用于在对象之间建立一对多的关系，当一个对象状态发生改变时，它的所有依赖对象都会收到通知并自动更新。在 Java 中，观察者模式可以使用 Java 自带的 Observer 和 Observable 类来实现。观察者模式的优点在于解耦，缺点在于可能会导致性能问题和循环引用的问题，需要谨慎使用。

四、观察者模式的应用场景

观察者模式在实际应用中非常常见，例如 GUI 框架、事件驱动机制、消息队列等都可以使用观察者模式。下面列举一些常见的应用场景：

1. 消息通知机制：当某个对象的状态发生变化时，需要通知其它对象进行相应的处理，比如在 Android 中，当用户点击某个按钮时，需要通知 Activity 进行相应的处理。
2. 订阅/发布模式：例如在微信公众号或者博客等平台中，用户可以订阅某个作者的文章，当作者发布新文章时，订阅者会收到通知。
3. 聊天室：聊天室中的用户可以互相发送消息，当有新消息时，聊天室中所有的用户都会收到通知。
4. 监听器模式：例如在 Java 中，使用监听器模式可以监听某个对象的事件，并在事件发生时执行相应的处理逻辑。

五、观察者模式和发布订阅模式的区别

观察者模式和发布订阅模式在实现方式上有些相似，但它们之间还是有一些区别的。

观察者模式中，被观察者和观察者之间是直接联系的，被观察者维护一个观察者列表，当状态发生变化时，主动通知所有的观察者。观察者模式中，观察者是知道被观察者的存在的，被观察者对观察者一无所知。

而在发布订阅模式中，发布者和订阅者之间是没有直接联系的，发布者将消息发布到主题中心，订阅者从主题中心订阅消息，当有消息发生时，主题中心会将消息发送给所有订阅者。发布订阅模式中，发布者和订阅者之间是通过主题中心进行联系的，它们之间是相互独立的。

六、总结

本文介绍了 Java 中观察者模式的实现方式和优缺点，并提供了相应的代码示例。观察者模式是一种常用的设计模式，可以用于在对象之间建立一对多的关系，当一个对象状态发生改变时，它的所有依赖对象都会收到通知并自动更新。观察者模式的优点在于解耦，缺点在于可能会导致性能问题和循环引用的问题，需要谨慎使用。观察者模式在实际应用中非常常见，例如 GUI 框架、事件驱动机制、消息队列等都可以使用观察者模式。同时，本文还介绍了观察者模式和发布订阅模式之间的区别，希望能够对读者有所帮助。

七、常见问题及解决方案

循环引用问题

在使用观察者模式时，如果被观察者和观察者出现循环引用，可能会导致内存泄漏等问题。解决这个问题的方法是使用弱引用（WeakReference）或者软引用（SoftReference）来存储观察者，当观察者被垃圾回收时，不会影响到被观察者的正常运行。

性能问题

在使用观察者模式时，如果观察者数量过多或者被观察者的状态变化频繁，可能会导致性能问题。解决这个问题的方法是采用异步通知的方式，即在被观察者的状态发生变化时，先将通知放入队列中，然后由另外的线程异步地进行通知，可以有效避免性能问题。

多线程问题

在多线程环境中，观察者模式需要考虑线程安全的问题，即在修改被观察者的状态时需要进行同步操作。可以使用 synchronized 或者 Lock 来实现同步。

八、参考资料

1. 《设计模式：可复用面向对象软件的基础》（Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, John Vlissides 著，机械工业出版社，2007）
2. 《Java核心技术卷I》（Cay S. Horstmann, Gary Cornell 著，机械工业出版社，2018）
3. 《Effective Java》（Joshua Bloch 著，机械工业出版社，2018）

这篇好文章是转载于：学新通技术网