设计模式

Appearance

观察者模式（Observer Pattern）笔记 ​

定义 ​

观察者模式是一种行为设计模式，它定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。

英文原文定义：

The Observer Pattern defines a one-to-many dependency between objects so that when one object changes state, all its dependents are notified and updated automatically.

核心概念 ​

观察者模式建立了主题（Subject）与观察者（Observer）之间的发布-订阅关系，实现了松耦合的状态同步机制。当主题状态变化时，无需知道具体观察者是谁，只需通知已注册的观察者。

主要角色 ​

  1. Subject（主题）：维护观察者列表，提供注册/注销接口，状态变化时通知观察者
  2. Observer（观察者）：定义更新接口，接收主题通知
  3. ConcreteSubject（具体主题）：存储具体状态，状态改变时通知观察者
  4. ConcreteObserver（具体观察者）：实现更新接口，保持与主题状态一致

优缺点 ​

优点 ​

  • 松耦合：主题和观察者之间抽象耦合，彼此不知道对方细节
  • 动态关系：可以在运行时动态建立和解除观察关系
  • 广播通信：支持一对多通信，一个主题变化可通知多个观察者
  • 开闭原则：新增观察者无需修改主题代码

缺点 ​

  • 通知顺序不可控：观察者被通知的顺序不确定
  • 性能开销：大量观察者或频繁更新可能导致性能问题
  • 循环依赖：不当使用可能导致循环调用（观察者更新又触发通知）
  • 更新细节不明确：简单的通知机制无法传达状态变化的细节

解决的问题 ​

观察者模式主要解决以下经典问题：

  1. 状态同步：当对象状态变化需要通知其他对象，且不知道具体有多少对象需要通知时
  2. 事件处理：需要实现类似事件处理的机制时
  3. 解耦需求：当需要减少对象间的紧密耦合时
  4. 实时更新：当一个对象的改变需要同时改变其他对象，且不知道具体有多少对象有待改变时

实现注意事项 ​

  1. 推模型 vs 拉模型：

    • 推模型：主题将详细数据通过update方法参数发送给观察者
    • 拉模型：观察者收到通知后主动从主题拉取所需数据

  2. 线程安全：

    • 在多线程环境中，观察者的注册/注销和通知过程需要同步
    • 考虑使用线程安全的集合类存储观察者列表

  3. 防止内存泄漏：

    • 观察者长期不注销可能导致内存泄漏（特别是观察者生命周期短于主题时）
    • 弱引用（WeakReference）可作为解决方案之一

  4. 通知频率控制：

    • 实现节流机制避免频繁通知
    • 考虑使用"脏标志"只在必要时通知

  5. 避免观察者方法异常：

    • 某个观察者处理异常不应影响其他观察者
    • 考虑异常处理机制

实现变体 ​

  1. 经典实现：严格遵循GoF定义的接口分离设计
  2. 事件总线/消息系统：扩展为更通用的发布-订阅系统
  3. 反应式流：支持背压（back-pressure）的现代变体（如RxJava）
  4. 语言特性集成：某些语言内置观察者模式支持（如C#事件委托）

与其他模式的关系 ​

相似模式区分 ​

  1. 发布-订阅模式：

    • 观察者模式：主题直接维护观察者列表，直接通知
    • 发布-订阅：通过消息代理解耦，发布者和订阅者互不知晓

  2. 中介者模式：

    • 观察者模式：通过主题协调观察者
    • 中介者模式：通过中介对象封装对象间的交互

  3. 责任链模式：

    • 观察者模式：所有观察者都会收到通知
    • 责任链模式：请求沿链传递直到被处理

常见搭配组合 ​

  1. 观察者 + 中介者：用中介者管理复杂的观察关系
  2. 观察者 + 备忘录：观察者记录主题状态变化历史
  3. 观察者 + 单例：主题作为单例供全局访问
  4. 观察者 + 组合：观察者本身可以是组合结构

典型应用场景 ​

  • GUI事件处理（如按钮点击事件）
  • 股票价格变动通知
  • 气象站数据发布
  • 社交媒体订阅/推送
  • 游戏中的成就系统
  • MVC架构中的模型-视图同步

代码示例（推模型实现） ​

java
// 主题接口
interface Subject {
    void registerObserver(Observer o);
    void removeObserver(Observer o);
    void notifyObservers();
}

// 观察者接口
interface Observer {
    void update(float temperature, float humidity);
}

// 具体主题
class WeatherData implements Subject {
    private List<Observer> observers = new ArrayList<>();
    private float temperature;
    private float humidity;

    public void setMeasurements(float temperature, float humidity) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        notifyObservers();
    }

    @Override
    public void registerObserver(Observer o) {
        observers.add(o);
    }

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

    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer o : observers) {
            o.update(temperature, humidity);
        }
    }
}

// 具体观察者
class CurrentConditionsDisplay implements Observer {
    @Override
    public void update(float temperature, float humidity) {
        System.out.println("Current conditions: " + temperature + "°C and " + humidity + "% humidity");
    }
}