【java】Observer和Observable详解

小咪咪 2022-11-21 14:51 165阅读 0赞

### 1.必要性 ###

1.1 观察者模式是oo设计中经常用到的模式之一，大家在解决实际需求时，观察者模式往往都会用到，而javase中已经提供了Observer接口和Observable类让你简单快速的实现观察者模式，因此有必要去了解Observer和Observable；

### 2.观察者模式概述 ###

2.1 角色：被观察对象，观察者

2.2 关系：  
1）.被观察对象：观察者 = 1：n  
2）.被观察对象状态发生变化，会通知所有观察者，观察者将做出相应的反应

2.3 详细说明：参见[【设计模式】观察者模式][Link 1]

### 3.源码分析 ###

3.1 Observer接口  
Observer为java.util包下的一个接口，源码如下：

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

该接口约定了观察者的行为。所有观察者需要在被观察对象发生变化时做出相应的反应，所做的具体反应就是实现Observer接口的update方法，实现update方法时你可以用到两个参数，一个参数的类型是Observable，另一个参数的类型是Object。当然如果完全由自己去实现一个观察者模式的方案，自己去设计Observer接口时，可能不会设计这两个参数。那为什么jdk设计该接口时规定接口中有这两个参数呢？那就是通用性。想想整个观察者模式有哪些类之间需要交互？使用该模式时牵扯三个类，一个是观察者，一个是被观察对象，一个是调用者(调用者可以是被观察对象本身调用，更多情况是一个具体的业务类)，当前接口代表观察者，要与被观察对象交互，因此update方法需要持有被观察对象(Observable)的引用，第一参数产生了；如何与调用者通信，则是添加了类型为Object的参数（该参数是调用者调用Observable实例的notifyObservers(Object obj)方法时传入的，当然也可以不传）；第一个参数可以说是为观察者提供了一种拉取数据的方式，update中的业务可以根据所需去拉去自己想要的被观察对象的信息(一般被观察对象中提供getter)，第二个参数则是由调用者调用notifyObservers(Object obj)将一些信息推过来。通过这两个参数，观察者，被观察对象，调用者(调用通知刷新方法的可能是被观察对象本身，此时只存在观察者与被观察者两者)三者就联系起来了。

3.2 Observable类  
Observable同样是java.util包下的接口（理所当然的事），该类的成员变量和方法如下：

public class Observable {
        private boolean changed = false;
        private Vector<Observer> obs;
        public Observable(){};
        protected synchronized void setChanged(){};
        protected synchronized void clearChanged(){};
        public synchronized void addObserver(Observer o){};
        public synchronized void deleteObserver(Observer o) {};
        public synchronized void deleteObservers(){};
        public synchronized boolean hasChanged(){};
        public synchronized int countObservers(){};
        public void notifyObservers(){};
        public void notifyObservers(Object arg){};
    }

先说成员变量：  
1）该类中含有一个boolean型的变量changed，代表是否发生改变了，Observable类只提供这个boolean值来表明是否发生变化，而不定义什么叫变化，因为每个业务中对变化的具体定义不一样，因此子类自己来判断是否变化；该变量既提供了一种抽象(变与不变)，同时提供了一种观察者更新状态的可延迟加载，通过后面的notifyObservers方法分析可知观察者是否会调用update方法，依赖于changed变量，因此即使被观察者在逻辑上发生改变了，只要不调用setChanged，update是不会被调用的。如果我们在某些业务场景不需要频繁触发update，则可以适时调用setChanged方法来延迟刷新。

2）该类含有一个集合类Vector，该类泛型为Observer，主要用来存放所有观察自己的对象的引用，以便在更新时可以挨个遍历集合中的观察者，逐个调用update方法  
说明：  
1.8的jdk源码为Vector，有版本的源码是ArrayList的集合实现；  
Vector这个类和ArrayList的继承体系是一致，主要有两点不同，一是Vector是线程安全的，ArrayList不是线程安全的，Vector的操作依靠在方法上加了同步关键字来保证线程安全，与此同时ArrayList的性能是要好于Vector的；二是Vector和ArrayList扩容阀值不太一样，ArrayList较Vector更节省空间；

再来说说方法：  
1）操作changed变量的方法为setChanged()，clearChanged()，hasChanged()；见名知意，第一个设置变化状态，第二清除变化状态，这两个的访问权限都是protected，表明这两个方法由子类去调用，由子类来告诉什么时候被观察者发生变化了，什么时候变化消失，而hasChanged()方法的访问权限是公有的，调用者可以使用该方法。三个方法都有同步关键字保证变量的读写操作线程安全。

2）操作Vector类型变量obs的方法为addObserver(Observer o)， deleteObserver(Observer o)， deleteObservers()，countObservers()，这四个方法分别实现了动态添加观察者，删除观察者，删除所有观察者，获取观察者数量。四个方法的访问权限都是公有的，这是提供给调用者的方法，让调用者来实时动态的控制哪些观察者来观察该被观察对象。

3）操作Vector型变量obs的四个方法都加有同步关键字，但是我们刚才分析成员属性Vector obs这个变量时，说Vector类型为线程安全的，而上述四个方法为什么还要加同步关键字呢，这是怎么回事？据我推测应该是程序员重构遗留问题吧，因为前面我说道，有历史版本的源码是使用的ArrayList来持有Observer的引用，而ArrayList不是线程安全的，所以上述四个操作结合的方法需要加上同步关键字来保证线程安全，而后来换成线程安全的Vector了，但这四个操作集合的方法依旧保留了同步关键字。

4）两个对外的方法notifyObservers()，notifyObservers(Object arg)，该方法由调用者来操作，用来通知所有的观察者需要做更新操作了。

先不看源码，想想应该怎么做呢？通知观察者们进行刷新操作，不就是用for循环一个一个操作集合中的Observer调用update方法嘛，这还不简单，于是版本一产生：

//版本一
    public void notifyObservers(Object arg) {
        if(changed){
            for (int i = 0; i<obs.size(); i++)
                obs.get(i).update(this, arg);
        }
    }

看看版本一，很容易发现，该方法会出很多问题，首先调用了所有的观察者的update方法，但是没有清除被观察的变化状态，由于changed变量状态没有重置，因此，如果notifyObservers被多次调用，即使Observable没有再发生变化，所有观察者的update方法已经会被执行。因此需要进行修改，如下：

//版本二
    public void notifyObservers(Object arg) {
        if(changed){
            for (int i = 0; i<obs.size(); i++)
                obs.get(i).update(this, arg);
        }
        clearChanged();
    
    }

看看版本二，依旧有问题，如果出现并发时，各线程对changed变量的读写操作不安全，可能出现脏读因此产生重复update或者不能update的情况，因此需要进行修改，如下：

//版本三
    public synchronized void notifyObservers(Object arg) {
        clearChanged();
        for (int i = 0; i<obs.size(); i++)
            obs.get(i).update(this, arg);
    }

看看版本三，不会出现并发造成的变量状态不一致带来的错误操作，但是想一想观察者数量较多时或者update方法执行时间较长时，被观察者变化后，notifyObservers的执行时间大大增加，呈线性增长，比如并发数是20，而此时有10个线程发生changed并且调用了notifyObservers方法，那么10个线程执行该方法将进入同步，粗略计算耗时为10\*for循环执行时长，因此需要进行修改，我们只对changed变量的读写部分加锁，不会引起变量状态的不一致性，同时当同步块的代码执行完毕后，该线程可以先去执行耗时的for循环，修改如下：

//版本四
    public void notifyObservers(Object arg) {
        synchronized (this) {
            if (!changed)
               return;
            clearChanged();
        }
        for (int i = 0; i<obs.size(); i++)
            obs.get(i).update(this, arg);
    }

看看版本四，发现还是存在问题虽然解决了耗，但依旧会有问题，多线程在同步块进行了同步，但是执行for循环的时候，由于调用者可能不断在增删观察者，假如A线程刚执行完i

//源码的方案
    public void notifyObservers(Object arg) {
            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);
        }

源码果然很严谨！！！

5）上面说了系统对观察者模式的支持有这么多优点，但依旧不可避免以下几个缺点：  
A. Observable是一个具体实现类，面向细节了,而未面向抽象  
B. 使用Observable时需要使用继承，由于java的类单继承性，如果你的类已经继承了一个类，将不能继承Observable来实现观察者模式，并且由于setChanged和clearChanged方法都是protected的，所以你也不能通过组合来完成观察者模式

### 4.应用 ###

观察者模式是很常用的模式，尤其在界面编程，比如android中的BaseAdapter，就使用了观察者模式，当数据源发生变化时，通知界面重新绘制。下面我们来利用jdk中提供的Observer和Observable来实现一个观察者模式的例子。

需求：  
镇上来了一位小丑，为大家表演节目，所有观看的观众会根据小丑表演的精彩与否来做出相应的反应，比如表演的好就鼓掌喝彩，表演的不好就倒喝彩，表演完毕观众就退场。

分析：  
这里涉及到小丑和观众，小丑的数量是1，而观众的数量是n，观众会对小丑的举动做出相应的反应。这里很符合观察者模式的场景，因此，我们需要创建一个小丑类Clown，作为被观察对象，因此需要继承Observable类，同时具有表演的行为，退场的行为；同时需要创建一个观众类Viewer，作为观察者，因此需要实现Observer接口，同时观众具有喝彩的行为，倒喝彩的行为，退场的行为，每个观众还对应一个座位号。

实现：

import java.util.Observable;
    import java.util.Random;
    
    /**
     * @author puyafeng 
     * @desc 小丑类
     */
    public class Clown extends Observable {
        /** 表演的精彩 */
        public static final int PERFORM_GOOD = 0;
        /** 表演的糟糕 */
        public static final int PERFORM_BAD = 1;
        /** 表演完毕 */
        public static final int PERFORM_COMPLETE = 2;
    
        /**
         * 表演
         */
        public void perform() {
            System.out.println("**小丑开始表演**");
    
            int random = new Random().nextInt(2);
            //小丑表演状态是随机值，0表演的好，1表演的差
            switch (random) {
                case PERFORM_GOOD:
                    System.out.println("**小丑状态很好，表演的很精彩！**");
                    break;
                case PERFORM_BAD:
                    System.out.println("**小丑状态不好，出了点篓子！**");
                    break;
            }
            setChanged();
            notifyObservers(random);//表演好坏通过该参数传递到观众的update方法的第二个参数上
        }
    
        /**
         * 表演结束,小丑退场
         */
        public void exit() {
            System.out.println("**表演结束，小丑退场！**");
            setChanged();
            notifyObservers(PERFORM_COMPLETE);//退场消息通过该参数传递到观众的update方法的第二个参数上
        }
    
    }

import java.util.Observable;
    import java.util.Observer;
    
    /**
     * @author puyf
     * @desc 观众类
     */
    public class Viewer implements Observer {
        private int seatNo;
    
        public Viewer(int seatNo) {
            this.seatNo = seatNo;
        }
    
        @Override
        public void update(Observable o, Object arg) {
            Integer state = (Integer) arg;
            switch (state) {
                case Clown.PERFORM_GOOD:
                    applause();
                    break;
                case Clown.PERFORM_BAD:
                    CheerBack();
                    break;
                case Clown.PERFORM_COMPLETE:
                    exit();
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
    
        /**
         * 鼓掌
         */
        private void applause() {
            System.out.println("座位号" + getSeatNo() + "的观众鼓掌了！");
        }
    
        /**
         * 倒喝彩
         */
        private void CheerBack() {
            System.out.println("座位号" + getSeatNo() + "的观众发出了倒喝彩！");
        }
    
        /**
         * 退场
         */
        private void exit() {
            System.out.println("座位号" + getSeatNo() + "的观众退场！");
        }
    
        public int getSeatNo() {
            return seatNo;
        }
    
    }

/**
     * 
     * @author puyf
     * @desc 测试类
     */
    public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            //来了一个小丑
            Clown clown = new Clown();
            //观众入场了
            for (int i = 0; i < 20; i++) {
                Viewer v = new Viewer(i);
                clown.addObserver(v);
                System.out.println("座号为"+v.getSeatNo()+"的观众入座");
            }
            //小丑开始表演
            clown.perform();
            //小丑表演完毕，退场
            clown.exit();
        }
    }

执行结果：

座号为0的观众入座
    座号为1的观众入座
    座号为2的观众入座
    座号为3的观众入座
    座号为4的观众入座
    座号为5的观众入座
    座号为6的观众入座
    座号为7的观众入座
    座号为8的观众入座
    座号为9的观众入座
    座号为10的观众入座
    座号为11的观众入座
    座号为12的观众入座
    座号为13的观众入座
    座号为14的观众入座
    座号为15的观众入座
    座号为16的观众入座
    座号为17的观众入座
    座号为18的观众入座
    座号为19的观众入座
    **小丑开始表演**
    **小丑状态不好，出了点篓子！**
    座位号19的观众发出了倒喝彩！
    座位号18的观众发出了倒喝彩！
    座位号17的观众发出了倒喝彩！
    座位号16的观众发出了倒喝彩！
    座位号15的观众发出了倒喝彩！
    座位号14的观众发出了倒喝彩！
    座位号13的观众发出了倒喝彩！
    座位号12的观众发出了倒喝彩！
    座位号11的观众发出了倒喝彩！
    座位号10的观众发出了倒喝彩！
    座位号9的观众发出了倒喝彩！
    座位号8的观众发出了倒喝彩！
    座位号7的观众发出了倒喝彩！
    座位号6的观众发出了倒喝彩！
    座位号5的观众发出了倒喝彩！
    座位号4的观众发出了倒喝彩！
    座位号3的观众发出了倒喝彩！
    座位号2的观众发出了倒喝彩！
    座位号1的观众发出了倒喝彩！
    座位号0的观众发出了倒喝彩！
    **表演结束，谢谢各位观看，请各位观众退场！**
    座位号19的观众退场！
    座位号18的观众退场！
    座位号17的观众退场！
    座位号16的观众退场！
    座位号15的观众退场！
    座位号14的观众退场！
    座位号13的观众退场！
    座位号12的观众退场！
    座位号11的观众退场！
    座位号10的观众退场！
    座位号9的观众退场！
    座位号8的观众退场！
    座位号7的观众退场！
    座位号6的观众退场！
    座位号5的观众退场！
    座位号4的观众退场！
    座位号3的观众退场！
    座位号2的观众退场！
    座位号1的观众退场！
    座位号0的观众退场！

当然上面的Clown类中的perform方法和exit方法中调用了notifyObservers(Object obj)方法，有时候是在业务逻辑中调用该方法来通知，比如去掉perform和exit中的notifyObservers，而在我们这里的Test类中的main()方法 来根据具体的业务逻辑来调用notifyObservers并传入参数。

参考：[https://blog.csdn.net/u012250875/article/details/77747878][https_blog.csdn.net_u012250875_article_details_77747878]

[Link 1]: http://test
[https_blog.csdn.net_u012250875_article_details_77747878]: https://blog.csdn.net/u012250875/article/details/77747878