23种设计模式之观察者模式

紫风

发布于 2025-10-14 15:21:24

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以下是 观察者模式 (Observer Pattern) 的详细介绍，包含定义、优缺点、应用场景及代码实现：

一、观察者模式概述

英文名称：Observer
核心目标：定义对象间的一对多依赖关系，当一个对象（被观察者）状态改变时，所有依赖它的对象（观察者）自动收到通知并更新。
设计思想：通过解耦被观察者和观察者，实现松耦合的动态事件通知机制。

二、优缺点

优点：

解耦性强：被观察者和观察者相互独立，可单独修改。
动态订阅：支持运行时动态添加或移除观察者。
广播通信：一对多通知机制，简化事件传播。

缺点：

性能开销：观察者数量多时，遍历通知可能耗时。
循环依赖：不当设计可能导致循环触发更新。
更新顺序不可控：观察者接收通知的顺序不确定。

三、应用场景

事件驱动系统：如 GUI 按钮点击事件、游戏角色状态变化。
数据监控：如股票价格波动通知、传感器数据更新。
消息中间件：如 Kafka、RabbitMQ 的发布-订阅模型。
配置中心热更新：配置变更后自动同步到多个服务。

四、代码实现与注释

以下通过 气象站数据发布系统 的案例演示观察者模式：

1. 观察者接口（订阅者）

/**
 * 观察者接口：定义数据更新方法
 */
public interface Observer {
    void update(float temperature, float humidity);
}

2. 被观察者接口（发布者）

/**
 * 被观察者接口：定义订阅、取消订阅和通知方法
 */
public interface Subject {
    void registerObserver(Observer observer);
    void removeObserver(Observer observer);
    void notifyObservers();
}

3. 具体被观察者（气象站）

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 具体被观察者：气象站（维护观察者列表并通知数据变化）
 */
public class WeatherStation implements Subject {
    private final List<Observer> observers = new ArrayList<>();
    private float temperature;
    private float humidity;

    // 注册观察者
    @Override
    public void registerObserver(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    // 移除观察者
    @Override
    public void removeObserver(Observer observer) {
        observers.remove(observer);
    }

    // 通知所有观察者
    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(temperature, humidity);
        }
    }

    // 气象站数据更新时触发通知
    public void setMeasurements(float temperature, float humidity) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        notifyObservers();
    }
}

4. 具体观察者（显示设备）

/**
 * 具体观察者：手机显示设备
 */
public class MobileDisplay implements Observer {
    @Override
    public void update(float temperature, float humidity) {
        System.out.println("[手机] 温度: " + temperature + "°C, 湿度: " + humidity + "%");
    }
}

/**
 * 具体观察者：电视显示设备
 */
public class TVDisplay implements Observer {
    @Override
    public void update(float temperature, float humidity) {
        System.out.println("[电视] 当前气象数据 => 温度: " + temperature + "°C, 湿度: " + humidity + "%");
    }
}

5. 客户端调用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建被观察者（气象站）
        WeatherStation weatherStation = new WeatherStation();

        // 创建观察者（显示设备）
        Observer mobileDisplay = new MobileDisplay();
        Observer tvDisplay = new TVDisplay();

        // 注册观察者
        weatherStation.registerObserver(mobileDisplay);
        weatherStation.registerObserver(tvDisplay);

        // 更新气象数据，自动触发通知
        System.out.println("===== 第一次数据更新 =====");
        weatherStation.setMeasurements(25.5f, 65.0f);

        // 移除一个观察者后再次更新
        weatherStation.removeObserver(tvDisplay);
        System.out.println("\n===== 第二次数据更新 =====");
        weatherStation.setMeasurements(28.0f, 60.0f);
    }
}

6. 输出结果

===== 第一次数据更新 =====
[手机] 温度: 25.5°C, 湿度: 65.0%
[电视] 当前气象数据 => 温度: 25.5°C, 湿度: 65.0%

===== 第二次数据更新 =====
[手机] 温度: 28.0°C, 湿度: 60.0%

五、模式结构图

+----------------+          +----------------+
|   Subject      | <>-----+ |   Observer     |
+----------------+          +----------------+
| +register()    |          | +update()      |
| +remove()      |          +----------------+
| +notify()      |
+----------------+
       ^
       |
+----------------+
| ConcreteSubject|
+----------------+
| +getState()    |
| +setState()    |
+----------------+
       |
       |
+----------------+
| ConcreteObserver|
+----------------+
| +update()      |
+----------------+

六、与其他模式的关系

发布-订阅模式：观察者模式是发布-订阅的基础，后者通常引入中间代理层（如消息队列）。
中介者模式：中介者协调多个对象间通信，观察者模式侧重单向通知。
责任链模式：观察者广播通知，责任链按链传递请求。

七、最佳实践

Java 内置支持：java.util.Observable 和 java.util.Observer（但 Observable 类已过时，建议自定义实现）。
异步通知：使用线程池或消息队列异步处理观察者更新，避免阻塞。
防止竞态条件：确保在遍历观察者列表时线程安全（如使用 CopyOnWriteArrayList）。

八、总结

核心价值：解耦事件发布者与订阅者，实现动态、灵活的事件通知机制。
适用场景：需要实现事件驱动、数据同步或状态监听功能的系统。
关键实现：被观察者接口 + 观察者接口 + 注册/通知机制。

观察者模式在 Java 生态中广泛应用，例如：

Swing/AWT：ActionListener 监听按钮点击事件。
Spring 事件机制：ApplicationEvent 和 ApplicationListener。
ReactiveX：RxJava 的 Observable 和 Observer 实现响应式编程。

掌握该模式能有效提升系统的可扩展性和模块化程度。

本文参与腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自作者个人站点/博客。

原始发表：2025-04-23，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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23种设计模式之观察者模式

23种设计模式之观察者模式

一、观察者模式概述

二、优缺点

优点：

缺点：

三、应用场景

四、代码实现与注释

1. 观察者接口（订阅者）

2. 被观察者接口（发布者）

3. 具体被观察者（气象站）

4. 具体观察者（显示设备）

5. 客户端调用

6. 输出结果

五、模式结构图

六、与其他模式的关系

七、最佳实践

八、总结

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