Java 设计模式：观察者模式详解
观察者模式（Observer Pattern）是一种行为型设计模式，它定义了对象之间的一对多依赖关系，当一个对象的状态发生变化时，所有依赖它的对象都会收到通知并自动更新。这种模式广泛用于事件监听和发布-订阅场景。本文将介绍观察者模式的定义、实现方式及其在 Java 中的应用。
1. 什么是观察者模式？
观察者模式的核心思想是：通过建立一个主题（Subject）和多个观察者（Observer）之间的订阅关系，实现状态变化的动态通知。它解耦了主体和观察者，使得系统更灵活、可扩展。
模式结构
- 抽象主题（Subject）：维护观察者列表，提供添加、删除和通知观察者的方法。
- 具体主题（Concrete Subject）：实现主题接口，状态变化时通知观察者。
- 抽象观察者（Observer）：定义更新接口，接收通知后执行操作。
- 具体观察者（Concrete Observer）：实现更新方法，响应状态变化。
2. 观察者模式的实现方式
以下是一个简单的示例：模拟一个天气站，天气数据更新时通知多个显示设备。
2.1 定义抽象观察者接口
public interface Observer {void update(float temperature, float humidity); // 更新方法
}
2.2 定义抽象主题接口
public interface Subject {void registerObserver(Observer observer); // 注册观察者void removeObserver(Observer observer); // 移除观察者void notifyObservers(); // 通知所有观察者
}
2.3 实现具体主题
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class WeatherStation implements Subject {private List<Observer> observers;private float temperature;private float humidity;public WeatherStation() {this.observers = new ArrayList<>();}@Overridepublic void registerObserver(Observer observer) {observers.add(observer);}@Overridepublic void removeObserver(Observer observer) {observers.remove(observer);}@Overridepublic void notifyObservers() {for (Observer observer : observers) {observer.update(temperature, humidity);}}// 更新天气数据并通知观察者public void setMeasurements(float temperature, float humidity) {this.temperature = temperature;this.humidity = humidity;notifyObservers();}
}
2.4 实现具体观察者
public class DisplayDevice implements Observer {private String deviceName;public DisplayDevice(String deviceName) {this.deviceName = deviceName;}@Overridepublic void update(float temperature, float humidity) {System.out.println(deviceName + " 收到更新: 温度 = " + temperature + "°C, 湿度 = " + humidity + "%");}
}
2.5 客户端使用
public class Client {public static void main(String[] args) {// 创建主题WeatherStation weatherStation = new WeatherStation();// 创建观察者DisplayDevice display1 = new DisplayDevice("显示屏1");DisplayDevice display2 = new DisplayDevice("显示屏2");// 注册观察者weatherStation.registerObserver(display1);weatherStation.registerObserver(display2);// 更新天气数据weatherStation.setMeasurements(25.5f, 60.0f);// 移除一个观察者weatherStation.removeObserver(display1);// 再次更新weatherStation.setMeasurements(28.0f, 55.0f);}
}
输出结果
显示屏1 收到更新: 温度 = 25.5°C, 湿度 = 60.0%
显示屏2 收到更新: 温度 = 25.5°C, 湿度 = 60.0%
显示屏2 收到更新: 温度 = 28.0°C, 湿度 = 55.0%
3. Java 中的内置支持
Java 提供了 java.util.Observable 类和 java.util.Observer 接口，可以直接实现观察者模式。不过，这些类在 Java 9 中已被标记为过时，推荐使用自定义实现或事件监听机制。
示例：使用 Observable
import java.util.Observable;
import java.util.Observer;class WeatherData extends Observable {private float temperature;public void setTemperature(float temperature) {this.temperature = temperature;setChanged(); // 标记状态变化notifyObservers(temperature);}
}class Display implements Observer {@Overridepublic void update(Observable o, Object arg) {System.out.println("温度更新为: " + arg + "°C");}
}public class Client {public static void main(String[] args) {WeatherData weatherData = new WeatherData();Display display = new Display();weatherData.addObserver(display);weatherData.setTemperature(26.0f);}
}
4. 观察者模式的优缺点
优点
- 解耦主体与观察者：主题和观察者之间松耦合，可独立变化。
- 支持广播通信：一个状态变化可通知多个观察者。
- 动态扩展：运行时可增删观察者，灵活性高。
缺点
- 通知开销：观察者过多时，通知过程可能影响性能。
- 内存泄漏风险：未及时移除观察者可能导致引用残留。
- 复杂性增加：大规模系统中管理观察者关系可能变得复杂。
5. 实际应用场景
- GUI 事件监听：如 Swing 或 JavaFX 中的按钮点击事件。
- 发布-订阅系统：如消息队列（Kafka、RabbitMQ）的简化版。
- 状态监控：如天气预报、股票价格更新。
示例：Java 中的 ActionListener
button.addActionListener(e -> System.out.println("按钮被点击"));
这里，ActionListener 是观察者，按钮是主题。
6. 与发布-订阅模式的区别
- 观察者模式：主题直接通知观察者，耦合度稍高。
- 发布-订阅模式：通过中间件（如事件总线）解耦，发布者和订阅者无直接联系。
7. 总结
观察者模式是一种强大的行为模式，适用于需要动态响应的场景。通过主题和观察者的解耦设计，它提供了灵活的状态通知机制。在 Java 中，无论是自定义实现还是借助框架（如 Spring 的事件机制），观察者模式都能有效提升系统的可扩展性。
希望这篇博文能帮助你掌握观察者模式的精髓！如果有其他设计模式相关问题，欢迎留言讨论。