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设计模式：观察者模式 (Observer) 案例详解

web 2025/6/30 14:45:23

一、引言：为什么需要观察者模式？

二、观察者模式的核心原理

1. 角色划分

2. 类图关系

三、经典案例解析

案例1：天气监测系统

案例2：股票价格监控系统

案例3：MVC架构中的模型-视图分离

案例4：Java内置事件监听机制

四、进阶技巧与注意事项

1. 避免循环依赖

2. 异步通知

3. Java内置支持

五、对比其他设计模式

六、总结与建议

一、引言：为什么需要观察者模式？

在软件开发中，对象之间的耦合度越高，代码的维护性和扩展性越差。例如：

事件处理：当一个对象的状态变化需要通知多个其他对象时（如GUI按钮点击触发多个事件）。
数据同步：当数据源更新时，多个依赖该数据的对象需要自动刷新（如股票价格变动通知投资者）。
传统方案中，对象间直接调用会导致强耦合，而观察者模式通过解耦解决了这一问题。

二、观察者模式的核心原理

1. 角色划分

Subject（主题）：维护观察者列表，提供注册、移除和通知观察者的接口。
Observer（观察者）：定义更新接口，接收主题的通知并自动更新。
ConcreteSubject（具体主题）：实现主题接口，管理观察者列表，状态变化时通知观察者。
ConcreteObserver（具体观察者）：实现观察者接口，定义收到通知后的具体行为。

2. 类图关系

[Subject] <-- [ConcreteSubject]▼List<Observer>▲
[Observer] --> [ConcreteObserver]

三、经典案例解析

案例1：天气监测系统

背景：气象站实时采集温度、湿度数据，多个显示设备（如当前状况、统计图表）需同步更新。

实现步骤：

定义主题接口：

interface Subject {void registerObserver(Observer o);void removeObserver(Observer o);void notifyObservers();
}

实现具体主题：

class WeatherData implements Subject {private List<Observer> observers;private float temperature;public void setMeasurements(float temp, float hum) {this.temperature = temp;notifyObservers();}public void notifyObservers() {for (Observer observer : observers) {observer.update(temperature);}}// 注册、移除观察者方法省略
}

定义观察者接口：

interface Observer {void update(float temperature);
}

实现具体观察者：

class CurrentConditionsDisplay implements Observer {public void update(float temperature) {System.out.println("当前温度：" + temperature + "°C");}
}

效果：

新增显示设备（如统计图表）只需实现Observer接口，无需修改WeatherData。
主题与观察者解耦，支持动态扩展。

案例2：股票价格监控系统

背景：投资者订阅股票信息，当价格变动时需实时通知所有订阅者。

实现亮点：

主题：Stock类维护价格和观察者列表。
观察者：Investor类实现更新逻辑，如触发买入/卖出操作。
动态订阅：投资者可随时添加或取消订阅。

代码片段：

class Stock implements Subject {private List<Observer> investors = new ArrayList<>();private double price;public void setPrice(double newPrice) {this.price = newPrice;notifyObservers();}public void notifyObservers() {for (Observer investor : investors) {investor.update(price);}}
}

案例3：MVC架构中的模型-视图分离

背景：模型层（Model）数据变化时，多个视图层（如柱状图、饼图）需自动更新。

实现逻辑：

模型：作为主题，存储数据并通知视图。
视图：作为观察者，订阅模型更新。
优势：视图与模型解耦，支持任意数量的视图扩展。

示例：

class Model implements Subject {private int data;public void setData(int newData) {this.data = newData;notifyObservers();}
}
class BarChart implements Observer {public void update(int data) {System.out.println("柱状图更新：" + data);}
}

案例4：Java内置事件监听机制

背景：GUI按钮点击事件需触发多个操作（如弹窗、日志记录）。

实现原理：

事件源：按钮作为主题，触发事件。
事件监听器：观察者实现ActionListener接口，处理事件。

代码示例：

JButton button = new JButton("Click");
button.addActionListener(e -> System.out.println("按钮被点击！"));

四、进阶技巧与注意事项

1. 避免循环依赖

若观察者在update()中修改主题状态，可能导致无限递归。解决方案：

限制通知层级（如仅通知一次）。
使用标志位判断是否正在通知。

2. 异步通知

在复杂系统中，同步通知可能阻塞主线程。可通过异步回调或消息队列优化：

new Thread(() -> notifyObservers()).start();

3. Java内置支持

JDK提供java.util.Observable和java.util.Observer，但存在以下问题：

观察者与主题强绑定，难以扩展。
建议自定义接口，提升灵活性。

五、对比其他设计模式

模式	核心目标	观察者模式适用场景
策略模式	算法替换	需动态切换行为（如排序算法）
中介者模式	多对象通信协调	复杂对象网状关系（如聊天室）
发布-订阅	事件分发（如消息队列）	高并发、异步事件处理