观察者设计模式

简介:
先来看下下报纸和杂志的订阅: 
(1)报社:出版报纸和杂志 
(2)订阅者:向某家报社订阅报纸和杂志,只要报社出版了新的报纸,订阅者就会收到最新的报纸和杂志。 
(3)报社具有添加和删除订阅者的功能(其实应该是订阅者具有订阅和退订的功能,这个主动权应该是订阅者而不是报社,报社也应该对外开放这样的方法) 
下面就让我们来简单实现上述的描述: 
报社:PublishingHouse 如下:
 
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package com.lg.design.obser;
 
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
public class PublishingHouse {
     
     private List<Subscriber> subscribers= new ArrayList<Subscriber>();
     
     public void add(Subscriber subscriber){
         if (subscriber!= null && !subscribers.contains(subscriber)){
             subscribers.add(subscriber);
         }
     }
     
     public void delete(Subscriber subscriber){
         if (subscriber!= null ){
             subscribers.remove(subscriber);
         }
     }
 
     public void produceNewspaper(String newspaper) {
         notifySubscribers(newspaper);
     }
 
     private void notifySubscribers(String newspaper) {
         for (Subscriber subscriber:subscribers){
             subscriber.receiveNewspaper(newspaper);
         }
     }
     
}

PublishingHouse 有添加和删除订阅者Subscriber的方法,同时在生产报纸时来通知所有的订阅者。 
订阅者:Subscriber如下:
 
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package com.lg.design.obser;
 
public interface Subscriber {
 
     public void receiveNewspaper(String newspaper);
     
}

订阅者是一个接口,订阅到报纸后如何处理不同的订阅者有不同的实现。 
如某类订阅者 ASubscriber:
 
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package com.lg.design.obser;
 
public class ASubscriber implements Subscriber{
 
     @Override
     public void receiveNewspaper(String newspaper) {
         System.out.println( "A receive newspaper:" +newspaper);
     }
 
}

再如某类订阅者 BSubscriber:  
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package com.lg.design.obser;
 
public class BSubscriber implements Subscriber{
 
     @Override
     public void receiveNewspaper(String newspaper) {
         System.out.println( "B receive newspaper:" +newspaper);
     }
 
}

测试方法如下:  
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public static void main(String[] args){
         PublishingHouse publishingHouse= new PublishingHouse();
         Subscriber a= new ASubscriber();
         Subscriber b= new BSubscriber();
         publishingHouse.add(a);
         publishingHouse.add(b);
         
         publishingHouse.produceNewspaper( "第一天的报纸" );
         publishingHouse.produceNewspaper( "第二天的报纸" );
     }

输出的结果为:  
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A receive newspaper:第一天的报纸
B receive newspaper:第一天的报纸
A receive newspaper:第二天的报纸
B receive newspaper:第二天的报纸

观察者模式其实很简单,就是报社维护了一个订阅者集合,一旦有新的报纸,就会去遍历那个集合,调用集合里元素的通用方法receiveNewspaper(接口方法)。报社的produceNewspaper方法就是将上述过程进行了封装而已。 

上述的例子很简单,同时有很多问题。下面来说说JDK自身已实现的观察者模式: 
被观察者Observable(如报社),观察者Observer(如订阅者) 
观察者Observer如下:
 
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public interface Observer {
     
     void update(Observable o, Object arg);
}

被观察者Observable如下:  
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package java.util;
public class Observable {
     private boolean changed = false ;
     private Vector obs;
 
     public Observable() {
         obs = new Vector();
     }
 
     public synchronized void addObserver(Observer o) {
         if (o == null )
             throw new NullPointerException();
         if (!obs.contains(o)) {
             obs.addElement(o);
         }
     }
 
     public synchronized void deleteObserver(Observer o) {
         obs.removeElement(o);
     }
 
     public void notifyObservers() {
         notifyObservers( null );
     }
 
     public void notifyObservers(Object arg) {
         /*
          * a temporary array buffer, used as a snapshot of the state of
          * current Observers.
          */
         Object[] arrLocal;
 
         synchronized ( this ) {
             /* We don't want the Observer doing callbacks into
              * arbitrary code while holding its own Monitor.
              * The code where we extract each Observable from
              * the Vector and store the state of the Observer
              * needs synchronization, but notifying observers
              * does not (should not).  The worst result of any
              * potential race-condition here is that:
              * 1) a newly-added Observer will miss a
              *   notification in progress
              * 2) a recently unregistered Observer will be
              *   wrongly notified when it doesn't care
              */
             if (!changed)
                 return ;
             arrLocal = obs.toArray();
             clearChanged();
         }
 
         for ( int i = arrLocal.length- 1 ; i>= 0 ; i--)
             ((Observer)arrLocal[i]).update( this , arg);
     }
     public synchronized void deleteObservers() {
         obs.removeAllElements();
     }
 
     protected synchronized void setChanged() {
         changed = true ;
     }
 
     protected synchronized void clearChanged() {
         changed = false ;
     }
 
     public synchronized boolean hasChanged() {
         return changed;
     }
 
     public synchronized int countObservers() {
         return obs.size();
     }
}

它使用一个Vector集合来存放所有的Observer,具有添加删除Observer的功能。同时还有一个changed属性,用来标示状态是否发生变化,所以在执行notifyObservers通知前要把该状态改为true,为了保证线程安全,setChanged、hasChanged、clearChanged都加上了synchronized 进行同步。再来详细看下notifyObservers过程: 
arrLocal作为当时Observers的一个快照,在该方法中对状态的判断和改变进行了同步,然后按照倒序进行了事件的通知,即调用集合中每个Observer。 

先说下我对jdk实现的观察者模式的看法: 
(1)加入changed属性,则需要在每次想要执行通知前,提前设置setChanged即changed=true,然后执行notifyObservers才有效,这使得我们在使用时必须使setChanged方法和notifyObservers方法进行synchronized操作,使之成为“原子操作”,不然在多线程环境中,会通知失败。如线程1执行setChanged,线程2执行setChanged,线程1执行notifyObservers,它就会把changed=false,此时线程2再执行notifyObservers,就会因为changed=false而直接退出,不会发出通知,changed属性的确给我们带来了同步的麻烦,也体现在了notifyObservers方法中,如下:
 
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public void notifyObservers(Object arg) {
         /*
          * a temporary array buffer, used as a snapshot of the state of
          * current Observers.
          */
         Object[] arrLocal;
 
         synchronized ( this ) {
             if (!changed)
                 return ;
             arrLocal = obs.toArray();
             clearChanged();
         }
 
         for ( int i = arrLocal.length- 1 ; i>= 0 ; i--)
             ((Observer)arrLocal[i]).update( this , arg);
     }

有了changed属性,必须要在该方法中对changed的判断进行同步,否则会造成如下现象:线程1设置了setChanged方法,在执行notifyObservers时还未执行到clearChanged方法,此时线程2不用调用setChanged方法,直接调用notifyObservers,也会实现通知。 
(2)Observer接口的方法,void update(Observable o, Object arg);此时传递的是Observable对象,如MyObservable继承了Observable 对象,此时我们要获取MyObservable的数据就必须要对void update(Observable o, Object arg)传进来的Observable o进行强制类型转换,而我们应该可以利用泛型来更好的设计这一个接口,避免强制类型转换。如下:
 
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public interface MyObserver<T extends Observable>{
 
     public void update(T t,Object args);
}

(3)对于Observable的notifyObservers通知顺序,默认写死为倒序通知,不应该是这样的,而是,应该对开开放成接口,同时提供多种实现,如正序通知的实现和倒序通知的实现。如果还满足不了需求,我们就可以自定义顺序实现该接口,设置进Observable中。 
(4)对于Observable内部使用Vector,也是不可扩展的一个地方,如果我们想换种集合就没法实现,并不是什么需求都会去使用Vector。 
(5)观察者自己应该具有取消关注的权利,即微信中的订阅一样,自己有权利去关注和取消关注,所以有时观察者接口由希望有一个取消关注的方法,然而该方法的实现又很明白,不需要观察者自己来实现。这就使用到了java8中接口中默认方法的实现。如下所示:
 
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public interface Observer {
     
     void update(Observable o, Object arg);
 
     default void unregister(Observable o){
          o.deleteObserver( this );
     }
 
     default void register(Observable o){
          o.addObserver( this );
     }
}

不知道这样写对不对, 
所以对于Jdk自身实现的观察者模式扩展性并不好,同时大量使用synchronized来解决多线程问题,没有更好的使用多线程包中的同步技术。观察者模式本身很简单,所以有时候还是需要我们自己来写一个观察者模式。 

以上纯属个人拙见,欢迎激烈讨论,共同进步。 
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