21.观察者模式Observer

1.初识观察者模式

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。

  • Subject:目标对象,通常具有如下功能:
    (1)一个目标可以被多个观察者观察
    (2)目标提供对观察者注册和退订的维护
    (3)当目标的状态发生变化时,目标负责通知所有注册的、有效的观察者
    Observer:定义观察者的接口,提供目标通知时对应的更新方法,这个更新方法进行相应的业务处理,可以在这个方法里面回调目标对象,以获取目标对象的数据。
    ConcreteSubject:具体的目标实现对象,用来维护目标状态,当目标对象的状态发生改变时,通知所有注册有效的观察者,让观察者执行相应的处理。
    ConcreteObserver:观察者的具体实现对象,用来接收目标的通知,并进行相应的后续处理,比如更新自身的状态以保持和目标的相应状态一致。

2.体会观察者模式

2.1 场景问题——订阅报纸

订阅报纸的过程


在整个过程中,邮局只不过起到一个中转的作用,为了简单,我们去掉邮局,让订阅者直接和报社交互


订阅报纸的问题:
在上述过程中,订阅者在完成订阅后,最关心的问题就是何时能收到新出的报纸。幸好在现实生活中,报纸都是定期出版,这样发放到订阅者手中也基本上有一个大致的时间范围,差不多到时间了,订阅者就会看看邮箱,查收新的报纸。

要是报纸出版的时间不固定呢?

那订阅者就麻烦了,如果订阅者想要第一时间阅读到新报纸,恐怕只能天天守着邮箱了,这未免也太痛苦了吧。

继续引申一下,用类来描述上述的过程,描述如下:
订阅者类向出版者类订阅报纸,很明显不会只有一个订阅者订阅报纸,订阅者类可以有很多;当出版者类出版新报纸的时候,多个订阅者类如何知道呢?还有订阅者类如何得到新报纸的内容呢?

把上面的问题对比描述一下:



进一步抽象描述这个问题:当一个对象的状态发生改变的时候,如何让依赖于它的所有对象得到通知,并进行相应的处理呢?

2.2 使用模式的解决方案

3.理解观察者模式

3.1 认识观察者模式

3.1.1 目标和观察者之间的关系

按照模式的定义,目标和观察者之间是典型的一对多的关系。

但是要注意,如果观察者只有一个,也是可以的,这样就变相实现了目标和观察者之间一对一的关系,这也使得在处理一个对象的状态变化会影响到另一个对象的时候,也可以考虑使用观察者模式。

同样的,一个观察者也可以观察多个目标,如果观察者为多个目标定义的通知更新方法都是update方法的话,这会带来麻烦,因为需要接收多个目标的通知,如果是一个update的方法,那就需要在方法内部区分,到底这个更新的通知来自于哪一个目标,不同的目标有不同的后续操作。

一般情况下,观察者应该为不同的观察者目标,定义不同的回调方法,这样实现最简单,不需要在update方法内部进行区分。

3.1.2 单向依赖

在观察者模式中,观察者和目标是单向依赖的,只有观察者依赖于目标,而目标是不会依赖于观察者的。

它们之间联系的主动权掌握在目标手中,只有目标知道什么时候需要通知观察者,在整个过程中,观察者始终是被动的,被动的等待目标的通知,等待目标传值给它。

对目标而言,所有的观察者都是一样的,目标会一视同仁的对待。当然也可以通过在目标里面进行控制,实现有区别对待观察者,比如某些状态变化,只需要通知部分观察者,但那是属于稍微变形的用法了,不属于标准的、原始的观察者模式了。

3.1.3 基本的实现说明

具体的目标实现对象要能维护观察者的注册信息,最简单的实现方案就如同前面的例子那样,采用一个集合来保存观察者的注册信息。

具体的目标实现对象需要维护引起通知的状态,一般情况下是目标自身的状态,变形使用的情况下,也可以是别的对象的状态。

具体的观察者实现对象需要能接收目标的通知,能够接收目标传递的数据,或者是能够主动去获取目标的数据,并进行后续处理。

如果是一个观察者观察多个目标,那么在观察者的更新方法里面,需要去判断是来自哪一个目标的通知。一种简单的解决方案就是扩展update方法,比如在方法里面多传递一个参数进行区分等;还有一种更简单的方法,那就是干脆定义不同的回调方法。

3.1.4 命名建议

(1)观察者模式又被称为发布-订阅模式
(2)目标接口的定义,建议在名称后面跟Subject
(3)观察者接口的定义,建议在名称后面跟Observer
(4)观察者接口的更新方法,建议名称为update,当然方法的参数可以根据需要定义,参数个数不限、参数类型不限

3.1.5 触发通知的时机

一般情况下,是在完成了状态维护后触发,因为通知会传递数据,不能够先通知后改数据,这很容易出问题,会导致观察者和目标对象的状态不一致。

3.1.6 相互观察

A对象的状态变化会引起C对象的联动操作,反过来,C 对象的状态变化也会引起A对象的联动操作。对于出现这种状况,要特别小心处理,因为可能会出现死循环的情况。

3.1.7 观察者模式的调用顺序示意图

在使用观察者模式时,会很明显的分成两个阶段,第一个阶段是准备阶段,也就是维护目标和观察者关系的阶段,这个阶段的调用顺序如图


接下来就是实际的运行阶段了,这个阶段的调用顺序如图


3.1.8 通知的顺序

从理论上说,当目标对象的状态变化后通知所有观察者的时候,顺序是不确定的,因此观察者实现的功能,绝对不要依赖于通知的顺序,也就是说,多个观察者之间的功能是平行的,相互不应该有先后的依赖关系。

3.2 推模型和拉模型

推模型:目标对象主动向观察者推送目标的详细信息,不管观察者是否需要,推送的信息通常是目标对象的全部或部分数据,相当于是在广播通信。

拉模型:目标对象在通知观察者的时候,只传递少量信息,如果观察者需要更具体的信息,由观察者主动到目标对象中获取,相当于是观察者从目标对象中拉数据。

一般这种模型的实现中,会把目标对象自身通过update方法传递给观察者,这样在观察者需要获取数据的时候,就可以通过这个引用来获取了

关于两种模型的比较:
两种实现模型,在开发的时候,究竟应该使用哪一种,还是应该具体问题具体分析。这里,只是把两种模型进行一个简单的比较。

  • 1)推模型是假定目标对象知道观察者需要的数据;而拉模型是目标对象不知道观察者具体需要什么数据,没有办法的情况下,干脆把自身传给观察者,让观察者自己去按需取值。
  • 2)推模型可能会使得观察者对象难以复用,因为观察者定义的update方法是按需而定义的,可能无法兼顾没有考虑到的使用情况。这就意味着出现新情况的时候,就可能需要提供新的update方法,或者是干脆重新实现观察者。

而拉模型就不会造成这样的情况,因为拉模型下,update方法的参数是目标对象本身,这基本上是目标对象能传递的最大数据集合了,基本上可以适应各种情况的需要。

3.3 Java中的观察者模式

在java.util包里面有一个类Observable,它实现了大部分我们需要的目标的功能;还有一个接口Observer,它里面定义了update的方法,就是观察者的接口。

3.4 Swing中的观察者模式

Swing中到处都是观察者模式的身影,比如大家熟悉的事件处理,就是典型的观察者模式的应用。(说明一下:早期的Swing事件处理用的是职责链)

Swing组件是被观察的目标,而每个实现监听器的类就是观察者,监听器的
接口就是观察者的接口,在调用addXXXListener方法的时候就相当于注册观察者。

当组件被点击,状态发生改变的时候,就会产生相应的通知,会调用注册的观察者的方法,就是我们所实现的监听器的方法。

从这里还可以学一招:如何处理一个观察者观察多个目标对象

3.5 观察者模式的优缺点

  • 观察者模式实现了观察者和目标之间的抽象耦合
  • 观察者模式实现了动态联动
  • 观察者模式支持广播通信
  • 观察者模式可能会引起无谓的操作

4.思考观察者模式

4.1 观察者模式的本质

触发联动

4.2 何时选用

  • 1)当一个抽象模型有两个方面,其中一个方面的操作依赖于另一个方面的状态变化,那么就可以选用观察者模式。
  • 2)如果在更改一个对象的时候,需要同时连带改变其它的对象,而且不知道究竟应该有多少对象需要被连带改变,这种情况可以选用观察者模式,被更改的那一个对象很明显就相当于是目标对象,而需要连带修改的多个其它对象,就作为多个观察者对象了。
  • 3)当一个对象必须通知其它的对象,但是你又希望这个对象和其它被它通知的对象是松散耦合的,也就是说这个对象其实不想知道具体被通知的对象,这种情况可以选用观察者模式,这个对象就相当于是目标对象,而被它通知的对象就是观察者对象了。

4.3 简单变形使用示例(区别对待观察者)

1.范例需求
这是一个实际系统的简化需求:在一个水质监测系统中有这样一个功能,当水中的杂质为正常的时候,只是通知监测人员做记录;当为轻度污染的时候,除了通知监测人员做记录外,还要通知预警人员,判断是否需要预警;当为中度或者高度污染的时候,除了通知监测人员做记录外,还要通知预警人员,判断是否需要预警,同时还要通知监测部门领导做相应的处理。

2.解决思路和范例代码
分析上述需求就会发现,对于水质污染这件事情,有可能会涉及到监测员、预警人员、监测部门领导,根据不同的水质污染情况涉及到不同的人员,也就是说,监测员、预警人员、监测部门领导他们三者是平行的,职责都是处理水质污染,但是处理的范围不一样。

因此很容易套用上观察者模式,如果把水质污染的记录当作被观察的目标的话,那么监测员、预警人员和监测部门领导就都是观察者了。

前面学过的观察者模式,当目标通知观察者的时候是全部都通知,但是现在这个需求是不同的情况来让不同的人处理,怎么办呢?

解决的方式通常有两种:
一种是目标可以通知,但是观察者不做任何操作;
另外一种是在目标里面进行判断,干脆就不通知了。
两种实现方式各有千秋,这里选择后面一种方式来示例,这种方式能够统一逻辑控制,并进行观察者的统一分派,有利于业务控制和今后的扩展。

5.案例:View-Model

大名鼎鼎的 MVC 模式大家一定都听过,MVC 分别指 Model、View、Controller。在标准 MVC 模型中,当 Model 改变时,View 视图会自动改变;View 和 Model 之间就是典型的观察者模式。

谁是观察者,谁是被观察者?收通知的就是观察者。在 View 和 Model 中,显然 View 收通知的那一方,那么 View 就是观察者。

在 Web 应用中,由于 View 是在浏览器端展示,而 Model 是在服务端,因此不好体现观察者模式,但是在桌面应用中体现得淋漓尽致。

另外:MVVM 是双向绑定,View 改变,Model 也自动更新。其实原理很简单,双方互为观察者即可。

参考

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