设计模式从入门到精通之（五）观察者模式

观察者模式：实现高效事件通知的秘诀

在日常生活中，我们经常需要同步通知多方的信息变更。比如天气预报系统、股票价格波动提醒、社交媒体的点赞通知等。这些场景中，通知机制需要高效、灵活，而不会因为通知方的变化影响系统整体。

观察者模式正是为这种场景而设计的解决方案。

1. 什么是观察者模式？

观察者模式（Observer Pattern）是一种行为型设计模式，它定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象，当主题对象的状态发生变化时，它会自动通知所有观察者。

用一句话概括：观察者模式实现了事件驱动机制，解耦了事件发生者和响应者之间的关系。

2. 现实生活中的观察者模式

想象一下，你订阅了一个股票提醒服务。每当股票价格达到你的预期，系统就会向你发送短信通知。而且不仅是你，很多其他订阅用户也会接到各自定制化的提醒。

在这个场景中：

股票价格变动是主题（Subject）。
每个订阅用户是观察者（Observer）。
当主题状态变化时，所有观察者都会收到通知。

3. 观察者模式的代码实现

以一个天气预报系统为例，展示观察者模式的实现。

3.1 定义主题接口

首先，定义一个通用的主题接口，允许观察者订阅或取消订阅。

java 复制代码

interface Subject {
    void addObserver(Observer observer);
    void removeObserver(Observer observer);
    void notifyObservers();
}

3.2 定义观察者接口

然后，定义观察者接口，让所有具体观察者实现自己的更新逻辑。

java 复制代码

interface Observer {
    void update(String weather);
}

3.3 实现具体的主题类

创建一个天气数据的主题类，用来管理观察者并发送通知。

java 复制代码

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

class WeatherData implements Subject {
    private List<Observer> observers;
    private String weather;

    public WeatherData() {
        observers = new ArrayList<>();
    }

    @Override
    public void addObserver(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    @Override
    public void removeObserver(Observer observer) {
        observers.remove(observer);
    }

    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(weather);
        }
    }

    public void setWeather(String weather) {
        this.weather = weather;
        notifyObservers();
    }
}

3.4 实现具体的观察者

创建具体的观察者，比如手机用户和电视用户。

java 复制代码

class PhoneUser implements Observer {
    private String name;

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

    @Override
    public void update(String weather) {
        System.out.println(name + " received weather update: " + weather);
    }
}

class TVUser implements Observer {
    @Override
    public void update(String weather) {
        System.out.println("TV displays weather update: " + weather);
    }
}

3.5 客户端代码

在客户端中，测试天气预报系统。

java 复制代码

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        WeatherData weatherData = new WeatherData();

        Observer phoneUser1 = new PhoneUser("Alice");
        Observer phoneUser2 = new PhoneUser("Bob");
        Observer tvUser = new TVUser();

        weatherData.addObserver(phoneUser1);
        weatherData.addObserver(phoneUser2);
        weatherData.addObserver(tvUser);

        weatherData.setWeather("Sunny");
        weatherData.setWeather("Rainy");
    }
}

运行结果：

复制代码

Alice received weather update: Sunny
Bob received weather update: Sunny
TV displays weather update: Sunny
Alice received weather update: Rainy
Bob received weather update: Rainy
TV displays weather update: Rainy

4. 观察者模式的优缺点

优点：

解耦发布者和订阅者：主题只需管理观察者列表，不关心观察者的具体实现。
灵活性高：可以动态添加或移除观察者。
扩展性强：新增观察者不需要修改主题代码。

缺点：

通知链复杂：观察者数量较多时，通知链可能导致性能问题。
可能引发循环依赖：需要避免观察者反向修改主题导致死循环。

5. 观察者模式的应用场景

事件驱动系统：比如 GUI 中的按钮点击事件。
消息订阅机制：如消息队列、Kafka 等系统。
数据绑定框架：如 Angular 的双向绑定。
系统监控：服务器状态变化时通知管理员。

6. 总结

观察者模式是一种高效的事件通知机制，特别适合需要动态响应状态变化的场景。在实际开发中，我们可以结合异步通知、线程安全等技术，进一步优化观察者模式的性能。

下一篇专栏，我们将继续探索行为型模式中的另一种经典模式：策略模式，看它如何帮助我们灵活地实现算法的动态切换。

思考问题：

在复杂场景下，如何防止观察者模式中的通知链导致性能问题？欢迎留言讨论！