深入淺出：觀察者設計模式

一、什麼是觀察者設計模式

觀察者（Observer）設計模式，又稱為發佈-訂閱（Publish-Subscribe）模式，是一種行為型設計模式，它使得一個對象狀態的變化可以通知其他感興趣的對象。通過這種方式，可以在不需要顯式耦合的情況下，定義對象間的聯動機制。

在觀察者設計模式中，被觀察的對象通常被稱為主題（Subject）、被訂閱者或發佈者（Publisher）。而觀察者則是指那些依賴於主題狀態變化的對象，它們會被動地接收通知，從而做出相應的反應。被觀察者與觀察者之間的關係是一種松耦合（Loose Coupling）關係，有點類似於「一張網，能夠捉住一群魚」。

二、為什麼要使用觀察者設計模式

在開發軟件系統的時候，通常會涉及到對象之間的狀態依賴關係。當某個對象發生了狀態變化時，有可能會影響到其他對象的狀態，從而導致這些對象也需要做出相應的處理。隨着軟件系統變得越來越大、越來越複雜，這種依賴關係會變得越來越難以管理。為了解決這個問題，需要使用觀察者設計模式。

觀察者設計模式主要具有以下兩個優點：

松耦合（Loose Coupling）：被觀察者與觀察者之間的關係是一種松耦合關係，讓系統更易於擴展和維護。
封裝變化（Encapsulate Variation）：觀察者設計模式可以將狀態依賴關係封裝起來，將各個對象的狀態變化邏輯分離開來，從而避免系統出現複雜的狀態依賴關係。

三、觀察者設計模式的實現方法

實現觀察者設計模式主要有以下幾種方法：

1. 使用接口或抽象類定義主題和觀察者接口

在觀察者設計模式中，主題和觀察者之間的關係是一種依賴關係。因此，可以使用接口或抽象類來定義主題和觀察者之間的交互接口。這些接口通常包括以下方法：

註冊觀察者：將一個觀察者對象註冊到主題對象上。
移除觀察者：將一個觀察者對象從主題對象上移除。
通知觀察者：在主題對象狀態發生變化時，通知所有註冊的觀察者對象。

以下是一個使用接口定義主題和觀察者接口的示例代碼：

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

interface Observer {
    void update();
}

2. 實現具體的主題和觀察者類

在定義好主題和觀察者的接口之後，需要實現具體的主題和觀察者類。主題類應該包括以下方法：

設置狀態：用來設置主題對象的狀態。
獲取狀態：用來獲取主題對象的狀態。
通知觀察者：在主題對象狀態發生變化的時候，通知所有註冊的觀察者對象。

以下是一個具體主題類的示例代碼：

class ConcreteSubject implements Subject {
    private List observers;
    private int state;

    public ConcreteSubject() {
        observers = new ArrayList();
    }

    @Override
    public void registerObserver(Observer o) {
        observers.add(o);
    }

    @Override
    public void removeObserver(Observer o) {
        observers.remove(o);
    }

    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update();
        }
    }

    public int getState() {
        return state;
    }

    public void setState(int state) {
        this.state = state;
        notifyObservers();
    }
}

觀察者類應該包括以下方法：

更新狀態：在主題對象狀態發生變化時，觀察者對象需要根據新的狀態做出相應的處理。

以下是一個具體觀察者類的示例代碼：

class ConcreteObserver implements Observer {
    private ConcreteSubject subject;

    public ConcreteObserver(ConcreteSubject subject) {
        this.subject = subject;
    }

    @Override
    public void update() {
        int state = subject.getState();
        // 根據新的狀態做出相應的處理
    }
}

3. 實現主函數

在實現觀察者設計模式之後，需要在主函數中創建具體的主題和觀察者對象，並將觀察者對象註冊到主題對象上。然後，可以通過調用主題對象的設置狀態方法來改變主題對象的狀態，從而觸發所有註冊的觀察者對象的更新操作。

以下是一個主函數的示例代碼：

public static void main(String[] args) {
    ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();
    ConcreteObserver observer = new ConcreteObserver(subject);
    subject.registerObserver(observer);

    subject.setState(1);
}

四、觀察者設計模式的注意事項

在使用觀察者設計模式時，需要注意以下幾個問題：

1. 避免產生死循環

在具體主題的狀態變化時，可能會導致觀察者的狀態也發生變化，從而又會觸發主題狀態的變化，這樣就會導致產生死循環。為了避免這種情況的發生，可以在具體主題對象註冊觀察者之前，先檢查觀察者對象是否已經存在。如果存在，則不再重複註冊。

2. 防止並發問題

在多線程環境下，觀察者設計模式可能會存在並發問題。為了避免這種情況的發生，可以使用鎖機制或者使用線程安全的容器來存儲觀察者列表。

3. 避免過多的通知

每當具體主題對象的狀態發生變化時，都會觸發所有註冊的觀察者對象的更新操作。如果觀察者對象的數量很多，而且它們的處理邏輯比較耗時，那麼就會導致系統性能下降。為了避免這種情況的發生，可以設置一個標誌位來表示主題對象的狀態是否發生了變化。只有當狀態變化時，才觸發通知操作。

五、總結

觀察者設計模式使用非常廣泛，它是一種非常好的解決對象狀態依賴關係的方案。通過觀察者設計模式，可以將各個對象之間的狀態依賴關係解耦，從而使系統更易於擴展和維護。在具體的實現過程中，需要注意避免死循環、避免並發問題，以及避免過多的通知。

原創文章，作者：QJWWJ，如若轉載，請註明出處：https://www.506064.com/zh-hk/n/360258.html