一、场景

• 观察者模式是行为型模式之一。
  • 类与类之间如何协作才算观察者模式呢？
• 试想一下：
  • 学生们坐在教室上课，到了下课时刻，下课铃声响起，学生们听到铃声，进入课间休息时段。
    • 学生是观察者，观察对象是铃声通知器（一般挂在教室门口的墙上）。
• 这种协作便是观察者模式。

1、题目描述 【案例来源】

小明所在的学校有一个时钟（主题），每到整点时，它就会通知所有的学生（观察者）当前的时间，请你使用观察者模式实现这个时钟通知系统。
注意点：时间从 1 开始，并每隔一个小时更新一次。

2、输入描述

输入的第一行是一个整数 N（1 ≤ N ≤ 20），表示学生的数量。
接下来的 N 行，每行包含一个字符串，表示学生的姓名。
最后一行是一个整数，表示时钟更新的次数。

3、输出描述

对于每一次时钟更新，输出每个学生的姓名和当前的时间。

4、输入示例

2
Alice
Bob
3

5、输出示例

Alice 1
Bob 1
Alice 2
Bob 2
Alice 3
Bob 3

二、实现

• 主题（Subject）: 铃声通知器

主题状态（数据）变化后，通知订阅了该主题的观察者。

亦称：发布者（Publisher）
发布者状态（数据）变化后，通知订阅者（Subscriber）/观察者。

public interface Subject {void registerObserver(Observer observer);void removeObserver(Observer observer);void notifyObservers();
}public class TimeSubject implements Subject {private List<Observer> observers;@Setterprivate Integer startTime;public TimeSubject(Integer startTime) {this.startTime = startTime;this.observers = new ArrayList<>();}@Overridepublic void registerObserver(Observer observer) {observers.add(observer);}@Overridepublic void removeObserver(Observer observer) {observers.remove(observer);}@Overridepublic void notifyObservers() {for (Observer observer : observers) {observer.update(startTime);}startTime = (startTime + 1) % 24;}
}

• 观察者/订阅者

public interface Observer {void update(Integer currentTime);
}public class StudentObserver implements Observer {private String name;public StudentObserver(String name) {this.name = name;}@Overridepublic void update(Integer currentTime) {System.out.println(name + " " + currentTime);}
}

• 客户端

public class Application {public static void main(String[] args) {Scanner scanner = new Scanner(System.in);TimeSubject timeSubject = new TimeSubject(1);int n = scanner.nextInt();for (int i = 0; i < n; i++) {String name = scanner.next();Observer studentObserver = new StudentObserver(name);timeSubject.registerObserver(studentObserver);}int frequency = scanner.nextInt();for (int i = 0; i < frequency; i++) {timeSubject.notifyObservers();}}

三、更复杂的场景 【案例来源】

• 编辑器提供两种功能：打开文件 和 保存文件。
  • 当打开文件时，发邮件通知监听该行为的观察者。
  • 当保存文件时，会触发打印日志。

分析：

• 客户端使用编辑器，当出现“打开文件”或者“保存文件”时，触发发送邮件或打印日志。
  • 很显然，编辑器是“铃声通知器”，是发布者。邮件监听、日志监听是观察者。

1、简单实现

• 发布者

public interface Publisher {void registerObserver(String observeType, Observer observer);void removeObserver(String observeType, Observer observer);void notifyObservers(String observeType);
}public class Editor implements Publisher {private List<Observer> emailObservers;private List<Observer> logObservers;private File file;public Editor() {emailObservers = new ArrayList<>();logObservers = new ArrayList<>();}@Overridepublic void registerObserver(String observeType, Observer observer) {if ("open file".equals(observeType)) {emailObservers.add(observer);} else if ("save file".equals(observeType)) {logObservers.add(observer);} else {throw new RuntimeException("invalid observeType");}}@Overridepublic void removeObserver(String observeType, Observer observer) {if ("open file".equals(observeType)) {emailObservers.remove(observer);} else if ("save file".equals(observeType)) {logObservers.remove(observer);} else {throw new RuntimeException("invalid observeType");}}@Overridepublic void notifyObservers(String observeType) {ObserveContext observeContext = new ObserveContext().setObserveType(observeType).setFile(file);if ("open file".equals(observeType)) {emailObservers.stream().forEach(observer -> observer.update(observeContext));} else if ("save file".equals(observeType)) {logObservers.stream().forEach(observer -> observer.update(observeContext));} else {throw new RuntimeException("invalid observeType");}}public void openFile(String filePath) {if (StringUtils.isEmpty(filePath)) {throw new RuntimeException("filePath is empty");}this.file = new File(filePath);notifyObservers("open file");}public void saveFile() {if (null == this.file) {throw new RuntimeException("file is null");}notifyObservers("save file");}
}

• 订阅者

public interface Observer {void update(ObserveContext context);
}public class EmailObserver implements Observer {private String email;public EmailObserver(String email) {this.email = email;}@Overridepublic void update(ObserveContext context) {String observeType = context.getObserveType();File file = context.getFile();Objects.requireNonNull(observeType, "observeType must not be null");Objects.requireNonNull(file, "file must not be null");System.out.println("send email to " + email + ", content: " + observeType + " " + file.getName());}
}public class LogObserver implements Observer {private String logFilePath;public LogObserver(String logFilePath) {this.logFilePath = logFilePath;}@Overridepublic void update(ObserveContext context) {String observeType = context.getObserveType();File file = context.getFile();Objects.requireNonNull(observeType, "observeType must not be null");Objects.requireNonNull(file, "file must not be null");System.out.println("save log to " + logFilePath + ", content: " + observeType + " " + file.getName());}
}

• 发布者-订阅者，交互的数据

@Data
@Accessors(chain = true)
public class ObserveContext {private String observeType;private File file;
}

打开文件 or 保存文件

• 客户端

public class Application {public static void main(String[] args) {Editor editor = new Editor();editor.registerObserver("open file", new EmailObserver("forrest@qq.com"));editor.registerObserver("save file", new LogObserver("/user/forrest/log/editor_log.txt"));editor.openFile("/user/forrest/file/test.txt");editor.saveFile();}
}/*
send email to forrest@qq.com, content: open file test.txt
save log to /user/forrest/log/editor_log.txt, content: save file test.txt
*/

1.1 可以改进的地方

• Editor不符合单一原则。
  • 既有与编辑器相关的打开文件/关闭文件的API，又有与编辑器不相关的发布者逻辑。
• 解决办法：对发布者逻辑进行封装。

2、更优雅的实现

• 发布者

public interface Publisher {void registerObserver(String observeType, Observer observer);void removeObserver(String observeType, Observer observer);void notifyObservers(ObserveContext context); // 这里从`String observeType`变成了`ObserveContext context`（更灵活）
}// 对发布者逻辑进行封装。
public class PublisherManager implements Publisher {private static final Map<String, List<Observer>> OBSERVER_MAP = new HashMap<>();@Overridepublic void registerObserver(String observeType, Observer observer) {List<Observer> observerList = OBSERVER_MAP.get(observeType);if (observerList == null) {observerList = new ArrayList<>();OBSERVER_MAP.put(observeType, observerList);}observerList.add(observer);}@Overridepublic void removeObserver(String observeType, Observer observer) {List<Observer> observerList = OBSERVER_MAP.get(observeType);if (observerList != null) {observerList.remove(observer);}}@Overridepublic void notifyObservers(ObserveContext context) {List<Observer> observerList = OBSERVER_MAP.get(context.getObserveType());if (observerList != null) {for (Observer observer : observerList) {observer.update(context);}}}
}

• 订阅者 + ObserveContext（和之前没变化）
  • 发布者和订阅者通过接口基于context进行交互，两者的耦合度极低。当发布者重构了，订阅者是无感知的。
• Editor（组合了Publisher接口，逻辑很纯粹）

public class Editor {private static final Publisher publisherManager = new PublisherManager();private File file;public static Publisher getPublisherManager() {return publisherManager;}public void openFile(String filePath) {if (StringUtils.isEmpty(filePath)) {throw new RuntimeException("filePath is empty");}this.file = new File(filePath);ObserveContext observeContext = new ObserveContext().setObserveType("open file").setFile(file);publisherManager.notifyObservers(observeContext);}public void saveFile() {if (null == this.file) {throw new RuntimeException("file is null");}ObserveContext observeContext = new ObserveContext().setObserveType("save file").setFile(file);publisherManager.notifyObservers(observeContext);}
}

• 客户端：

public class Application {public static void main(String[] args) {Editor editor = new Editor();Editor.getPublisherManager().registerObserver("open file", new EmailObserver("forrest@qq.com"));Editor.getPublisherManager().registerObserver("save file", new LogObserver("/user/forrest/log/editor_log.txt"));editor.openFile("/user/forrest/file/test.txt");editor.saveFile();}
}/*
send email to forrest@qq.com, content: open file test.txt
save log to /user/forrest/log/editor_log.txt, content: save file test.txt
*/

四、个人思考

• 像“一、场景”中纯粹的发布者应该不多见，更常见的应该是“三、更复杂的场景”：一个应用，当其某些状态改变时（文件的打开或者关闭）会触发其他行为。这是观察者模式的用武之地。