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。
在这里插入图片描述

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
/**
 * 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
/**
 * 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
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
在这里插入图片描述

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：
在这里插入图片描述

使用观察者模式之后

在这里插入图片描述

  • 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：

在这里插入图片描述

  • 事件 ApplicationEvent：通过继承它，实现自定义事件。另外，通过它的 source 属性可以获取事件源，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：
/**
 * 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：
/**
 * 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 ApplicationEventPublisher 的 publishEvent(ApplicationEvent event) 方法，发布 UserRegisterEvent 事件。

(3) 创建 EmailService

/**
 * 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

@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
@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：
// 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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