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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 |
六、总结与建议
观察者模式通过解耦和广播机制，完美解决对象间一对多依赖问题。在实际开发中：
- 优先解耦：将主题与观察者职责分离，避免直接调用。
- 灵活扩展：通过接口定义，支持动态添加新观察者。
- 谨慎处理循环依赖：设计时需考虑通知顺序和条件。
实践建议：
- 初学者从简单案例（如天气系统）入手，理解核心逻辑。
- 在职开发者可研究开源框架（如RxJava、Spring事件机制）中的实现。