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观察者设计模式

乒乓狂魔
 乒乓狂魔
发布于 2015/02/07 10:37
字数 1715
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先来看下下报纸和杂志的订阅:
(1)报社:出版报纸和杂志
(2)订阅者:向某家报社订阅报纸和杂志,只要报社出版了新的报纸,订阅者就会收到最新的报纸和杂志。
(3)报社具有添加和删除订阅者的功能(其实应该是订阅者具有订阅和退订的功能,这个主动权应该是订阅者而不是报社,报社也应该对外开放这样的方法)
下面就让我们来简单实现上述的描述:
报社:PublishingHouse 如下:

package com.lg.design.obser;

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

public class PublishingHouse {
	
	private List<Subscriber> subscribers=new ArrayList<Subscriber>();
	
	public void add(Subscriber subscriber){
		if(subscriber!=null && !subscribers.contains(subscriber)){
			subscribers.add(subscriber);
		}
	}
	
	public void delete(Subscriber subscriber){
		if(subscriber!=null){
			subscribers.remove(subscriber);
		}
	}

	public void produceNewspaper(String newspaper) {
		notifySubscribers(newspaper);
	}

	private void notifySubscribers(String newspaper) {
		for(Subscriber subscriber:subscribers){
			subscriber.receiveNewspaper(newspaper);
		}
	}
	
}

PublishingHouse 有添加和删除订阅者Subscriber的方法,同时在生产报纸时来通知所有的订阅者。
订阅者:Subscriber如下:

package com.lg.design.obser;

public interface Subscriber {

	public void receiveNewspaper(String newspaper);
	
}

订阅者是一个接口,订阅到报纸后如何处理不同的订阅者有不同的实现。
如某类订阅者 ASubscriber:

package com.lg.design.obser;

public class ASubscriber implements Subscriber{

	@Override
	public void receiveNewspaper(String newspaper) {
		System.out.println("A receive newspaper:"+newspaper);
	}

}

再如某类订阅者 BSubscriber:
package com.lg.design.obser;

public class BSubscriber implements Subscriber{

	@Override
	public void receiveNewspaper(String newspaper) {
		System.out.println("B receive newspaper:"+newspaper);
	}

}

测试方法如下:
public static void main(String[] args){
		PublishingHouse publishingHouse=new PublishingHouse();
		Subscriber a=new ASubscriber();
		Subscriber b=new BSubscriber();
		publishingHouse.add(a);
		publishingHouse.add(b);
		
		publishingHouse.produceNewspaper("第一天的报纸");
		publishingHouse.produceNewspaper("第二天的报纸");
	}

输出的结果为:
A receive newspaper:第一天的报纸
B receive newspaper:第一天的报纸
A receive newspaper:第二天的报纸
B receive newspaper:第二天的报纸

观察者模式其实很简单,就是报社维护了一个订阅者集合,一旦有新的报纸,就会去遍历那个集合,调用集合里元素的通用方法receiveNewspaper(接口方法)。报社的produceNewspaper方法就是将上述过程进行了封装而已。

上述的例子很简单,同时有很多问题。下面来说说JDK自身已实现的观察者模式:
被观察者Observable(如报社),观察者Observer(如订阅者)
观察者Observer如下:

public interface Observer {
    
    void update(Observable o, Object arg);
}

被观察者Observable如下:
package java.util;
public class Observable {
    private boolean changed = false;
    private Vector obs;

    public Observable() {
        obs = new Vector();
    }

    public synchronized void addObserver(Observer o) {
        if (o == null)
            throw new NullPointerException();
        if (!obs.contains(o)) {
            obs.addElement(o);
        }
    }

    public synchronized void deleteObserver(Observer o) {
        obs.removeElement(o);
    }

    public void notifyObservers() {
        notifyObservers(null);
    }

    public void notifyObservers(Object arg) {
        /*
         * a temporary array buffer, used as a snapshot of the state of
         * current Observers.
         */
        Object[] arrLocal;

        synchronized (this) {
            /* We don't want the Observer doing callbacks into
             * arbitrary code while holding its own Monitor.
             * The code where we extract each Observable from
             * the Vector and store the state of the Observer
             * needs synchronization, but notifying observers
             * does not (should not).  The worst result of any
             * potential race-condition here is that:
             * 1) a newly-added Observer will miss a
             *   notification in progress
             * 2) a recently unregistered Observer will be
             *   wrongly notified when it doesn't care
             */
            if (!changed)
                return;
            arrLocal = obs.toArray();
            clearChanged();
        }

        for (int i = arrLocal.length-1; i>=0; i--)
            ((Observer)arrLocal[i]).update(this, arg);
    }
    public synchronized void deleteObservers() {
        obs.removeAllElements();
    }

    protected synchronized void setChanged() {
        changed = true;
    }

    protected synchronized void clearChanged() {
        changed = false;
    }

    public synchronized boolean hasChanged() {
        return changed;
    }

    public synchronized int countObservers() {
        return obs.size();
    }
}

它使用一个Vector集合来存放所有的Observer,具有添加删除Observer的功能。同时还有一个changed属性,用来标示状态是否发生变化,所以在执行notifyObservers通知前要把该状态改为true,为了保证线程安全,setChanged、hasChanged、clearChanged都加上了synchronized 进行同步。再来详细看下notifyObservers过程:
arrLocal作为当时Observers的一个快照,在该方法中对状态的判断和改变进行了同步,然后按照倒序进行了事件的通知,即调用集合中每个Observer。

先说下我对jdk实现的观察者模式的看法:
(1)加入changed属性,则需要在每次想要执行通知前,提前设置setChanged即changed=true,然后执行notifyObservers才有效,这使得我们在使用时必须使setChanged方法和notifyObservers方法进行synchronized操作,使之成为“原子操作”,不然在多线程环境中,会通知失败。如线程1执行setChanged,线程2执行setChanged,线程1执行notifyObservers,它就会把changed=false,此时线程2再执行notifyObservers,就会因为changed=false而直接退出,不会发出通知,changed属性的确给我们带来了同步的麻烦,也体现在了notifyObservers方法中,如下:

public void notifyObservers(Object arg) {
        /*
         * a temporary array buffer, used as a snapshot of the state of
         * current Observers.
         */
        Object[] arrLocal;

        synchronized (this) {
            if (!changed)
                return;
            arrLocal = obs.toArray();
            clearChanged();
        }

        for (int i = arrLocal.length-1; i>=0; i--)
            ((Observer)arrLocal[i]).update(this, arg);
    }

有了changed属性,必须要在该方法中对changed的判断进行同步,否则会造成如下现象:线程1设置了setChanged方法,在执行notifyObservers时还未执行到clearChanged方法,此时线程2不用调用setChanged方法,直接调用notifyObservers,也会实现通知。
(2)Observer接口的方法,void update(Observable o, Object arg);此时传递的是Observable对象,如MyObservable继承了Observable 对象,此时我们要获取MyObservable的数据就必须要对void update(Observable o, Object arg)传进来的Observable o进行强制类型转换,而我们应该可以利用泛型来更好的设计这一个接口,避免强制类型转换。如下:

public interface MyObserver<T extends Observable>{

	public void update(T t,Object args);
}

(3)对于Observable的notifyObservers通知顺序,默认写死为倒序通知,不应该是这样的,而是,应该对开开放成接口,同时提供多种实现,如正序通知的实现和倒序通知的实现。如果还满足不了需求,我们就可以自定义顺序实现该接口,设置进Observable中。
(4)对于Observable内部使用Vector,也是不可扩展的一个地方,如果我们想换种集合就没法实现,并不是什么需求都会去使用Vector。
(5)观察者自己应该具有取消关注的权利,即微信中的订阅一样,自己有权利去关注和取消关注,所以有时观察者接口由希望有一个取消关注的方法,然而该方法的实现又很明白,不需要观察者自己来实现。这就使用到了java8中接口中默认方法的实现。如下所示:

public interface Observer {
    
    void update(Observable o, Object arg);

    default void unregister(Observable o){
         o.deleteObserver(this);
    }

    default void register(Observable o){
         o.addObserver(this);
    }
}

不知道这样写对不对,
所以对于Jdk自身实现的观察者模式扩展性并不好,同时大量使用synchronized来解决多线程问题,没有更好的使用多线程包中的同步技术。观察者模式本身很简单,所以有时候还是需要我们自己来写一个观察者模式。

以上纯属个人拙见,欢迎激烈讨论,共同进步。

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作者:iteye的乒乓狂魔

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