? ? ? ?在軟件開發領域，設計模式堪稱開發者智慧的凝練結晶，它們為解決各類常見編程難題提供了行之有效的方案。觀察者模式（Observer Pattern）作為行為型設計模式的重要一員，在處理對象間依賴關系與事件通知方面表現卓越。本文將深入剖析 Java 中的觀察者模式，涵蓋其核心概念、實現途徑、優劣之處及適用場景，助力讀者全方位掌握并靈活運用這一關鍵設計模式。?

一、觀察者模式核心概念?

（一）定義與核心思想?

觀察者模式定義了對象間的一對多依賴關系，當某一對象（被觀察者，Subject）的狀態發生變動時，所有依賴于它的對象（觀察者，Observer）都會收到通知并自動更新。其核心在于解耦觀察者與被觀察者，讓二者借助抽象接口進行交互，而非直接耦合，以此提升系統的靈活性與可擴展性。?

（二）角色劃分?

觀察者模式主要涉及四個關鍵角色：?

1. 抽象被觀察者（Subject）：定義了添加、移除觀察者以及通知觀察者的接口或抽象類，維護著一個觀察者列表，當自身狀態變化時，負責通知列表中的所有觀察者。?
2. 具體被觀察者（Concrete Subject）：實現抽象被觀察者的接口，具體負責管理自身狀態，狀態變化時，調用通知方法告知觀察者。?
3. 抽象觀察者（Observer）：定義了用于接收被觀察者通知的更新接口，收到通知后執行相應操作。?
4. 具體觀察者（Concrete Observer）：實現抽象觀察者的更新接口，通常持有對具體被觀察者的引用，以便在收到通知時獲取被觀察者狀態并處理。?

二、Java 中觀察者模式的實現方式?

在 Java 里，實現觀察者模式主要有兩種常見途徑：一種是借助 JDK 內置的觀察者相關類與接口，另一種則是自定義實現。接下來將分別詳細闡述。?

（一）JDK 內置的觀察者模式實現?

Java 的 java.util 包提供了 Observable 類和 Observer 接口，方便快速實現觀察者模式。?

1. Observable 類?

Observable 類是抽象被觀察者的具體實現，具備以下主要方法：?

• addObserver(Observer o)：向觀察者列表中添加一個觀察者。?

• deleteObserver(Observer o)：從觀察者列表中移除一個觀察者。?

• notifyObservers()：通知所有已注冊的觀察者，但調用此方法前需先調用setChanged()方法，用以標記被觀察者狀態已改變。?

• notifyObservers(Object arg)：帶參數的通知方法，將參數傳遞給觀察者。?

• setChanged()：設置內部標志，表明被觀察者狀態已改變，只有調用此方法后再調用notifyObservers()，觀察者才會收到通知。?

• clearChanged()：清除狀態改變標志。?

2. Observer 接口?

Observer 接口定義了觀察者的更新方法，僅有一個方法：?

• update(Observable o, Object arg)：當被觀察者狀態變化并通知觀察者時，該方法被調用。其中，o是發出通知的被觀察者對象，arg是傳遞給觀察者的參數（若有）。?

3. 使用步驟示例?

以簡單的天氣數據監測系統為例，展示如何運用 JDK 內置的觀察者模式。?

步驟 1：創建具體被觀察者（WeatherData）?

?

import java.util.Observable;?

?

public class WeatherData extends Observable {?

private float temperature;?

private float humidity;?

private float pressure;?

?

public void setWeatherData(float temperature, float humidity, float pressure) {?

this.temperature = temperature;?

this.humidity = humidity;?

this.pressure = pressure;?

// 設置狀態改變標志?

setChanged();?

// 通知所有觀察者?

notifyObservers();?

// 或者傳遞具體參數?

// notifyObservers(new WeatherInfo(temperature, humidity, pressure));?

}?

?

// 獲取溫度、濕度、氣壓的方法...?

}?

?

步驟 2：創建具體觀察者（CurrentConditionsDisplay）?

?

import java.util.Observable;?

import java.util.Observer;?

?

public class CurrentConditionsDisplay implements Observer {?

private float temperature;?

private float humidity;?

private Observable observable;?

?

public CurrentConditionsDisplay(Observable observable) {?

this.observable = observable;?

// 將當前觀察者添加到被觀察者的列表中?

observable.addObserver(this);?

}?

?

@Override?

public void update(Observable o, Object arg) {?

if (o instanceof WeatherData) {?

WeatherData weatherData = (WeatherData) o;?

this.temperature = weatherData.getTemperature();?

this.humidity = weatherData.getHumidity();?

display();?

}?

}?

?

private void display() {?

System.out.println("當前天氣狀況：溫度 " + temperature + "℃，濕度 " + humidity + "%");?

}?

}?

?

步驟 3：客戶端使用?

?

public class Client {?

public static void main(String[] args) {?

WeatherData weatherData = new WeatherData();?

CurrentConditionsDisplay currentConditionsDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);?

?

// 模擬天氣數據變化?

weatherData.setWeatherData(25.0f, 60.0f, 1013.0f);?

weatherData.setWeatherData(28.0f, 55.0f, 1010.0f);?

}?

}?

?

4. 注意事項?

• Observable 類是具體類而非接口，這在一定程度上限制了其擴展性，因為 Java 不支持多繼承，若一個類已繼承其他類，便無法再繼承 Observable 類。?

• 調用 notifyObservers () 方法前，務必先調用 setChanged () 方法，否則觀察者不會收到通知。這是由于 Observable 類內部通過布爾變量 changed 判斷是否通知觀察者，setChanged () 方法將其設為 true，notifyObservers () 方法調用后會將其設為 false（除非使用帶參數版本且參數為 null）。?

（二）自定義實現觀察者模式?

盡管 JDK 提供了內置的觀察者實現，但在某些場景下，我們可能期望更靈活地定義抽象被觀察者和抽象觀察者接口，或者避免依賴 JDK 中的 Observable 類（比如被觀察者需繼承其他類時）。此時，可自定義實現觀察者模式。?

1. 定義抽象觀察者接口（Observer）?

?

public interface Observer {?

void update(Object data);?

}?

?

2. 定義抽象被觀察者接口（Subject）?

?

public interface Subject {?

void registerObserver(Observer observer);?

void removeObserver(Observer observer);?

void notifyObservers(Object data);?

}?

?

3. 實現具體被觀察者（ConcreteSubject）?

?

import java.util.ArrayList;?

import java.util.List;?

?

public class ConcreteSubject implements Subject {?

private List<Observer> observers = new ArrayList<>();?

private Object data;?

?

@Override?

public void registerObserver(Observer observer) {?

observers.add(observer);?

}?

?

@Override?

public void removeObserver(Observer observer) {?

observers.remove(observer);?

}?

?

@Override?

public void notifyObservers(Object data) {?

this.data = data;?

for (Observer observer : observers) {?

observer.update(data);?

}?

}?

?

public void setData(Object data) {?

notifyObservers(data);?

}?

}?

?

4. 實現具體觀察者（ConcreteObserver）?

?

public class ConcreteObserver implements Observer {?

private String name;?

?

public ConcreteObserver(String name) {?

this.name = name;?

}?

?

@Override?

public void update(Object data) {?

System.out.println("觀察者" + name + "接收到數據：" + data);?

}?

}?

?

5. 客戶端使用示例?

?

public class CustomObserverClient {?

public static void main(String[] args) {?

ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();?

ConcreteObserver observer1 = new ConcreteObserver("A");?

ConcreteObserver observer2 = new ConcreteObserver("B");?

?

subject.registerObserver(observer1);?

subject.registerObserver(observer2);?

?

subject.setData("新數據來了！");?

subject.removeObserver(observer2);?

subject.setData("再次更新數據！");?

}?

}?

?

（三）兩種實現方式的對比?

?

特性?	JDK 內置實現?	自定義實現?
抽象程度?	使用具體類 Observable 和接口 Observer，Observable 設計存在局限性（如非接口）?	完全自定義抽象接口，可依需求靈活設計接口方法?
擴展性?	因 Observable 是具體類，若被觀察者需繼承其他類則無法使用，擴展性受限?	被觀察者實現自定義 Subject 接口，可自由繼承其他類，擴展性更佳?
依賴關系?	依賴 java.util 包中的類和接口?	不依賴 JDK 特定類，可在更廣泛環境中使用?
學習成本?	簡單易用，適用于快速實現簡單觀察者模式場景?	需手動定義接口和實現，適用于復雜場景或高度定制需求?

?

三、觀察者模式的優缺點?

（一）優點?

1. 解耦觀察者和被觀察者：觀察者與被觀察者通過抽象接口交互，彼此無需了解對方具體實現，降低代碼耦合度。被觀察者狀態變化時，觀察者自動接收通知，無需主動查詢，提升系統靈活性。?
2. 支持廣播通信：被觀察者能同時通知多個觀察者，實現一對多通信模式，契合消息推送、狀態變更通知等事件廣播場景。?
3. 提高可維護性和擴展性：觀察者與被觀察者分離，新增或修改觀察者行為不影響被觀察者代碼，反之亦然。系統更易維護和擴展，符合開閉原則（對擴展開放，對修改關閉）。?

（二）缺點?

1. 通知順序問題：被觀察者通知觀察者時，通常按注冊順序依次調用更新方法。若觀察者間存在依賴關系或對通知順序有特定要求，可能需額外處理，否則易導致意外結果。?
2. 潛在的性能問題：若觀察者數量眾多，或每個觀察者的更新方法執行耗時較長，被觀察者通知所有觀察者時可能耗時過多，引發性能下降，極端情況下甚至導致線程阻塞。?
3. 過度使用可能導致復雜度增加：觀察者模式雖能解耦對象，但系統中過度使用會使對象間依賴關系復雜，難以追蹤和維護。尤其當多個被觀察者和觀察者存在復雜交互時，可能形成難以管理的網狀結構。?

四、觀察者模式的適用場景?

（一）當一個對象的狀態變化需要通知多個對象時?

這是觀察者模式最典型的應用場景。比如在股票交易系統中，某只股票價格變動時，需通知所有關注該股票的用戶；新聞訂閱系統里，有新新聞發布時，要通知所有訂閱該新聞頻道的用戶。?

（二）當系統需要實現事件驅動機制時?

觀察者模式可用于實現事件監聽與處理機制。以 GUI 編程為例，按鈕點擊事件、窗口關閉事件等，都可通過觀察者模式實現。用戶觸發事件（相當于被觀察者狀態變化）時，注冊的事件監聽器（相當于觀察者）接收通知并執行相應處理邏輯。?

（三）當需要解耦具有依賴關系的對象時?

若兩個或多個對象存在一對多的依賴關系，即一個對象變化影響多個對象，使用觀察者模式可將它們解耦，使其通過抽象接口交互，而非直接依賴具體實現，提升系統靈活性與可維護性。?

（四）當需要實現數據的實時更新和同步時?

在分布式系統或實時數據處理系統中，常需將數據變化實時同步到多個客戶端或模塊。觀察者模式能便捷實現數據實時更新，數據源（被觀察者）數據變化時，所有訂閱該數據源的客戶端（觀察者）自動接收通知并更新自身數據。?

五、實際應用案例分析?

（一）Swing 中的事件處理?

在 Java Swing GUI 開發中，觀察者模式廣泛應用于事件處理。例如，用戶點擊按鈕時，按鈕對象（被觀察者）通知所有注冊的動作監聽器（觀察者）。動作監聽器實現 ActionListener 接口（相當于抽象觀察者接口），其中的 actionPerformed 方法（相當于 update 方法）在按鈕點擊時被調用，執行相應事件處理邏輯。?

（二）Spring Framework 中的事件機制?

Spring 框架提供基于觀察者模式的事件發布 - 訂閱機制。通過 ApplicationEvent 類（抽象事件，相當于被觀察者狀態變化通知）和 ApplicationListener 接口（觀察者接口），開發者可自定義事件和事件監聽器。事件發生時，Spring 容器將事件發布給所有注冊監聽器，監聽器執行相應處理邏輯。該機制在 Spring Boot 的自動配置、事務管理等模塊均有應用。?

（三）消息中間件中的訂閱 - 發布模式?

消息中間件（如 Kafka、RabbitMQ 等）的訂閱 - 發布模式（Publish/Subscribe Pattern）與觀察者模式極為相似。生產者（相當于被觀察者）發布消息到主題（Topic），消費者（相當于觀察者）訂閱主題并接收消息。盡管訂閱 - 發布模式通常借助消息代理（Broker）作為中介，而觀察者模式中被觀察者和觀察者可直接交互，但二者核心思想均為一對多依賴關系和事件通知。?

六、總結與最佳實踐?

觀察者模式是極為實用的設計模式，通過解耦觀察者和被觀察者，實現靈活的事件通知機制，適用于多種場景。在 Java 中，既可用 JDK 內置的 Observable 和 Observer 快速實現簡單觀察者模式，也可通過自定義接口實現更靈活、貼合需求的模式。?

運用觀察者模式時，需留意以下最佳實踐：?

1. 合理設計抽象接口：抽象被觀察者和抽象觀察者的接口應盡量通用，涵蓋所有可能操作，避免頻繁修改接口。?
2. 控制觀察者數量和更新邏輯：避免注冊過多觀察者，或在觀察者更新方法中執行耗時操作，防止性能問題。?
3. 處理循環依賴問題：若觀察者和被觀察者存在循環依賴（如觀察者更新時修改被觀察者狀態，導致再次通知觀察者），需謹慎處理，避免陷入無限循環。?
4. 結合具體場景選擇實現方式：依據項目具體需求，選擇 JDK 內置實現或自定義實現。若需高度靈活性和擴展性，自定義實現更佳；若場景簡單，追求快速實現，JDK 內置實現更便捷。?

深入理解觀察者模式的原理、實現方式和適用場景，并遵循最佳實踐，開發者便能在軟件開發中靈活運用該模式，提升代碼質量與系統可維護性。隨著技術持續發展，觀察者模式也在不斷演進，與責任鏈模式、策略模式等結合，用以解決更復雜的問題。因此，持續學習和實踐設計模式，對提升軟件開發能力意義重大。