52、观察者模式（上）

根据应用场景的不同，观察者模式会对应不同的代码实现方式

• 有同步阻塞的实现方式，也有异步非阻塞的实现方式
• 有进程内的实现方式，也有跨进程的实现方式

1、原理及应用场景剖析

观察者模式（Observer Design Pattern）也被称为发布订阅模式（Publish-Subscribe Design Pattern），在 GoF 的《设计模式》一书中，它的定义是这样的
Define a one-to-many dependency between objects so that when one object changes state, all its dependents are notified and updated automatically.
翻译成中文就是：在对象之间定义一个一对多的依赖，当一个对象状态改变的时候，所有依赖的对象都会自动收到通知

一般情况下，被依赖的对象叫作被观察者（Observable），依赖的对象叫作观察者（Observer）
不过在实际的项目开发中，这两种对象的称呼是比较灵活的，有各种不同的叫法
比如：Subject-Observer、Publisher-Subscriber、Producer-Consumer、EventEmitter-EventListener、Dispatcher-Listener
不管怎么称呼，只要应用场景符合刚刚给出的定义，都可以看作观察者模式

1.1、模版代码

观察者模式是一个比较抽象的模式，根据不同的应用场景和需求，有完全不同的实现方式，待会我们会详细地讲到
现在我们先来看其中最经典的一种实现方式，这也是在讲到这种模式的时候，很多书籍或资料给出的最常见的实现方式

// 观察者
public interface Observer {
    void update(Message message);
}

public class ConcreteObserverOne implements Observer {
    @Override
    public void update(Message message) {
        // TODO: 获取消息通知, 执行自己的逻辑 ...
        System.out.println("ConcreteObserverOne is notified.");
    }
}

public class ConcreteObserverTwo implements Observer {
    @Override
    public void update(Message message) {
        // TODO: 获取消息通知, 执行自己的逻辑 ...
        System.out.println("ConcreteObserverTwo is notified.");
    }
}

// 被观察者
public interface Subject {

    void registerObserver(Observer observer);

    void removeObserver(Observer observer);

    void notifyObservers(Message message);
}

public class ConcreteSubject implements Subject {

    private List<Observer> observers = new ArrayList<Observer>(); // 观察者集合

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

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

    @Override
    public void notifyObservers(Message message) {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(message);
        }
    }
}

public class Demo {

    public static void main(String[] args) {
        ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();

        subject.registerObserver(new ConcreteObserverOne());
        subject.registerObserver(new ConcreteObserverTwo())

        subject.notifyObservers(new Message());
    }
}

上面的代码算是观察者模式的 "模板代码"，只能反映大体的设计思路，在真实的软件开发中，并不需要照搬上面的模板代码
观察者模式的实现方法各式各样，函数、类的命名等会根据业务场景的不同有很大的差别，比如 register 函数还可以叫作 attach，remove 函数还可以叫作 detach 等等

1.2、示例

假设我们在开发一个 P2P 投资理财系统，用户注册成功之后，我们会给用户发放投资体验金

public class UserController {

    private UserService userService;           // 依赖注入
    private PromotionService promotionService; // 依赖注入, promotion 推广

    public Long register(String telephone, String password) {
        // 省略输入参数的校验代码
        // 省略 userService.register() 异常的 try-catch 代码
        long userId = userService.register(telephone, password);
        promotionService.issueNewUserExperienceCash(userId);
        return userId;
    }
}

虽然注册接口做了两件事情，注册和发放体验金，违反单一职责原则，但是如果没有扩展和修改的需求，现在的代码实现是可以接受的
如果非得用观察者模式，就需要引入更多的类和更加复杂的代码结构，反倒是一种过度设计

1.3、重构

如果需求频繁变动，比如用户注册成功之后，不再发放体验金，而是改为发放优惠券，并且还要给用户发送一封 "欢迎注册成功" 的站内信
这种情况下，我们就需要频繁地修改 register() 函数中的代码，违反开闭原则
而且如果注册成功之后需要执行的后续操作越来越多，那 register() 函数的逻辑会变得越来越复杂，也就影响到代码的可读性和可维护性

这个时候，观察者模式就能派上用场了，利用观察者模式，我对上面的代码进行了重构，重构之后的代码如下所示

/**
 * 注册观察者
 */
public interface RegObserver {

    // 处理注册成功
    void handleRegSuccess(long userId);
}

/**
 * 注册观察者(促销活动)
 */
public class RegPromotionObserver implements RegObserver {

    private PromotionService promotionService; // 依赖注入, promotion 推广

    @Override
    public void handleRegSuccess(long userId) {
        promotionService.issueNewUserExperienceCash(userId);
    }

    // 异步
    public void handleRegSuccessAsync(long userId) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                promotionService.issueNewUserExperienceCash(userId);
            }
        }).start();
    }
}

/**
 * 注册观察者(通知)
 */
public class RegNotificationObserver implements RegObserver {

    private NotificationService notificationService; // 依赖注入

    @Override
    public void handleRegSuccess(long userId) {
        notificationService.sendInboxMessage(userId, "Welcome...");
    }

    // 异步
    public void handleRegSuccessAsync(long userId) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                notificationService.sendInboxMessage(userId, "Welcome...");
            }
        }).start();
    }
}

/**
 * 被观察者
 */
public class UserController {

    private UserService userService;                            // 依赖注入
    private List<RegObserver> regObservers = new ArrayList<>(); // 观察者集合

    // 一次性设置好, 之后也不可能动态的修改
    public void setRegObservers(List<RegObserver> observers) {
        regObservers.addAll(observers);
    }

    public Long register(String telephone, String password) {
        // 省略输入参数的校验代码
        // 省略 userService.register() 异常的 try-catch 代码
        long userId = userService.register(telephone, password);
        for (RegObserver observer : regObservers) {
            observer.handleRegSuccess(userId);
        }
        return userId;
    }
}

当我们需要添加新的观察者的时候，比如用户注册成功之后，推送用户注册信息给大数据征信系统，基于观察者模式的代码实现

• UserController 类的 register() 函数完全不需要修改
• 只需要再添加一个实现了 RegObserver 接口的类，并且通过 setRegObservers() 函数将它注册到 UserController 类中即可

当我们把发送体验金替换为发送优惠券的时候，需要修改 RegPromotionObserver 类中 handleRegSuccess() 函数的代码，这还是违反开闭原则呀
你说得没错，不过相对于 register() 函数来说，handleRegSuccess() 函数的逻辑要简单很多，修改更不容易出错，引入 bug 的风险更低

2、基于不同应用场景的不同实现方式

观察者模式的应用场景非常广泛，小到代码层面的解耦，大到架构层面的系统解耦，再或者一些产品的设计思路，都有这种模式的影子
比如：邮件订阅、RSS Feeds，本质上都是观察者模式

不同的应用场景和需求下，这个模式也有截然不同的实现方式，开篇的时候我们也提到

• 有同步阻塞的实现方式，也有异步非阻塞的实现方式
• 有进程内的实现方式，也有跨进程的实现方式

2.1、同步阻塞

之前讲到的实现方式，从刚刚的分类方式上来看，它是一种同步阻塞的实现方式
观察者和被观察者代码在同一个线程内执行，被观察者一直阻塞，直到所有的观察者代码都执行完成之后，才执行后续的代码
对照上面讲到的用户注册的例子，register() 函数依次调用执行每个观察者的 handleRegSuccess() 函数，等到都执行完成之后，才会返回结果给客户端

2.2、异步非阻塞

如果注册接口是一个调用比较频繁的接口，对性能非常敏感，希望接口的响应时间尽可能短，那我们可以将同步阻塞的实现方式改为异步非阻塞的实现方式，以此来减少响应时间

• 简单一点的做法是，在每个 handleRegSuccess() 函数中，创建一个新的线程执行代码
  具体来讲，当 userService.register() 函数执行完成之后，我们启动一个新的线程来执行观察者的 handleRegSuccess() 函数
  这样 userController.register() 函数就不需要等到所有的 handleRegSuccess() 函数都执行完成之后才返回结果给客户端
  userController.register() 函数从执行 3 个 SQL 语句才返回，减少到只需要执行 1 个 SQL 语句就返回，响应时间粗略来讲减少为原来的 1/3
• 不过我们还有更加优雅的实现方式，那就是基于 EventBus 来实现
  在下一讲中，我会用一节课的时间，借鉴 Google Guava EventBus 框架的设计思想，手把手带你开发一个支持异步非阻塞的 EventBus 框架
  它可以复用在任何需要异步非阻塞观察者模式的应用场景中

2.3、跨进程观察者

刚刚讲到的两个场景，不管是同步阻塞实现方式还是异步非阻塞实现方式，都是进程内的实现方式
如果用户注册成功之后，我们需要发送用户信息给大数据征信系统，而大数据征信系统是一个独立的系统，跟它之间的交互是跨不同进程的，那如何实现一个跨进程的观察者模式呢

• 如果大数据征信系统提供了发送用户注册信息的 RPC 接口，我们仍然可以沿用之前的实现思路，在 handleRegSuccess() 函数中调用 RPC 接口来发送数据
  观察者需要注册到被观察者中，被观察者需要依次遍历观察者来发送消息
• 但是我们还有更加优雅、更加常用的一种实现方式：基于消息队列（Message Queue，比如 ActiveMQ）来实现
  弊端：需要引入一个新的系统（消息队列），增加了维护成本，不过它的好处也非常明显
  被观察者和观察者解耦更加彻底，两部分的耦合更小，被观察者完全不感知观察者，观察者也完全不感知被观察者
  被观察者只管发送消息到消息队列，观察者只管从消息队列中读取消息来执行相应的逻辑

3、图示