观察者模式（Observer Pattern）学习笔记

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1. 模式定义

行为型设计模式，定义对象间的一种一对多依赖关系，当一个对象状态发生改变时，所有依赖它的对象都会得到通知并自动更新。又称为发布-订阅模式。

2. 适用场景

✅ 需要实现事件触发机制
✅ 存在多个对象依赖一个对象状态的场景
✅ 需要实现广播通信机制
✅ 需要解耦观察者与被观察者
✅ 需要动态增减观察者对象

3. 模式结构

4. 核心角色

角色	说明
Subject	抽象主题（被观察者），定义注册、删除、通知观察者的接口
ConcreteSubject	具体主题，维护观察者列表，状态改变时通知所有观察者
Observer	抽象观察者，定义更新接口
ConcreteObserver	具体观察者，实现更新逻辑

5. 代码示例

5.1 气象站监控示例

// 抽象主题
interface WeatherSubject {void registerObserver(WeatherObserver o);void removeObserver(WeatherObserver o);void notifyObservers();
}// 具体主题
class WeatherStation implements WeatherSubject {private List<WeatherObserver> observers = new ArrayList<>();private float temperature;private float humidity;public void setMeasurements(float temp, float humidity) {this.temperature = temp;this.humidity = humidity;notifyObservers();}public void registerObserver(WeatherObserver o) {observers.add(o);}public void removeObserver(WeatherObserver o) {observers.remove(o);}public void notifyObservers() {for (WeatherObserver o : observers) {o.update(temperature, humidity);}}
}// 抽象观察者
interface WeatherObserver {void update(float temp, float humidity);
}// 具体观察者
class CurrentConditionsDisplay implements WeatherObserver {public void update(float temp, float humidity) {System.out.printf("当前天气状况：温度%.1f℃ 湿度%.1f%%\n", temp, humidity);}
}class StatisticsDisplay implements WeatherObserver {public void update(float temp, float humidity) {// 实现统计逻辑System.out.println("更新统计数据显示...");}
}// 客户端
public class Client {public static void main(String[] args) {WeatherStation station = new WeatherStation();WeatherObserver currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay();WeatherObserver statisticsDisplay = new StatisticsDisplay();station.registerObserver(currentDisplay);station.registerObserver(statisticsDisplay);station.setMeasurements(25.5f, 65.0f);/* 输出：当前天气状况：温度25.5℃ 湿度65.0%更新统计数据显示... */}
}

6. 模式变种

6.1 推拉模型对比

模型类型	数据传递方式	特点
推	主题主动发送完整数据给观察者	观察者被动接收，可能收到不需要的数据
拉	观察者主动从主题获取所需数据	需要时获取，减少不必要数据传输

// 拉模型实现示例
interface PullObserver {void update(WeatherSubject subject);
}class PullWeatherDisplay implements PullObserver {public void update(WeatherSubject subject) {if (subject instanceof WeatherStation) {WeatherStation ws = (WeatherStation)subject;System.out.println("温度：" + ws.getTemperature());}}
}

7. 优缺点分析

✔️ 优点：

• 实现松耦合
• 支持动态添加/删除观察者
• 符合开闭原则
• 支持广播通信

❌ 缺点：

• 通知顺序不可控
• 观察者过多时影响性能
• 循环依赖可能导致系统崩溃
• 观察者可能收到不相关通知

8. 相关模式对比

模式	目的	关键区别
发布-订阅模式	消息通知机制	通过消息代理解耦，支持更复杂路由
中介者模式	对象间交互	集中控制通信，观察者模式是分布式通知
责任链模式	请求传递	观察者模式是单向通知机制

9. 实际应用案例

• Java Swing的事件监听机制（ActionListener）
• Spring框架的ApplicationEvent和ApplicationListener
• Android的BroadcastReceiver
• JavaBeans的PropertyChangeListener
• Reactor编程模型
• Vue.js的响应式系统
• Kafka消息队列

10. 最佳实践建议

1. 使用Java内置实现：

// Java 9之前可用（已过时）
import java.util.Observable;
import java.util.Observer;// Java 9+推荐使用PropertyChangeSupport
import java.beans.PropertyChangeListener;
import java.beans.PropertyChangeSupport;

2. 防止内存泄漏：

// 及时移除观察者
subject.addObserver(observer);
// ...
subject.deleteObserver(observer);

3. 异步通知优化：

// 使用线程池异步通知
ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
public void notifyObservers() {for (Observer o : observers) {executor.submit(() -> o.update(data));}
}

4. 使用弱引用（WeakReference）：

// 防止观察者无法被垃圾回收
List<WeakReference<Observer>> weakObservers = new ArrayList<>();public void registerObserver(Observer o) {weakObservers.add(new WeakReference<>(o));
}

5. 事件过滤机制：

// 添加事件类型过滤
interface EventObserver {void update(EventType type, Object data);
}enum EventType { TEMP_CHANGE, HUMIDITY_CHANGE }

11. 扩展应用（Spring事件机制）

// 自定义事件
public class OrderCreatedEvent extends ApplicationEvent {private Order order;public OrderCreatedEvent(Object source, Order order) {super(source);this.order = order;}// getter...
}// 事件发布者
@Service
class OrderService {@Autowiredprivate ApplicationEventPublisher publisher;public void createOrder(Order order) {// 创建订单逻辑...publisher.publishEvent(new OrderCreatedEvent(this, order));}
}// 事件监听者
@Component
class NotificationService {@EventListenerpublic void handleOrderCreated(OrderCreatedEvent event) {// 发送通知逻辑...}
}

🔍 设计原则体现：

1. 开闭原则（OCP）：新增观察者无需修改主题
2. 松耦合原则：主题与观察者互相不知道对方细节
3. 单一职责原则：主题管理状态，观察者处理通知

通过观察者模式，可以实现高效的事件通知机制，特别适合需要实现实时数据同步、事件驱动架构的场景。该模式在GUI开发、分布式系统和框架设计中应用广泛，是解耦组件关系的经典解决方案。