Chromium base 库中的 Observer 模式实现：ObserverList 与 ObserverListThreadSafe 深度解析

在大型软件系统中，观察者模式（Observer Pattern）是一种非常常用的设计模式，用于对象之间的一对多依赖 关系。Chromium 的 base 库提供了 ObserverList 与 ObserverListThreadSafe 两种实现，它们在浏览器内核的事件订阅、异步消息处理、模块解耦中被广泛使用。本文将从概念、源码、用法、对比及常见坑等角度，全面解析 Chromium 中 Observer 模式的实现。

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一、Observer 模式概念回顾

Observer 模式，又称发布-订阅模式，核心思想是：

• Subject（被观察者）：维护一个观察者列表，当自身状态改变时，通知所有观察者。

• Observer（观察者）：定义一个接口，当被观察者状态发生变化时接收通知。

UML 简单示意：

+-----------+ +------------+ | Subject |<>-------->| Observer | +-----------+ +------------+ | observers | | update() | | attach() | +------------+ | detach() | | notify() | +-----------+

在 Chromium 中，ObserverList 完全实现了这种一对多通知机制，并提供了线程安全版本 ObserverListThreadSafe。

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二、ObserverList 概述

ObserverList 是 Chromium base 提供的非线程安全版本的观察者列表，适用于单线程场景。

1. 头文件及基本类型

#include "base/observer_list.h"

常用类型：

base::ObserverList<MyObserver> observers;

• MyObserver 必须是抽象类或接口类。

• 支持三种通知策略：

  • ObserverListPolicy::EXISTING_ONLY：只通知已经存在的观察者。

  • ObserverListPolicy::NOTIFY_EXISTING_ONLY：仅通知当前存在的观察者。

  • ObserverListPolicy::CHECK_EMPTY：调试模式检查列表为空。

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2. ObserverList API

class ObserverList<ObserverType, CheckedType = DEFAULT, AllowEmpty = false> { public: void AddObserver(ObserverType* observer); void RemoveObserver(ObserverType* observer); template <typename Functor> void Notify(Functor functor); // functor 为 observer 的回调函数 };

核心方法

1. AddObserver/RemoveObserver

   • 添加或移除观察者，必须在同一线程操作。

2. Notify

   • 遍历观察者列表，并调用回调函数。

   • 内部处理了遍历期间删除 observer 的安全性 （使用 ObserverList::ForwardingInfo）。

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3. ObserverList 示例

#include "base/observer_list.h" #include <iostream> class MyObserver { public: virtual void OnEvent(int value) = 0; }; class ConcreteObserver : public MyObserver { public: void OnEvent(int value) override { std::cout << "Received event: " << value << std::endl; } }; int main() { base::ObserverList<MyObserver> observers; ConcreteObserver obs1, obs2; observers.AddObserver(&obs1); observers.AddObserver(&obs2); observers.Notify([](MyObserver* o){ o->OnEvent(42); }); observers.RemoveObserver(&obs1); observers.Notify([](MyObserver* o){ o->OnEvent(100); }); return 0; }

输出结果：

Received event: 42 Received event: 42 Received event: 100

解析

• Notify 使用 lambda 遍历 ObserverList，安全处理了 observer 在通知过程中被删除的情况。

• 非线程安全，适用于 UI 或单线程逻辑。

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4. ObserverList 内部机制

• 内部使用 双向链表 （IntrusiveList）维护 observer。

• 遍历时，使用 ForwardingInfo 记录当前遍历状态，保证删除当前 observer 不会破坏迭代。

• CheckedObserverList 可在调试模式下检查空列表或重复添加。

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三、ObserverListThreadSafe 概述

ObserverListThreadSafe 是线程安全版本，适用于多线程场景。

1. API

#include "base/observer_list_threadsafe.h" scoped_refptr<base::ObserverListThreadSafe<MyObserver>> observers;

• 内部使用 引用计数（RefCountedThreadSafe） 管理对象生命周期。

• 支持在任意线程添加/移除 observer。

• 通知回调可以指定在哪个线程执行（通过 base::SequencedTaskRunner）。

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2. ObserverListThreadSafe 示例

#include "base/observer_list_threadsafe.h" #include "base/task/sequenced_task_runner.h" #include "base/task/single_thread_task_runner.h" #include <iostream> class MyObserver { public: virtual void OnEvent(int value) = 0; }; class ConcreteObserver : public MyObserver { public: void OnEvent(int value) override { std::cout << "Thread-safe event: " << value << std::endl; } }; int main() { auto observers = base::MakeRefCounted<base::ObserverListThreadSafe<MyObserver>>(); auto obs = std::make_unique<ConcreteObserver>(); observers->AddObserver(obs.get()); // 在主线程通知 observers->Notify(FROM_HERE, [](MyObserver* o) { o->OnEvent(999); }); return 0; }

特点

• Notify 必须传入 FROM_HERE（用于追踪调用栈）和 lambda。

• 支持跨线程安全调用。

• 内部使用锁或原子操作保证线程安全。

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四、ObserverList 与 ObserverListThreadSafe 对比

特性	ObserverList	ObserverListThreadSafe
线程安全	❌ 单线程	✅ 多线程
生命周期管理	需外部保证 observer 生命周期	内部 ref-count 管理，可延长生命周期
通知回调线程	当前线程	可指定线程
性能	高（无锁）	相对低（锁或原子操作）
使用场景	UI 线程、单线程任务	多线程模块、后台任务

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五、常见坑与注意事项

1. 遍历中删除 Observer

observers.Notify([&](MyObserver* o){ observers.RemoveObserver(o); // 安全，但注意遍历策略 });

• ObserverList 内部已处理遍历中删除安全问题。

• 如果使用 EXISTING_ONLY 策略，可避免通知新加入的 observer。

2. Observer 生命周期管理

• 对于 ObserverList，必须确保 observer 生命周期长于列表。

• 对于 ObserverListThreadSafe，推荐使用 scoped_refptr 或 WeakPtr 避免悬空调用。

3. 跨线程通知延迟

• ObserverListThreadSafe 的通知可能通过任务队列执行，回调不是立即执行。

• 需要注意调用线程与 observer 所在线程。

4. 重复添加与移除

observers.AddObserver(&obs1); observers.AddObserver(&obs1); // 重复添加无效

• ObserverList 会检查重复添加。

• ObserverListThreadSafe 内部同样有重复检查机制。

5. 性能考虑

• ObserverListThreadSafe 内部加锁或原子操作，大量高频事件可能有性能开销。

• 对于 UI 更新等高频通知，优先使用单线程 ObserverList。

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六、ObserverList 使用场景分析

1. 单线程 UI 事件

• 浏览器标签页状态变化

• 界面组件刷新

• Toolbar 按钮点击事件

2. 多线程后台任务

• 网络模块状态更新

• 下载任务状态变化

• 浏览器扩展事件通知

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七、实战示例：结合 TaskRunner 异步通知

#include "base/observer_list_threadsafe.h" #include "base/threading/thread_task_runner_handle.h" #include <iostream> class MyObserver { public: virtual void OnDownloadComplete(int id) = 0; }; class DownloadObserver : public MyObserver { public: void OnDownloadComplete(int id) override { std::cout << "Download complete: " << id << std::endl; } }; int main() { auto observers = base::MakeRefCounted<base::ObserverListThreadSafe<MyObserver>>(); DownloadObserver obs; observers->AddObserver(&obs); // 异步任务 base::ThreadTaskRunnerHandle::Get()->PostTask( FROM_HERE, base::BindOnce([](scoped_refptr<base::ObserverListThreadSafe<MyObserver>> obs){ obs->Notify(FROM_HERE, [](MyObserver* o){ o->OnDownloadComplete(42); }); }, observers)); base::RunLoop().RunUntilIdle(); return 0; }

• 异步通知保证了 observer 在正确线程执行。

• 使用 scoped_refptr 管理 ObserverList 生命周期，避免线程结束前被释放。

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八、总结

1. ObserverList 与 ObserverListThreadSafe 是 Chromium base 库对 Observer 模式的高效实现。

2. ObserverList 适用于单线程场景，高性能但非线程安全。

3. ObserverListThreadSafe 适用于多线程场景，内部通过引用计数与锁保证安全。

4. 使用时需注意：

   • observer 生命周期

   • 遍历中删除 observer

   • 跨线程异步通知

   • 高频事件的性能开销

5. 在浏览器开发中，它们被广泛用于 UI 更新、后台任务通知、模块解耦等场景。

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九、参考源码阅读建议

1. base/observer_list.h

2. base/observer_list_threadsafe.h

3. Chromium TaskScheduler 与 TaskRunner 使用场景

4. WeakPtr 在 Observer 生命周期管理中的使用

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本文全面介绍了 Chromium base 库中 Observer 模式实现，并结合示例、对比和常见坑进行讲解，帮助开发者在浏览器或多线程 C++ 项目中安全高效地使用观察者模式。