20.设计模式-OBSERVER（观察者）

一、模式定义与核心思想

观察者模式是一种行为型设计模式，其核心目标是建立对象间一对多的依赖关系，使得当目标对象（Subject）状态变化时，所有依赖它的观察者（Observer）都能自动接收通知并更新自身状态。

核心价值：

1. 解耦对象关系：将观察者与被观察者解耦，避免直接依赖（如GUI界面与数据模型的分离）。
2. 动态扩展性：支持运行时动态添加/移除观察者（如电商系统中新增促销通知渠道）。
3. 状态同步机制：确保多个对象状态的一致性（如Excel表格与图表联动更新）。

典型应用场景：

• 用户界面组件的事件响应（如按钮点击触发多个控件更新）
• 分布式系统的消息发布/订阅（如Kafka消息队列）
• 游戏引擎的角色状态同步（如玩家位置变化触发怪物AI响应）

---

二、模式组成与UML类图

核心角色

1. Subject（抽象目标）：

• • 维护观察者集合，提供注册（attach()）、注销（detach()）和通知（notify()）的接口。

1. ConcreteSubject（具体目标）：

• • 存储具体业务状态（如温度传感器数据），状态变化时触发通知。

1. Observer（抽象观察者）：

• • 定义更新接口update()，用于接收目标状态变更通知。

1. ConcreteObserver（具体观察者）：

• • 实现业务响应逻辑（如更新UI界面、发送短信通知）。

UML类图

classDiagram
    class Subject {
        <<interface>>
        +attach(Observer)
        +detach(Observer)
        +notify()
    }

    class ConcreteSubject {
        -state: int
        +getState()
        +setState(int)
    }

    class Observer {
        <<interface>>
        +update()
    }

    class ConcreteObserverA {
        -subject: Subject
        +update()
    }

    class ConcreteObserverB {
        -subject: Subject
        +update()
    }

    Subject <|-- ConcreteSubject
    Observer <|-- ConcreteObserverA
    Observer <|-- ConcreteObserverB
    ConcreteSubject --> Observer : notifies
    ConcreteObserverA --> ConcreteSubject : observes

---

三、代码实现示例

场景：实现气象站数据变化通知多个显示设备

1. 抽象目标与观察者

// 抽象目标
interface WeatherSubject {
    void registerObserver(WeatherObserver o);
    void removeObserver(WeatherObserver o);
    void notifyObservers();
}

// 抽象观察者
interface WeatherObserver {
    void update(float temp, float humidity);
}

2. 具体目标实现

class WeatherStation implements WeatherSubject {
    private List<WeatherObserver> observers = new ArrayList<>();
    private float temperature;
    private float humidity;

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

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

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

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

3. 具体观察者实现

class PhoneDisplay implements WeatherObserver {
    @Override
    public void update(float temp, float humidity) {
        System.out.printf("手机端更新: 温度%.1f℃ 湿度%.1f%%\n", temp, humidity);
    }
}

class WebDashboard implements WeatherObserver {
    @Override
    public void update(float temp, float humidity) {
        System.out.printf("网页端更新: 温度%.1f℃ 湿度%.1f%%\n", temp, humidity);
    }
}

4. 客户端调用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        WeatherStation station = new WeatherStation();
        WeatherObserver phone = new PhoneDisplay();
        WeatherObserver web = new WebDashboard();

        station.registerObserver(phone);
        station.registerObserver(web);

        station.setMeasurements(25.5f, 65); // 触发双端通知
        station.removeObserver(web);
        station.setMeasurements(26.0f, 60); // 仅手机端更新
    }
}

---

四、工业级源码应用

1. Java内置支持：

• • java.util.Observable类与Observer接口（已废弃，但广泛用于早期Swing组件）
  • PropertyChangeListener在JavaBean中的状态监听实现

1. Spring框架：

• • ApplicationEvent与ApplicationListener实现事件驱动架构
  • @EventListener注解简化观察者注册（如订单支付成功触发库存扣减）

1. Android开发：

• • LiveData组件通过观察者模式实现数据与UI的自动同步
  • OnClickListener等事件监听器机制

1. GUI工具包：

• • JavaFX的InvalidationListener（如表格数据变更触发图表重绘）
  • Qt框架的Signal/Slot机制（跨线程事件通知）

1. 分布式系统：

• • Redis的发布/订阅（Pub/Sub）消息模式
  • ZooKeeper的Watcher机制（节点变化通知）

---

五、模式优劣与最佳实践

优势：

• 松耦合架构：目标与观察者仅通过抽象接口交互，符合开闭原则
• 实时响应能力：毫秒级状态同步（如股票行情实时刷新）

局限性：

• 通知顺序不可控：多个观察者的执行顺序可能影响系统行为
• 循环触发风险：观察者修改目标状态可能引发无限循环

最佳实践：

1. 异步通知优化：结合线程池处理高并发场景（如电商大促期间订单通知）
2. 状态过滤机制：仅在关键状态变化时触发通知（如温度变化超过1℃）
3. 消息中间件集成：通过RabbitMQ等实现跨系统观察者模式

---

总结

观察者模式如同软件架构的"神经系统"，通过事件驱动和状态广播机制，在GUI开发、物联网、金融交易等场景中展现出强大的生命力。其设计精髓在于将状态生产者与状态消费者解耦，开发者应重点把控通知粒度与性能平衡，结合具体场景选择同步/异步实现策略，从而构建出高响应、易扩展的现代化系统架构。