Java观察者模式之实现对象间的一对多依赖

2023-05-19 08:05:00 对象 依赖 观察者

一、介绍

1.1 什么是Java观察者模式？

Java观察者模式是一种行为型设计模式，用于实现对象之间的消息传递和通信。在Java中，观察者模式主要由Observable和Observer接口实现。观察者模式中的目标对象（Observable）维护一个观察者列表，当目标对象发生变化时，它会通知所有的观察者对象（Observer）进行相应的处理。

1.2 观察者模式的优缺点

观察者模式的优点包括：

  • 确保了被观察者和观察者之间的松耦合，即它们可以独立地演化而不需要相互了解彼此的细节。
  • 开放-封闭原则。您可以在不改变被观察者或观察者代码的情况下引入新的观察者。
  • 可以为不同的观察者提供不同的事件通知。具体来说，您可以为某些观察者提供更详细的通知，而对于其他观察者，您可以仅通知状态的存在/变化（如仅使用布尔标志）。

观察者模式的缺点包括：

  • 观察者可能会收到太多通知，其中许多可能不相关。
  • 观察者之间可能会出现混乱的依赖关系，从而使代码更复杂并增加维护成本。

二、实现步骤

2.1 创建被观察者类

第一步是创建一个被观察者类。这通常涉及以下步骤：

  • 定义需要通知观察者的状态变量。
  • 提供将状态变量设置为新值的方法。
  • 提供一种将观察者添加到观察者列表中的方法。每次状态发生变化时，都会通知这些观察者。
  • 提供一种将观察者从观察者列表中删除的方法。

2.2 创建观察者接口和实现类

第二步是定义观察者接口。观察者接口应该定义被调用以处理被观察者发出的通知的方法。

然后，创建一个或多个实现观察者接口的类。每个观察者类应该具有一个带有处理通知的代码的方法。

2.3 在被观察者类中添加注册、移除和通知观察者的方法

在被观察者类中添加将观察者添加到观察者列表中、将观察者从观察者列表中删除以及通知观察者的方法。

为了通知观察者，需要遍历观察者列表，对于每个观察者调用其处理通知的代码。

三、应用场景

3.1 GUI编程中的应用

在GUI编程中，使用python的Socket库可以实现多用户聊天室或者网络游戏的开发。服务器端通过socket监听端口并接受客户端的连接，同时也可以向客户端发送数据。客户端与服务器端进行交互，通过socket向服务器发送信息，同时也可以接收服务器发来的信息。

3.2 订阅服务

订阅服务是指客户端向服务器发送订阅请求，当服务器端有新的消息产生时，自动向订阅该消息的客户端发送消息。通过Python的socket库实现订阅服务，可以让客户端和服务器实时通信，获取最新的数据。

3.3 股票交易

在股票交易中，需要实现高效的数据交互以及实时的数据更新。通过Python的socket库，可以实现股票行情的获取和交易的下单，同时也可以确保交易的数据传输安全。对于高频交易来说，socket还能够实现非阻塞式的多路复用，提高交易效率。

四、与其他模式的区别

4.1 观察者模式与发布-订阅模式的区别

观察者模式和发布-订阅模式都是用于实现对象之间的消息通信。它们的主要区别在于：

  • 观察者模式中，观察者直接订阅并接收目标的信息，目标与观察者之间是一对多的关系。而在发布-订阅模式中，发布者与订阅者之间通过消息代理进行通信，发布者只需要将消息发送给消息代理，由消息代理将消息路由给所有订阅者。
  • 在观察者模式中，目标和观察者之间是松散耦合的关系，目标不知道哪些观察者正在观察它，观察者也无法直接控制目标。而在发布-订阅模式中，发布者和订阅者之间也是松散耦合的关系，发布者不知道哪些订阅者正在订阅它，订阅者也无法直接控制发布者。

4.2 观察者模式与中介者模式的区别

观察者模式和中介者模式都是用于解耦对象之间的关系。它们的主要区别在于：

  • 观察者模式中，目标和观察者之间是直接交互的，观察者感知到目标状态的改变，就会做出响应。而在中介者模式中，对象之间不直接交互，它们通过中介者对象进行通信，中介者对象协调对象之间的关系。
  • 在中介者模式中，中介者对象负责协调对象之间的关系，中介者对象会成为一个核心，它会成为对象通信的中心。而在观察者模式中，目标对象负责管理观察者列表，但是它并不知道观察者之间的关系，也不知道观察者做出响应的具体行为。

五、总结

5.1 Java观察者模式使用的注意点

在使用Java观察者模式时，需要注意以下几点：

  • 避免观察者和目标对象之间的循环引用，避免内存泄漏；
  • 观察者和目标对象都应该实现Serializable接口，以便在分布式系统中使用；
  • 在多线程情况下，需要保证目标对象和观察者对象的线程安全，避免多线程问题。

5.2 观察者模式的适用场景

适用于以下场景：

  • 当一个对象的改变需要同时改变其他对象的状态时，可以使用观察者模式。
  • 当一个抽象模型有两个方面，其中一个方面依赖于另一个方面时，可以使用观察者模式。
  • 当一个对象必须通知其他对象，但是其他对象不需要通知它时，可以使用观察者模式。

5.3 Java观察者模式的实现方法

在Java中，观察者模式可以通过Java自带的Observer和Observable接口来实现。通常需要定义具体的Observer和Observable实现类，并在目标对象中定义添加、移除和通知观察者的方法。

具体实现方法参考如下代码：

import java.util.Observable;
import java.util.Observer;

public class ConcreteObserver implements Observer {

    // 实现update方法
    @Override
    public void update(Observable observable, Object arg) {
        // 获取目标对象传递的数据
        String data = arg.toString();
        System.out.println("Data has been updated: " + data);
    }
}

public class ConcreteObservable extends Observable {

    public void setData(String data) {
        // 标记数据已发生改变
        setChanged();
        // 通知所有观察者数据发生改变
        notifyObservers(data);
    }
}

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个具体的观察者对象
        ConcreteObserver observer = new ConcreteObserver();
        // 创建一个具体的目标对象
        ConcreteObservable observable = new ConcreteObservable();
        // 将观察者对象注册到目标对象中
        observable.addObserver(observer);
        // 向目标对象中添加数据，并通知所有观察者数据发生改变
        observable.setData("Hello, Observer!");
    }
}

5.4 如何优化观察者模式的性能

观察者模式的性能优化可以通过以下几个方面实现：

  • 利用消息队列减轻观察者和目标对象之间的负担；
  • 根据业务需求决定是否允许观察者接收到所有消息；
  • 使用异步通信方式，加快消息传递速度；
  • 对于缓存的消息，只通知关键观察者。

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