设计模式探索:观察者模式

1. 观察者模式

1.1 什么是观察者模式

观察者模式用于建立一种对象与对象之间的依赖关系,当一个对象发生改变时将自动通知其他对象,其他对象会相应地作出反应。

在观察者模式中有如下角色:

  • Subject(抽象主题/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): 观察者的抽象类,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。
  • ConcreteObserver(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。在具体观察者中维护一个指向具体目标对象的引用,存储具体观察者的有关状态,这些状态需要与具体目标保持一致。
1.2 观察者模式实现
  • 观察者
java 复制代码
/**
 * 抽象观察者
 */
public interface Observer {
    // update方法: 为不同观察者的更新(响应)行为定义相同的接口,不同的观察者对该方法有不同的实现
    void update();
}

/**
 * 具体观察者
 */
public class ConcreteObserverOne implements Observer {
    @Override
    public void update() {
        // 获取消息通知,执行业务代码
        System.out.println("ConcreteObserverOne 得到通知!");
    }
}

/**
 * 具体观察者
 */
public class ConcreteObserverTwo implements Observer {
    @Override
    public void update() {
        // 获取消息通知,执行业务代码
        System.out.println("ConcreteObserverTwo 得到通知!");
    }
}
  • 被观察者
java 复制代码
/**
 * 抽象目标类
 */
public interface Subject {
    void attach(Observer observer);
    void detach(Observer observer);
    void notifyObservers();
}

/**
 * 具体目标类
 */
public class ConcreteSubject implements Subject {
    // 定义集合,存储所有观察者对象
    private ArrayList<Observer> observers = new ArrayList<>();

    // 注册方法,向观察者集合中增加一个观察者
    @Override
    public void attach(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    // 注销方法,用于从观察者集合中删除一个观察者
    @Override
    public void detach(Observer observer) {
        observers.remove(observer);
    }

    // 通知方法
    @Override
    public void notifyObservers() {
        // 遍历观察者集合,调用每一个观察者的响应方法
        for (Observer obs : observers) {
            obs.update();
        }
    }
}
  • 测试类
java 复制代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建目标类(被观察者)
        ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();

        // 注册观察者类,可以注册多个
        subject.attach(new ConcreteObserverOne());
        subject.attach(new ConcreteObserverTwo());

        // 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。
        subject.notifyObservers();
    }
}

2. 发布订阅模式与观察者模式的区别

2.1 定义上的不同

发布订阅模式属于广义上的观察者模式。

  • 发布订阅模式是最常用的一种观察者模式的实现,从解耦和重用角度来看,更优于典型的观察者模式。
2.2 两者的区别

我们来看一下观察者模式与发布订阅模式结构上的区别

操作流程上的区别

  • 观察者模式:数据源直接通知订阅者发生改变。
  • 发布订阅模式:数据源告诉第三方(事件通道)发生了改变,第三方再通知订阅者发生了改变。

3. 观察者模式在实际开发中的应用

3.1 实际开发中的需求场景

在我们日常业务开发中,观察者模式的一个重要作用在于实现业务的解耦 。以用户注册的场景为例,假设在用户注册完成时,需要给该用户发送邮件、发送优惠券等操作,如下图所示:

使用观察者模式之后

  • UserService 在完成自身的用户注册逻辑之后,仅需要发布一个 UserRegisterEvent 事件,而无需关注其它拓展逻辑。
  • 其它 Service 可以自己 订阅 UserRegisterEvent 事件,实现自定义的拓展逻辑。

3.2 Spring事件机制

Spring 基于观察者模式,实现了自身的事件机制,由三部分组成:

  • 事件 ApplicationEvent :通过继承 它,实现自定义事件。另外,通过它的 source 属性可以获取事件timestamp 属性可以获得发生时间。
  • 事件发布者 ApplicationEventPublisher:通过它,可以进行事件的发布。
  • 事件监听器 ApplicationListener :通过实现它,进行指定类型的事件的监听。
3.3 代码实现

(1) UserRegisterEvent

  • 创建 UserRegisterEvent 事件类,继承 ApplicationEvent 类,用户注册事件。代码如下:
java 复制代码
/**
 * 用户注册事件
 */
public class UserRegisterEvent extends ApplicationEvent {
  
    private String username;

    public UserRegisterEvent(Object source) {
        super(source);
    }

    public UserRegisterEvent(Object source, String username) {
        super(source);
        this.username = username;
    }

    public String getUsername() {
        return username;
    }

    public void setUsername(String username) {
        this.username = username;
    }
}

(2) UserService (事件源+事件发布)

  • 创建 UserService 类,代码如下:
java 复制代码
/**
 * 事件源角色+事件发布
 */
@Service
public class UserService implements ApplicationEventPublisherAware {

    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());
    private ApplicationEventPublisher applicationEventPublisher;

    @Override
    public void setApplicationEventPublisher(ApplicationEventPublisher applicationEventPublisher) {
        this.applicationEventPublisher = applicationEventPublisher;
    }

    public void register(String username){
        // 执行注册逻辑
        logger.info("[register][执行用户{}的注册逻辑]", username);
        // 发布用户注册事件
        applicationEventPublisher.publishEvent(new UserRegisterEvent(this, username));
    }
}
  • 实现 ApplicationEventPublisherAware 接口,从而将 ApplicationEventPublisher 注入到其中。
  • 在执行完注册逻辑后,调用 ApplicationEventPublisherpublishEvent(ApplicationEvent event) 方法,发布 UserRegisterEvent 事件。

(3) 创建 EmailService

java 复制代码
/**
 * 事件监听角色
 */
@Service
public class EmailService implements ApplicationListener<UserRegisterEvent> {

    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());

    @Override
    public void onApplicationEvent(UserRegisterEvent event) {
        logger.info("[onApplicationEvent][给用户({}) 发送邮件]", event.getUsername());
    }
}
  • 实现 ApplicationListener 接口,通过 E 泛型设置感兴趣的事件。
  • 实现 onApplicationEvent(E event) 方法,针对监听的 UserRegisterEvent 事件,进行自定义处理。

(4) CouponService

java 复制代码
@Service
public class CouponService {

    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());

    @EventListener 
    public void addCoupon(UserRegisterEvent event) {
        logger.info("[addCoupon][给用户({}) 发放优惠劵]", event.getUsername());
    }
}
  • 添加 @EventListener 注解,并设置监听的事件为 UserRegisterEvent

(5) DemoController

  • 提供 /demo/register 注册接口
java 复制代码
@RestController
@RequestMapping("/demo")
public class DemoController {

    @Autowired
    private UserService userService;

    @GetMapping("/register")
    public String register(String username) {
        userService.register(username);
        return "success";
    }
}
3.4 代码测试
  1. 执行 DemoApplication 类,启动项目。
  2. 调用 http://127.0.0.1:8080/demo/register?username=mashibing 接口,进行注册。IDEA 控制台打印日志如下:
java 复制代码
// UserService 发布 UserRegisterEvent 事件
2023-04-19 16:49:40.628  INFO 9800 --- [nio-8080-exec-1] c.m.d.o.demo02.service.UserService       : [register][执行用户mashibing的注册逻辑]

// EmailService 监听处理该事件
2023-04-19 16:49:40.629  INFO 9800 --- [nio-8080-exec-1] c.m.d.o.demo02.listener.EmailService     : [onApplicationEvent][给用户(mashibing) 发送邮件]

// CouponService 监听处理该事件
2023-04-19 16:49:40.629  INFO 9800 --- [nio-8080-exec-1] c.m.d.o.demo02.listener.CouponService    : [addCoupon][给用户(mashibing) 发放优惠劵]

4. 观察者模式总结

1) 观察者模式的优点

  • 降低目标类和观察者之间的耦合
  • 可以实现广播机制

2) 观察者模式的缺点

  • 通知的发送会消耗一定的时间
  • 如果被观察者有循环依赖,会导致系统的崩溃

3) 观察者模式常见的使用场景

  • 一个对象的改变,需要改变其他对象的时候
  • 一个对象的改变,需要进行通知的时候
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