Java观察者模式实现方式与测试方法

一、实现方式

1. 自定义实现
   通过手动定义Subject和Observer接口，实现一对多依赖关系：

// 观察者接口
public interface Observer {
    void update(float temp, float humidity, float pressure);
}
// 主题接口
public interface Subject {
    void registerObserver(Observer o);
    void removeObserver(Observer o);
    void notifyObservers();
}
// 具体主题类（天气数据）
public class WeatherData implements Subject {
    private List observers = new ArrayList<>();
    private float temperature, humidity, pressure;
    @Override
    public void registerObserver(Observer o) {
        observers.add(o);
    }
    @Override
    public void removeObserver(Observer o) {
        observers.remove(o);
    }
    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer o : observers) {
            o.update(temperature, humidity, pressure);
        }
    }
    public void setMeasurements(float temp, float hum, float press) {
        temperature = temp;
        humidity = hum;
        pressure = press;
        notifyObservers();
    }
}

特点：灵活可控，但需自行处理线程安全和内存管理。

2. 使用JDK内置类（Observable与Observer）
   JDK提供的Observable类和Observer接口简化实现，但需注意其设计缺陷（如需手动调用setChanged()）：

// 具体主题类
public class WeatherData extends Observable {
    private float temperature, humidity, pressure;
    public void setMeasurements(float temp, float hum, float press) {
        temperature = temp;
        humidity = hum;
        pressure = press;
        setChanged();  // 标记状态变化
        notifyObservers(new MeasurementData(temp, hum, press)); // 推模型
    }
}
// 具体观察者类
public class CurrentConditionsDisplay implements Observer {
    @Override
    public void update(Observable o, Object arg) {
        if (arg instanceof MeasurementData) {
            MeasurementData data = (MeasurementData) arg;
            System.out.println("温度：" + data.getTemp());
        }
    }
}

注意事项：

• notifyObservers()需在setChanged()后调用，否则不触发通知。
• 观察者需通过参数arg获取数据（推模型）或从主题拉取数据（拉模型）。

3. 高级实现（异步与线程安全）
   通过线程池异步通知观察者，避免阻塞主题线程：

public class AsyncSubject extends Subject {
    private ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer o : observers) {
            executor.submit(() -> o.update(...));
        }
    }
}

优势：提升并发性能，避免单线程阻塞。

二、测试方法

1. 单元测试（Mockito框架）
   使用Mockito模拟观察者行为，验证通知逻辑：

@Test
public void testObserverNotification() {
    // 1. 创建Mock观察者
    Observer mockObserver = Mockito.mock(Observer.class);
    
    // 2. 注册观察者到主题
    WeatherData weatherData = new WeatherData();
    weatherData.registerObserver(mockObserver);
    
    // 3. 触发状态变化
    weatherData.setMeasurements(25.5f, 65, 1013.1f);
    
    // 4. 验证观察者方法是否被调用
    Mockito.verify(mockObserver).update(25.5f, 65, 1013.1f);
}

关键点：

• 使用when()设置Mock对象行为（如异常抛出）。
• 使用verify()验证方法调用次数和参数。

2. 集成测试（多线程场景）
   测试观察者模式在并发环境下的稳定性：

@Test
public void testConcurrentObservers() {
    WeatherData weatherData = new WeatherData();
    Observer observer1 = new CurrentConditionsDisplay();
    Observer observer2 = new StatisticsDisplay();
    
    // 多线程注册观察者
    Thread t1 = new Thread(() -> weatherData.registerObserver(observer1));
    Thread t2 = new Thread(() -> weatherData.registerObserver(observer2));
    t1.start();
    t2.start();
    
    // 等待线程结束
    t1.join();
    t2.join();
    
    // 触发通知并验证
    weatherData.setMeasurements(30f, 70, 1012.5f);
    // 验证两个观察者均被通知
}

注意事项：

• 使用synchronized或并发集合（如CopyOnWriteArrayList）保证线程安全。
• 测试观察者是否因循环依赖导致死锁。

3. 性能测试
   评估观察者数量对通知效率的影响：

@Test
public void testObserverPerformance() {
    WeatherData weatherData = new WeatherData();
    int observerCount = 1000;
    for (int i = 0; i < observerCount; i++) {
        weatherData.registerObserver(new SimpleObserver());
    }
    
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    weatherData.setMeasurements(25f, 60, 1013f);
    long endTime = System.currentTimeMillis();
    
    // 验证耗时是否在合理范围内
    Assert.assertTrue(endTime - startTime < 1000); // 1秒内完成
}

优化方向：

• 使用异步通知减少阻塞。
• 限制观察者数量或引入优先级队列。

三、常见问题与解决方案

1. 内存泄漏：
   • 问题：未从主题移除观察者，导致无法被GC回收。
   • 解决方案：在观察者销毁时调用removeObserver()，或使用弱引用存储观察者。
2. 循环依赖：
   • 问题：主题与观察者互相依赖，导致栈溢出。
   • 解决方案：通过中介者模式解耦。
3. 线程安全：
   • 问题：多线程环境下注册/移除观察者时数据不一致。
   • 解决方案：使用synchronized或并发集合（如CopyOnWriteArrayList）。

四、总结

• 实现选择：优先自定义实现以避免JDK类的缺陷，复杂场景可结合异步通知。
• 测试重点：验证通知逻辑、线程安全及性能。
• 工具推荐：Mockito用于单元测试，线程池和并发集合用于多线程场景。