【Java 23 种设计模式】备忘录&观察者（17）

备忘录

在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。

备忘录模式（Memento），主要用于捕获一个对象的内部状态，以便在将来的某个时候恢复此状态。

其实我们使用的几乎所有软件都用到了备忘录模式。最简单的备忘录模式就是保存到文件，打开文件。对于文本编辑器来说，保存就是把TextEditor类的字符串存储到文件，打开就是恢复TextEditor类的状态。对于图像编辑器来说，原理是一样的，只是保存和恢复的数据格式比较复杂而已。Java的序列化也可以看作是备忘录模式。

在使用文本编辑器的时候，我们还经常使用Undo、Redo这些功能。这些其实也可以用备忘录模式实现，即不定期地把TextEditor类的字符串复制一份存起来，这样就可以Undo或Redo。

标准的备忘录模式有这么几种角色：

• Memonto：存储的内部状态；
• Originator：创建一个备忘录并设置其状态；
• Caretaker：负责保存备忘录。

实际上我们在使用备忘录模式的时候，不必设计得这么复杂，只需要对类似TextEditor的类，增加getState()和setState()就可以了。

我们以一个文本编辑器TextEditor为例，它内部使用StringBuilder允许用户增删字符：

public class TextEditor {
    private StringBuilder buffer = new StringBuilder();

    public void add(char ch) {
        buffer.append(ch);
    }

    public void add(String s) {
        buffer.append(s);
    }

    public void delete() {
        if (buffer.length() > 0) {
            buffer.deleteCharAt(buffer.length() - 1);
        }
    }
}

为了支持这个TextEditor能保存和恢复状态，我们增加getState()和setState()两个方法：

public class TextEditor {
    ...

    // 获取状态:
    public String getState() {
        return buffer.toString();
    }

    // 恢复状态:
    public void setState(String state) {
        this.buffer.delete(0, this.buffer.length());
        this.buffer.append(state);
    }
}

对这个简单的文本编辑器，用一个String就可以表示其状态，对于复杂的对象模型，通常我们会使用JSON、XML等复杂格式。

小结

备忘录模式是为了保存对象的内部状态，并在将来恢复，大多数软件提供的保存、打开，以及编辑过程中的Undo、Redo都是备忘录模式的应用。

观察者

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。

观察者模式（Observer）又称发布-订阅模式（Publish-Subscribe：Pub/Sub）。它是一种通知机制，让发送通知的一方（被观察方）和接收通知的一方（观察者）能彼此分离，互不影响。

要理解观察者模式，我们还是看例子。

假设一个电商网站，有多种Product（商品），同时，Customer（消费者）和Admin（管理员）对商品上架、价格改变都感兴趣，希望能第一时间获得通知。于是，Store（商场）可以这么写：

public class Store {
    Customer customer;
    Admin admin;

    private Map<String, Product> products = new HashMap<>();

    public void addNewProduct(String name, double price) {
        Product p = new Product(name, price);
        products.put(p.getName(), p);
        // 通知用户:
        customer.onPublished(p);
        // 通知管理员:
        admin.onPublished(p);
    }

    public void setProductPrice(String name, double price) {
        Product p = products.get(name);
        p.setPrice(price);
        // 通知用户:
        customer.onPriceChanged(p);
        // 通知管理员:
        admin.onPriceChanged(p);
    }
}

我们观察上述Store类的问题：它直接引用了Customer和Admin。先不考虑多个Customer或多个Admin的问题，上述Store类最大的问题是，如果要加一个新的观察者类型，例如工商局管理员，Store类就必须继续改动。

因此，上述问题的本质是Store希望发送通知给那些关心Product的对象，但Store并不想知道这些人是谁。观察者模式就是要分离被观察者和观察者之间的耦合关系。

要实现这一目标也很简单，Store不能直接引用Customer和Admin，相反，它引用一个ProductObserver接口，任何人想要观察Store，只要实现该接口，并且把自己注册到Store即可：

public class Store {
    private List<ProductObserver> observers = new ArrayList<>();
    private Map<String, Product> products = new HashMap<>();

    // 注册观察者:
    public void addObserver(ProductObserver observer) {
        this.observers.add(observer);
    }

    // 取消注册:
    public void removeObserver(ProductObserver observer) {
        this.observers.remove(observer);
    }

    public void addNewProduct(String name, double price) {
        Product p = new Product(name, price);
        products.put(p.getName(), p);
        // 通知观察者:
        observers.forEach(o -> o.onPublished(p));
    }

    public void setProductPrice(String name, double price) {
        Product p = products.get(name);
        p.setPrice(price);
        // 通知观察者:
        observers.forEach(o -> o.onPriceChanged(p));
    }
}

就是这么一个小小的改动，使得观察者类型就可以无限扩充，而且，观察者的定义可以放到客户端：

// observer:
Admin a = new Admin();
Customer c = new Customer();
// store:
Store store = new Store();
// 注册观察者:
store.addObserver(a);
store.addObserver(c);

甚至可以注册匿名观察者：

store.addObserver(new ProductObserver() {
    public void onPublished(Product product) {
        System.out.println("[Log] on product published: " + product);
    }

    public void onPriceChanged(Product product) {
        System.out.println("[Log] on product price changed: " + product);
    }
});

用一张图画出观察者模式：

┌─────────┐      ┌───────────────┐
│  Store  │─ ─ ─>│ProductObserver│
└─────────┘      └───────────────┘
     │                   ▲
                         │
     │             ┌─────┴─────┐
     ▼             │           │
┌─────────┐   ┌─────────┐ ┌─────────┐
│ Product │   │  Admin  │ │Customer │ ...
└─────────┘   └─────────┘ └─────────┘

观察者模式也有很多变体形式。有的观察者模式把被观察者也抽象出接口：

public interface ProductObservable { // 注意此处拼写是Observable不是Observer!
    void addObserver(ProductObserver observer);
    void removeObserver(ProductObserver observer);
}

对应的实体被观察者就要实现该接口：

public class Store implements ProductObservable {
    ...
}

有些观察者模式把通知变成一个Event对象，从而不再有多种方法通知，而是统一成一种：

public interface ProductObserver {
    void onEvent(ProductEvent event);
}

让观察者自己从Event对象中读取通知类型和通知数据。

广义的观察者模式包括所有消息系统。所谓消息系统，就是把观察者和被观察者完全分离，通过消息系统本身来通知：

                 ┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┐
                   Messaging System
                 │                       │
                   ┌──────────────────┐
              ┌──┼>│Topic:newProduct  │──┼─┐    ┌─────────┐
              │    └──────────────────┘    ├───>│ConsumerA│
┌─────────┐   │  │ ┌──────────────────┐  │ │    └─────────┘
│Producer │───┼───>│Topic:priceChanged│────┘
└─────────┘   │  │ └──────────────────┘  │
              │    ┌──────────────────┐         ┌─────────┐
              └──┼>│Topic:soldOut     │──┼─────>│ConsumerB│
                   └──────────────────┘         └─────────┘
                 └ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┘

消息发送方称为Producer，消息接收方称为Consumer，Producer发送消息的时候，必须选择发送到哪个Topic。Consumer可以订阅自己感兴趣的Topic，从而只获得特定类型的消息。

使用消息系统实现观察者模式时，Producer和Consumer甚至经常不在同一台机器上，并且双方对对方完全一无所知，因为注册观察者这个动作本身都在消息系统中完成，而不是在Producer内部完成。

此外，注意到我们在编写观察者模式的时候，通知Observer是依靠语句：

observers.forEach(o -> o.onPublished(p));

这说明各个观察者是依次获得的同步通知，如果上一个观察者处理太慢，会导致下一个观察者不能及时获得通知。此外，如果观察者在处理通知的时候，发生了异常，还需要被观察者处理异常，才能保证继续通知下一个观察者。

思考：如何改成异步通知，使得所有观察者可以并发同时处理？

有的童鞋可能发现Java标准库有个java.util.Observable类和一个Observer接口，用来帮助我们实现观察者模式。但是，这个类非常不！好！用！实现观察者模式的时候，也不推荐借助这两个东东。

小结

观察者模式，又称发布-订阅模式，是一种一对多的通知机制，使得双方无需关心对方，只关心通知本身。