觀 察者（Observer）模式又名發(fā)布-訂閱（Publish/Subscribe）模式，是四人組（GoF，即 Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides）在1994合著的《設(shè)計(jì)模式:可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)》中提出的（詳見書中293-313頁(yè)）。盡管這種模式已經(jīng)有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史， 它仍然廣泛適用于各種場(chǎng)景，甚至成為了標(biāo)準(zhǔn)Java庫(kù)的一個(gè)組成部分。目前雖然已經(jīng)有大量關(guān)于觀察者模式的文章，但它們都專注于在 Java 中的實(shí)現(xiàn)，卻忽視了開發(fā)者在Java中使用觀察者模式時(shí)遇到的各種問題。

本文的寫作初衷就是為了填補(bǔ)這一空白：本文主要介紹通過使用 Java8 架構(gòu)實(shí)現(xiàn)觀察者模式，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討關(guān)于經(jīng)典模式的復(fù)雜問題，包括匿名內(nèi)部類、lambda 表達(dá)式、線程安全以及非平凡耗時(shí)長(zhǎng)的觀察者實(shí)現(xiàn)。本文內(nèi)容雖然并不全面，很多這種模式所涉及的復(fù)雜問題，遠(yuǎn)不是一篇文章就能說清的。但是讀完本文，讀者能 了解什么是觀察者模式，它在Java中的通用性以及如何處理在 Java 中實(shí)現(xiàn)觀察者模式時(shí)的一些常見問題。

觀察者模式

根據(jù) GoF 提出的經(jīng)典定義，觀察者模式的主旨是：

定義對(duì)象間的一種一對(duì)多的依賴關(guān)系，當(dāng)一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，所有依賴于它的對(duì)象都得到通知并被自動(dòng)更新。

什么意思呢？很多軟件應(yīng)用中，對(duì)象之間的狀態(tài)都是互相依賴的。例如，如果一個(gè)應(yīng)用專注于數(shù)值數(shù)據(jù)加工，這個(gè)數(shù)據(jù)也許會(huì)通過圖形用戶界面（GUI）的表格或圖 表來(lái)展現(xiàn)或者兩者同時(shí)使用，也就是說，當(dāng)?shù)讓訑?shù)據(jù)更新時(shí)，相應(yīng)的 GUI 組件也要更新。問題的關(guān)鍵在于如何做到底層數(shù)據(jù)更新時(shí) GUI 組件也隨之更新，同時(shí)盡量減小 GUI 組件和底層數(shù)據(jù)的耦合度。

一種簡(jiǎn)單且不可擴(kuò)展的解決方案是給管理這些底層數(shù)據(jù)的對(duì)象該表格和圖像 GUI 組件的引用，使得對(duì)象可以在底層數(shù)據(jù)變化時(shí)能夠通知 GUI 組件。顯然，對(duì)于處理有更多 GUI 組件的復(fù)雜應(yīng)用，這個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案很快顯示出其不足。例如，有20個(gè) GUI 組件都依賴于底層數(shù)據(jù)，那么管理底層數(shù)據(jù)的對(duì)象就需要維護(hù)指向這20個(gè)組件的引用。隨著依賴于相關(guān)數(shù)據(jù)的對(duì)象數(shù)量的增加，數(shù)據(jù)管理和對(duì)象之間的耦合度也變 得難以控制。

另一個(gè)更好的解決方案是允許對(duì)象注冊(cè)獲取感興趣數(shù)據(jù)更新的權(quán)限，當(dāng)數(shù)據(jù)變化時(shí)，數(shù)據(jù)管理器就會(huì)通知這些對(duì)象。通俗地說就是，讓 感興趣的數(shù)據(jù)對(duì)象告訴管理器：“當(dāng)數(shù)據(jù)變化時(shí)請(qǐng)通知我”。此外，這些對(duì)象不僅可以注冊(cè)獲取更新通知，也可以取消注冊(cè)，保證數(shù)據(jù)管理器在數(shù)據(jù)變化時(shí)不再通知 該對(duì)象。在 GoF 的原始定義中，注冊(cè)獲取更新的對(duì)象叫作“觀察者”（observer），對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)管理器叫作“目標(biāo)”(Subject)，觀察者感興趣的數(shù)據(jù)叫作“目標(biāo) 狀態(tài)”，注冊(cè)過程叫“添加”（attach），撤銷觀察的過程叫“移除”（detach）。前文已經(jīng)提到觀察者模式又叫發(fā)布－訂閱模式，可以理解為客戶訂 閱關(guān)于目標(biāo)的觀察者，當(dāng)目標(biāo)狀態(tài)更新時(shí)，目標(biāo)把這些更新發(fā)布給訂閱者（這種設(shè)計(jì)模式擴(kuò)展為通用架構(gòu)，稱為發(fā)布——訂閱架構(gòu)）。這些概念可以用下面的類圖表示：

具體觀察者（ConcereteObserver）用來(lái)接收更新的狀態(tài)變化，同時(shí)將指向具體主題（ConcereteSubject）的引用傳遞給它的構(gòu) 造函數(shù)。這為具體觀察者提供了指向具體主題的引用，在狀態(tài)變化時(shí)可由此獲得更新。簡(jiǎn)單來(lái)說，具體觀察者會(huì)被告知主題更新，同時(shí)用其構(gòu)造函數(shù)中的引用來(lái)獲取 具體主題的狀態(tài)，最后將這些檢索狀態(tài)對(duì)象存儲(chǔ)在具體觀察者的觀察狀態(tài)（observerState）屬性下。這一過程如下面的序列圖所示：

經(jīng)典模式的專業(yè)化

盡管觀察者模式是通用的，但也有很多專業(yè)化的模式，最常見是以下兩種：

1. 為State對(duì)象提供一個(gè)參數(shù)，傳給觀察者調(diào)用的Update方法。在經(jīng)典模式下，當(dāng)觀察者被通知Subject狀態(tài)發(fā)生變化后，會(huì)直接從 Subject獲得其更新后狀態(tài)。這要求觀察者保存指向獲取狀態(tài)的對(duì)象引用。這樣就形成了一個(gè)循環(huán)引用，ConcreteSubject的引用指向其觀察 者列表，ConcreteObserver的引用指向能獲得主題狀態(tài)的ConcreteSubject。除了獲得更新的狀態(tài)，觀察者和其注冊(cè)監(jiān)聽的 Subject間并沒有聯(lián)系，觀察者關(guān)心的是State對(duì)象，而非Subject本身。也就是說，很多情況下都將ConcreteObserver和 ConcreteSubject強(qiáng)行聯(lián)系一起，相反，當(dāng)ConcreteSubject調(diào)用Update函數(shù)時(shí)，將State對(duì)象傳遞給 ConcreteObserver，二者就無(wú)需關(guān)聯(lián)。ConcreteObserver和State對(duì)象之間關(guān)聯(lián)減小了觀察者和State之間的依賴程度 （關(guān)聯(lián)和依賴的更多區(qū)別請(qǐng)參見Martin Fowler’s的文章）。

2. 將Subject抽象類和ConcreteSubject合并到一個(gè) singleSubject類中。多數(shù)情況下，Subject使用抽象類并不會(huì)提升程序的靈活性和可擴(kuò)展性，因此，將這一抽象類和具體類合并簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。

這兩個(gè)專業(yè)化的模式組合后，其簡(jiǎn)化類圖如下：

在這些專業(yè)化的模式中，靜態(tài)類結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，類之間的相互作用也得以簡(jiǎn)化。此時(shí)的序列圖如下：

專業(yè)化模式另一特點(diǎn)是刪除了 ConcreteObserver 的成員變量 observerState。有時(shí)候具體觀察者并不需要保存Subject的最新狀態(tài)，而只需要監(jiān)測(cè)狀態(tài)更新時(shí) Subject 的狀態(tài)。例如，如果觀察者將成員變量的值更新到標(biāo)準(zhǔn)輸出上，就可以刪除 observerState，這樣一來(lái)就刪除了ConcreteObserver和State類之間的關(guān)聯(lián)。

更常見的命名規(guī)則

經(jīng)典模式甚至是前文提到的專業(yè)化模式都用的是attach，detach和observer等術(shù)語(yǔ)，而Java實(shí)現(xiàn)中很多都是用的不同的詞典，包括 register，unregister，listener等。值得一提的是State是listener需要監(jiān)測(cè)變化的所有對(duì)象的統(tǒng)稱，狀態(tài)對(duì)象的具體 名稱需要看觀察者模式用到的場(chǎng)景。例如，在listener監(jiān)聽事件發(fā)生場(chǎng)景下的觀察者模式，已注冊(cè)的listener將會(huì)在事件發(fā)生時(shí)收到通知，此時(shí)的 狀態(tài)對(duì)象就是event，也就是事件是否發(fā)生。

平時(shí)實(shí)際應(yīng)用中目標(biāo)的命名很少包含Subject。例如，創(chuàng)建一個(gè)關(guān)于動(dòng)物園的應(yīng)用，注冊(cè)多 個(gè)監(jiān)聽器用于觀察Zoo類，并在新動(dòng)物進(jìn)入動(dòng)物園時(shí)收到通知。該案例中的目標(biāo)是Zoo類，為了和所給問題域保持術(shù)語(yǔ)一致，將不會(huì)用到Subject這樣的 詞匯，也就是說Zoo類不會(huì)命名為ZooSubject。

監(jiān)聽器的命名一般都會(huì)跟著Listener后綴，例如前文提到的監(jiān)測(cè)新動(dòng)物加入的 監(jiān)聽器會(huì)命名為AnimalAddedListener。類似的，register,、unregister和notify等函數(shù)命名常會(huì)以其對(duì)應(yīng)的監(jiān)聽 器名作后綴，例如AnimalAddedListener的register、unregister、notify函數(shù)會(huì)被命名為 registerAnimalAddedListener、 unregisterAnimalAddedListener和notifyAnimalAddedListeners，需要注意的是notify函數(shù)名 的s，因?yàn)閚otify函數(shù)處理的是多個(gè)而非單一監(jiān)聽器。

這種命名方式會(huì)顯得冗長(zhǎng)，而且通常一個(gè)subject會(huì)注冊(cè)多個(gè)類型的監(jiān)聽器，如 前面提到的動(dòng)物園的例子，Zoo內(nèi)除了注冊(cè)監(jiān)聽動(dòng)物新增的監(jiān)聽器，還需注冊(cè)監(jiān)聽動(dòng)物減少監(jiān)聽器，此時(shí)就會(huì)有兩種register函數(shù)： （registerAnimalAddedListener和 registerAnimalRemovedListener，這種方式處理，監(jiān)聽器的類型作為一個(gè)限定符，表示其應(yīng)觀察者的類型。另一解決方案是創(chuàng)建一 個(gè)registerListener函數(shù)然后重載，但是方案一能更方便的知道哪個(gè)監(jiān)聽器正在監(jiān)聽，重載是比較小眾的做法。

另一慣用語(yǔ)法是用on前綴而不是update，例如update函數(shù)命名為onAnimalAdded而不是updateAnimalAdded。這種情況在監(jiān)聽器獲得一個(gè)序列的通知時(shí)更常見，如向list中新增一個(gè)動(dòng)物，但很少用于更新一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)，比如動(dòng)物的名字。

接下來(lái)本文將使用Java的符號(hào)規(guī)則，雖然符號(hào)規(guī)則不會(huì)改變系統(tǒng)的真實(shí)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，但是使用其他開發(fā)者都熟悉的術(shù)語(yǔ)是很重要的開發(fā)準(zhǔn)則，因此要熟悉上文描述的Java中的觀察者模式符號(hào)規(guī)則。下文將在Java8環(huán)境下用一個(gè)簡(jiǎn)單例子來(lái)闡述上述概念。

一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例

還是前面提到的動(dòng)物園的例子，使用Java8的API接口實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，說明觀察者模式的基本原理。問題描述為：

創(chuàng)建一個(gè)系統(tǒng)zoo，允許用戶監(jiān)聽和撤銷監(jiān)聽添加新對(duì)象animal的狀態(tài)，另外再創(chuàng)建一個(gè)具體監(jiān)聽器，負(fù)責(zé)輸出新增動(dòng)物的name。

根據(jù)前面對(duì)觀察者模式的學(xué)習(xí)知道實(shí)現(xiàn)這樣的應(yīng)用需要?jiǎng)?chuàng)建4個(gè)類，具體是：

1. Zoo類：即模式中的主題，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)動(dòng)物園中的所有動(dòng)物，并在新動(dòng)物加入時(shí)通知所有已注冊(cè)的監(jiān)聽器。

2. Animal類：代表動(dòng)物對(duì)象。

3. AnimalAddedListener類：即觀察者接口。

4. PrintNameAnimalAddedListener：具體的觀察者類，負(fù)責(zé)輸出新增動(dòng)物的name。

首先我們創(chuàng)建一個(gè)Animal類，它是一個(gè)包含name成員變量、構(gòu)造函數(shù)、getter和setter方法的簡(jiǎn)單Java對(duì)象，代碼如下：

public class Animal {
    private String name;
    public Animal (String name) {
        this.name = name;
    }
    public String getName () {
        return this.name;
    }
    public void setName (String name) {
        this.name = name;
    }
}

用這個(gè)類代表動(dòng)物對(duì)象，接下來(lái)就可以創(chuàng)建AnimalAddedListener接口了：

public interface AnimalAddedListener {
    public void onAnimalAdded (Animal animal);
}

前面兩個(gè)類很簡(jiǎn)單，就不再詳細(xì)介紹，接下來(lái)創(chuàng)建Zoo類：

public class Zoo {
    private List<animal> animals = new ArrayList<>();
    private List<animaladdedlistener> listeners = new ArrayList<>();
    public void addAnimal (Animal animal) {
        // Add the animal to the list of animals
        this.animals.add(animal);
        // Notify the list of registered listeners
        this.notifyAnimalAddedListeners(animal);
    }
    public void registerAnimalAddedListener (AnimalAddedListener listener) {
        // Add the listener to the list of registered listeners
        this.listeners.add(listener);
    }
    public void unregisterAnimalAddedListener (AnimalAddedListener listener) {
        // Remove the listener from the list of the registered listeners
        this.listeners.remove(listener);
    }
    protected void notifyAnimalAddedListeners (Animal animal) {
        // Notify each of the listeners in the list of registered listeners
        this.listeners.forEach(listener -> listener.updateAnimalAdded(animal));
    }
}

這個(gè)類比前面兩個(gè)都復(fù)雜，其包含兩個(gè)list，一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)動(dòng)物園中所有動(dòng)物，另一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)所有的監(jiān)聽器，鑒于animals和listener 集合存儲(chǔ)的對(duì)象都很簡(jiǎn)單，本文選擇了ArrayList來(lái)存儲(chǔ)。存儲(chǔ)監(jiān)聽器的具體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要視問題而定，比如對(duì)于這里的動(dòng)物園問題，如果監(jiān)聽器有優(yōu)先級(jí)， 那就應(yīng)該選擇其他的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，或者重寫監(jiān)聽器的register算法。

注冊(cè)和移除的實(shí)現(xiàn)都是簡(jiǎn)單的委托方式：各個(gè)監(jiān)聽器作為參數(shù)從監(jiān)聽者的 監(jiān)聽列表增加或者移除。notify函數(shù)的實(shí)現(xiàn)與觀察者模式的標(biāo)準(zhǔn)格式稍微偏離，它包括輸入?yún)?shù)：新增加的animal，這樣一來(lái)notify函數(shù)就可以 把新增加的animal引用傳遞給監(jiān)聽器了。用streams API的forEach函數(shù)遍歷監(jiān)聽器，對(duì)每個(gè)監(jiān)聽器執(zhí)行theonAnimalAdded函數(shù)。

在addAnimal函數(shù)中，新增的 animal對(duì)象和監(jiān)聽器各自添加到對(duì)應(yīng)list。如果不考慮通知過程的復(fù)雜性，這一邏輯應(yīng)包含在方便調(diào)用的方法中，只需要傳入指向新增animal對(duì)象 的引用即可，這就是通知監(jiān)聽器的邏輯實(shí)現(xiàn)封裝在notifyAnimalAddedListeners函數(shù)中的原因，這一點(diǎn)在addAnimal的實(shí)現(xiàn)中 也提到過。

除了notify函數(shù)的邏輯問題，需要強(qiáng)調(diào)一下對(duì)notify函數(shù)可見性的爭(zhēng)議問題。在經(jīng)典的觀察者模型中，如GoF在設(shè)計(jì)模式 一書中第301頁(yè)所說，notify函數(shù)是public型的，然而盡管在經(jīng)典模式中用到，這并不意味著必須是public的。選擇可見性應(yīng)該基于應(yīng)用，例 如本文的動(dòng)物園的例子，notify函數(shù)是protected類型，并不要求每個(gè)對(duì)象都可以發(fā)起一個(gè)注冊(cè)觀察者的通知，只需保證對(duì)象能從父類繼承該功能即 可。當(dāng)然，也并非完全如此，需要弄清楚哪些類可以激活notify函數(shù)，然后再由此確定函數(shù)的可見性。

接下來(lái)需要實(shí)現(xiàn)PrintNameAnimalAddedListener類，這個(gè)類用System.out.println方法將新增動(dòng)物的name輸出，具體代碼如下：

public class PrintNameAnimalAddedListener implements AnimalAddedListener {
    @Override
    public void updateAnimalAdded (Animal animal) {
        // Print the name of the newly added animal
        System.out.println("Added a new animal with name '" + animal.getName() + "'");
    }
}

最后要實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的主函數(shù)：

public class Main {
    public static void main (String[] args) {
        // Create the zoo to store animals
        Zoo zoo = new Zoo();
        // Register a listener to be notified when an animal is added
        zoo.registerAnimalAddedListener(new PrintNameAnimalAddedListener());
        // Add an animal notify the registered listeners
        zoo.addAnimal(new Animal("Tiger"));
    }
}

主函數(shù)只是簡(jiǎn)單的創(chuàng)建了一個(gè)zoo對(duì)象，注冊(cè)了一個(gè)輸出動(dòng)物name的監(jiān)聽器，并新建了一個(gè)animal對(duì)象以觸發(fā)已注冊(cè)的監(jiān)聽器，最后的輸出為：

Added a new animal with name 'Tiger'

新增監(jiān)聽器

當(dāng)監(jiān)聽器重新建立并將其添加到Subject時(shí)，觀察者模式的優(yōu)勢(shì)就充分顯示出來(lái)。例如，想添加一個(gè)計(jì)算動(dòng)物園中動(dòng)物 總數(shù)的監(jiān)聽器，只需要新建一個(gè)具體的監(jiān)聽器類并注冊(cè)到Zoo類即可，而無(wú)需對(duì)zoo類做任何修改。添加計(jì)數(shù)監(jiān)聽器 CountingAnimalAddedListener代碼如下：

public class CountingAnimalAddedListener implements AnimalAddedListener {
    private static int animalsAddedCount = 0;
    @Override
    public void updateAnimalAdded (Animal animal) {
        // Increment the number of animals
        animalsAddedCount++;
        // Print the number of animals
        System.out.println("Total animals added: " + animalsAddedCount);
    }
}

修改后的main函數(shù)如下：

public class Main {
    public static void main (String[] args) {
        // Create the zoo to store animals
        Zoo zoo = new Zoo();
        // Register listeners to be notified when an animal is added
        zoo.registerAnimalAddedListener(new PrintNameAnimalAddedListener());
        zoo.registerAnimalAddedListener(new CountingAnimalAddedListener());
        // Add an animal notify the registered listeners
        zoo.addAnimal(new Animal("Tiger"));
        zoo.addAnimal(new Animal("Lion"));
        zoo.addAnimal(new Animal("Bear"));
    }
}

輸出結(jié)果為：

Added a new animal with name 'Tiger'
Total animals added: 1
Added a new animal with name 'Lion'
Total animals added: 2
Added a new animal with name 'Bear'
Total animals added: 3

使用者可在僅修改監(jiān)聽器注冊(cè)代碼的情況下，創(chuàng)建任意監(jiān)聽器。具有此可擴(kuò)展性主要是因?yàn)镾ubject和觀察者接口關(guān)聯(lián)，而不是直接和ConcreteObserver關(guān)聯(lián)。只要接口不被修改，調(diào)用接口的Subject就無(wú)需修改。

匿名內(nèi)部類，Lambda函數(shù)和監(jiān)聽器注冊(cè)

Java8 的一大改進(jìn)是增加了功能特性，如增加了lambda函數(shù)。在引進(jìn)lambda函數(shù)之前，Java通過匿名內(nèi)部類提供了類似的功能，這些類在很多已有的應(yīng)用 中仍在使用。在觀察者模式下，隨時(shí)可以創(chuàng)建新的監(jiān)聽器而無(wú)需創(chuàng)建具體觀察者類，例如，PrintNameAnimalAddedListener類可以在 main函數(shù)中用匿名內(nèi)部類實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)現(xiàn)代碼如下：

public class Main {
    public static void main (String[] args) {
        // Create the zoo to store animals
        Zoo zoo = new Zoo();
        // Register listeners to be notified when an animal is added
        zoo.registerAnimalAddedListener(new AnimalAddedListener() {
            @Override
            public void updateAnimalAdded (Animal animal) {
                // Print the name of the newly added animal
                System.out.println("Added a new animal with name '" + animal.getName() + "'");
            }
        });
        // Add an animal notify the registered listeners
        zoo.addAnimal(new Animal("Tiger"));
    }
}

類似的，lambda函數(shù)也可以用以完成此類任務(wù)：

public class Main {
    public static void main (String[] args) {
        // Create the zoo to store animals
        Zoo zoo = new Zoo();
        // Register listeners to be notified when an animal is added
        zoo.registerAnimalAddedListener(
            (animal) -> System.out.println("Added a new animal with name '" + animal.getName() + "'")
        );
        // Add an animal notify the registered listeners
        zoo.addAnimal(new Animal("Tiger"));
    }
}

需要注意的是lambda函數(shù)僅適用于監(jiān)聽器接口只有一個(gè)函數(shù)的情況，這個(gè)要求雖然看起來(lái)嚴(yán)格，但實(shí)際上很多監(jiān)聽器都是單一函數(shù)的，如示例中的AnimalAddedListener。如果接口有多個(gè)函數(shù)，可以選擇使用匿名內(nèi)部類。

隱 式注冊(cè)創(chuàng)建的監(jiān)聽器存在此類問題：由于對(duì)象是在注冊(cè)調(diào)用的范圍內(nèi)創(chuàng)建的，所以不可能將引用存儲(chǔ)一個(gè)到具體監(jiān)聽器。這意味著，通過lambda函數(shù)或者匿名 內(nèi)部類注冊(cè)的監(jiān)聽器不可以撤銷注冊(cè)，因?yàn)槌蜂N函數(shù)需要傳入已經(jīng)注冊(cè)監(jiān)聽器的引用。解決這個(gè)問題的一個(gè)簡(jiǎn)單方法是在 registerAnimalAddedListener函數(shù)中返回注冊(cè)監(jiān)聽器的引用。如此一來(lái)，就可以撤銷注冊(cè)用lambda函數(shù)或匿名內(nèi)部類創(chuàng)建的監(jiān) 聽器，改進(jìn)后的方法代碼如下：

public AnimalAddedListener registerAnimalAddedListener (AnimalAddedListener listener) {
    // Add the listener to the list of registered listeners
    this.listeners.add(listener); 
    return listener;
}

重新設(shè)計(jì)的函數(shù)交互的客戶端代碼如下：

public class Main {
    public static void main (String[] args) {
        // Create the zoo to store animals
        Zoo zoo = new Zoo();
        // Register listeners to be notified when an animal is added
        AnimalAddedListener listener = zoo.registerAnimalAddedListener(
            (animal) -> System.out.println("Added a new animal with name '" + animal.getName() + "'")
        );
        // Add an animal notify the registered listeners
        zoo.addAnimal(new Animal("Tiger"));
        // Unregister the listener
        zoo.unregisterAnimalAddedListener(listener);
        // Add another animal, which will not print the name, since the listener
        // has been previously unregistered
        zoo.addAnimal(new Animal("Lion"));
    }
}

此時(shí)的結(jié)果輸出只有Added a new animal with name ‘Tiger’，因?yàn)樵诘诙€(gè)animal加入之前監(jiān)聽器已經(jīng)撤銷了：

Added a new animal with name 'Tiger'

如果采用更復(fù)雜的解決方案，register函數(shù)也可以返回receipt類，以便unregister監(jiān)聽器調(diào)用，例如:

public class AnimalAddedListenerReceipt {
    private final AnimalAddedListener listener;
    public AnimalAddedListenerReceipt (AnimalAddedListener listener) {
        this.listener = listener;
    }
    public final AnimalAddedListener getListener () {
        return this.listener;
    }
}

receipt會(huì)作為注冊(cè)函數(shù)的返回值，以及撤銷注冊(cè)函數(shù)輸入?yún)?shù)，此時(shí)的zoo實(shí)現(xiàn)如下所示：

public class ZooUsingReceipt {
    // ...Existing attributes and constructor...
    public AnimalAddedListenerReceipt registerAnimalAddedListener (AnimalAddedListener listener) {
        // Add the listener to the list of registered listeners
        this.listeners.add(listener);
        return new AnimalAddedListenerReceipt(listener);
    }
    public void unregisterAnimalAddedListener (AnimalAddedListenerReceipt receipt) {
        // Remove the listener from the list of the registered listeners
        this.listeners.remove(receipt.getListener());
    }
    // ...Existing notification method...
}

上面描述的接收實(shí)現(xiàn)機(jī)制允許保存信息供監(jiān)聽器撤銷時(shí)調(diào)用的，也就是說如果撤銷注冊(cè)算法依賴于Subject注冊(cè)監(jiān)聽器時(shí)的狀態(tài)，則此狀態(tài)將被保存，如果撤銷注冊(cè)只需要指向之前注冊(cè)監(jiān)聽器的引用，這樣的話接收技術(shù)則顯得麻煩，不推薦使用。

除了特別復(fù)雜的具體監(jiān)聽器，最常見的注冊(cè)監(jiān)聽器的方法是通過lambda函數(shù)或通過匿名內(nèi)部類注冊(cè)。當(dāng)然，也有例外，那就是包含subject實(shí)現(xiàn)觀察者接口的類和注冊(cè)一個(gè)包含調(diào)用該引用目標(biāo)的監(jiān)聽器。如下面代碼所示的案例：

public class ZooContainer implements AnimalAddedListener {
    private Zoo zoo = new Zoo();
    public ZooContainer () {
        // Register this object as a listener
        this.zoo.registerAnimalAddedListener(this);
    }
    public Zoo getZoo () {
        return this.zoo;
    }
    @Override
        public void updateAnimalAdded (Animal animal) {
        System.out.println("Added animal with name '" + animal.getName() + "'");
    }
    public static void main (String[] args) {
        // Create the zoo container
        ZooContainer zooContainer = new ZooContainer();
        // Add an animal notify the innerally notified listener
        zooContainer.getZoo().addAnimal(new Animal("Tiger"));
    }
}

這種方法只適用于簡(jiǎn)單情況而且代碼看起來(lái)不夠?qū)I(yè)，盡管如此，它還是深受現(xiàn)代Java開發(fā)人員的喜愛，因此了解這個(gè)例子的工作原理很有必要。因?yàn)?ZooContainer實(shí)現(xiàn)了AnimalAddedListener接口，那么ZooContainer的實(shí)例(或者說對(duì)象)就可以注冊(cè)為 AnimalAddedListener。ZooContainer類中，該引用代表當(dāng)前對(duì)象即ZooContainer的一個(gè)實(shí)例，所以可以被用作 AnimalAddedListener。

通常，不是要求所有的container類都實(shí)現(xiàn)此類功能，而且實(shí)現(xiàn)監(jiān)聽器接口的container類只能調(diào)用Subject的注冊(cè)函數(shù)，只是簡(jiǎn)單把該引用作為監(jiān)聽器的對(duì)象傳給register函數(shù)。在接下來(lái)的章節(jié)中，將介紹多線程環(huán)境的常見問題和解決方案。

線程安全的實(shí)現(xiàn)

前 面章節(jié)介紹了在現(xiàn)代Java環(huán)境下的實(shí)現(xiàn)觀察者模式，雖然簡(jiǎn)單但很完整，但這一實(shí)現(xiàn)忽略了一個(gè)關(guān)鍵性問題：線程安全。大多數(shù)開放的Java應(yīng)用都是多線程 的，而且觀察者模式也多用于多線程或異步系統(tǒng)。例如，如果外部服務(wù)更新其數(shù)據(jù)庫(kù)，那么應(yīng)用也會(huì)異步地收到消息，然后用觀察者模式通知內(nèi)部組件更新，而不是 內(nèi)部組件直接注冊(cè)監(jiān)聽外部服務(wù)。

觀察者模式的線程安全主要集中在模式的主體上，因?yàn)樾薷淖?cè)監(jiān)聽器集合時(shí)很可能發(fā)生線程沖突，比如，一個(gè)線 程試圖添加一個(gè)新的監(jiān)聽器，而另一線程又試圖添加一個(gè)新的animal對(duì)象，這將觸發(fā)對(duì)所有注冊(cè)監(jiān)聽器的通知。鑒于先后順序，在已注冊(cè)的監(jiān)聽器收到新增動(dòng) 物的通知前，第一個(gè)線程可能已經(jīng)完成也可能尚未完成新監(jiān)聽器的注冊(cè)。這是一個(gè)經(jīng)典的線程資源競(jìng)爭(zhēng)案例，正是這一現(xiàn)象告訴開發(fā)者們需要一個(gè)機(jī)制來(lái)保證線程安 全。

這一問題的最簡(jiǎn)單的解決方案是：所有訪問或修改注冊(cè)監(jiān)聽器list的操作都須遵循Java的同步機(jī)制，比如：

public synchronized AnimalAddedListener registerAnimalAddedListener (AnimalAddedListener listener) { /*...*/ }
public synchronized void unregisterAnimalAddedListener (AnimalAddedListener listener) { /*...*/ }
public synchronized void notifyAnimalAddedListeners (Animal animal) { /*...*/ }

這樣一來(lái)，同一時(shí)刻只有一個(gè)線程可以修改或訪問已注冊(cè)的監(jiān)聽器列表，可以成功地避免資源競(jìng)爭(zhēng)問題，但是新問題又出現(xiàn)了，這樣的約束太過嚴(yán)格 (synchronized關(guān)鍵字和Java并發(fā)模型的更多信息，請(qǐng)參閱官方網(wǎng)頁(yè))。通過方法同步，可以時(shí)刻觀測(cè)對(duì)監(jiān)聽器list的并發(fā)訪問，注冊(cè)和撤銷 監(jiān)聽器對(duì)監(jiān)聽器list而言是寫操作，而通知監(jiān)聽器訪問監(jiān)聽器list是只讀操作。由于通過通知訪問是讀操作，因此是可以多個(gè)通知操作同時(shí)進(jìn)行的。

因 此，只要沒有監(jiān)聽器注冊(cè)或撤銷注冊(cè)，任意多的并發(fā)通知都可以同時(shí)執(zhí)行，而不會(huì)引發(fā)對(duì)注冊(cè)的監(jiān)聽器列表的資源爭(zhēng)奪。當(dāng)然，其他情況下的資源爭(zhēng)奪現(xiàn)象存在已 久，為了解決這一問題，設(shè)計(jì)了ReadWriteLock用以分開管理讀寫操作的資源鎖定。Zoo類的線程安全ThreadSafeZoo實(shí)現(xiàn)代碼如下：

public class ThreadSafeZoo {
    private final ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
    protected final Lock readLock = readWriteLock.readLock();
    protected final Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();
    private List<animal> animals = new ArrayList<>();
    private List<animaladdedlistener> listeners = new ArrayList<>();
    public void addAnimal (Animal animal) {
        // Add the animal to the list of animals
        this.animals.add(animal);
        // Notify the list of registered listeners
        this.notifyAnimalAddedListeners(animal);
    }
    public AnimalAddedListener registerAnimalAddedListener (AnimalAddedListener listener) {
        // Lock the list of listeners for writing
        this.writeLock.lock();
        try {
            // Add the listener to the list of registered listeners
            this.listeners.add(listener);
        }
        finally {
            // Unlock the writer lock
            this.writeLock.unlock();
        }
        return listener;
    }
    public void unregisterAnimalAddedListener (AnimalAddedListener listener) {
        // Lock the list of listeners for writing
        this.writeLock.lock();
        try {
            // Remove the listener from the list of the registered listeners
            this.listeners.remove(listener);
        }
        finally {
            // Unlock the writer lock
            this.writeLock.unlock();
        }
    }
    public void notifyAnimalAddedListeners (Animal animal) {
        // Lock the list of listeners for reading
        this.readLock.lock();
        try {
            // Notify each of the listeners in the list of registered listeners
            this.listeners.forEach(listener -> listener.updateAnimalAdded(animal));
        }
        finally {
            // Unlock the reader lock
            this.readLock.unlock();
        }
    }
}

通過這樣部署，Subject的實(shí)現(xiàn)能確保線程安全并且多個(gè)線程可以同時(shí)發(fā)布通知。但盡管如此，依舊存在兩個(gè)不容忽略的資源競(jìng)爭(zhēng)問題：

1. 對(duì)每個(gè)監(jiān)聽器的并發(fā)訪問。多個(gè)線程可以同時(shí)通知監(jiān)聽器要新增動(dòng)物了，這意味著一個(gè)監(jiān)聽器可能會(huì)同時(shí)被多個(gè)線程同時(shí)調(diào)用。

2. 對(duì)animal list的并發(fā)訪問。多個(gè)線程可能會(huì)同時(shí)向animal list添加對(duì)象，如果通知的先后順序存在影響，那就可能導(dǎo)致資源競(jìng)爭(zhēng)，這就需要一個(gè)并發(fā)操作處理機(jī)制來(lái)避免這一問題。如果注冊(cè)的監(jiān)聽器列表在收到通知添 加animal2后，又收到通知添加animal1，此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生資源競(jìng)爭(zhēng)。但是如果animal1和animal2的添加由不同的線程執(zhí)行，也是有可能 在animal2前完成對(duì)animal1添加操作，具體來(lái)說就是線程1在通知監(jiān)聽器前添加animal1并鎖定模塊，線程2添加animal2并通知監(jiān)聽 器，然后線程1通知監(jiān)聽器animal1已經(jīng)添加。雖然在不考慮先后順序時(shí)，可以忽略資源競(jìng)爭(zhēng)，但問題是真實(shí)存在的。

對(duì)監(jiān)聽器的并發(fā)訪問

并發(fā)訪問監(jiān)聽器可以通過保證監(jiān)聽器的線程安全來(lái)實(shí)現(xiàn)。秉承著類的“責(zé)任自負(fù)”精神，監(jiān)聽器有“義 務(wù)”確保自身的線程安全。例如，對(duì)于前面計(jì)數(shù)的監(jiān)聽器，多線程的遞增或遞減動(dòng)物數(shù)量可能導(dǎo)致線程安全問題，要避免這一問題，動(dòng)物數(shù)的計(jì)算必須是原子操作 （原子變量或方法同步），具體解決代碼如下：

public class ThreadSafeCountingAnimalAddedListener implements AnimalAddedListener {
    private static AtomicLong animalsAddedCount = new AtomicLong(0);
    @Override
    public void updateAnimalAdded (Animal animal) {
        // Increment the number of animals
        animalsAddedCount.incrementAndGet();
        // Print the number of animals
        System.out.println("Total animals added: " + animalsAddedCount);
    }
}

方法同步解決方案代碼如下：

public class CountingAnimalAddedListener implements AnimalAddedListener {
    private static int animalsAddedCount = 0;
    @Override
    public synchronized void updateAnimalAdded (Animal animal) {
        // Increment the number of animals
        animalsAddedCount++;
        // Print the number of animals
        System.out.println("Total animals added: " + animalsAddedCount);
    }
}

要強(qiáng)調(diào)的是監(jiān)聽器應(yīng)該保證自身的線程安全，subject需要理解監(jiān)聽器的內(nèi)部邏輯，而不是簡(jiǎn)單確保對(duì)監(jiān)聽器的訪問和修改的線程安全。否則，如果多 個(gè)subject共用同一個(gè)監(jiān)聽器，那每個(gè)subject類都要重寫一遍線程安全的代碼，顯然這樣的代碼不夠簡(jiǎn)潔，因此需要在監(jiān)聽器類內(nèi)實(shí)現(xiàn)線程安全。

監(jiān)聽器的有序通知

當(dāng) 要求監(jiān)聽器有序執(zhí)行時(shí)，讀寫鎖就不能滿足需求了，而需要引入一個(gè)新的機(jī)制，可以保證notify函數(shù)的調(diào)用順序和animal添加到zoo的順序一致。有 人嘗試過用方法同步來(lái)實(shí)現(xiàn)，然而根據(jù)Oracle文檔中的方法同步介紹，可知方法同步并不提供操作執(zhí)行的順序管理。它只是保證原子操作，也就是說操作不會(huì) 被打斷，并不能保證先來(lái)先執(zhí)行(FIFO)的線程順序。ReentrantReadWriteLock可以實(shí)現(xiàn)這樣的執(zhí)行順序，代碼如下：

public class OrderedThreadSafeZoo {
    private final ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock(true);
    protected final Lock readLock = readWriteLock.readLock();
    protected final Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();
    private List<animal> animals = new ArrayList<>();
    private List<animaladdedlistener> listeners = new ArrayList<>();
    public void addAnimal (Animal animal) {
        // Add the animal to the list of animals
        this.animals.add(animal);
        // Notify the list of registered listeners
        this.notifyAnimalAddedListeners(animal);
    }
    public AnimalAddedListener registerAnimalAddedListener (AnimalAddedListener listener) {
        // Lock the list of listeners for writing
        this.writeLock.lock();
        try {
            // Add the listener to the list of registered listeners
            this.listeners.add(listener);
        }
        finally {
            // Unlock the writer lock
            this.writeLock.unlock();
        }
        return listener;
    }
    public void unregisterAnimalAddedListener (AnimalAddedListener listener) {
        // Lock the list of listeners for writing
        this.writeLock.lock();
        try {
            // Remove the listener from the list of the registered listeners
            this.listeners.remove(listener);
        }
        finally {
            // Unlock the writer lock
            this.writeLock.unlock();
        }
    }
    public void notifyAnimalAddedListeners (Animal animal) {
        // Lock the list of listeners for reading
        this.readLock.lock();
        try {
            // Notify each of the listeners in the list of registered listeners
            this.listeners.forEach(listener -> listener.updateAnimalAdded(animal));
        }
        finally {
            // Unlock the reader lock
            this.readLock.unlock();
        }
    }
}

這樣的實(shí)現(xiàn)方式，register, unregister和notify函數(shù)將按照先進(jìn)先出(FIFO)的順序獲得讀寫鎖權(quán)限。例如，線程1注冊(cè)一個(gè)監(jiān)聽器，線程2在開始執(zhí)行注冊(cè)操作后試圖 通知已注冊(cè)的監(jiān)聽器，線程3在線程2等待只讀鎖的時(shí)候也試圖通知已注冊(cè)的監(jiān)聽器，采用fair-ordering方式，線程1先完成注冊(cè)操作，然后線程2 可以通知監(jiān)聽器，最后線程3通知監(jiān)聽器。這樣保證了action的執(zhí)行順序和開始順序一致。

如果采用方法同步，雖然線程2先排隊(duì)等待占用資 源，線程3仍可能比線程2先獲得資源鎖，而且不能保證線程2比線程3先通知監(jiān)聽器。問題的關(guān)鍵所在：fair-ordering方式可以保證線程按照申請(qǐng) 資源的順序執(zhí)行。讀寫鎖的順序機(jī)制很復(fù)雜，應(yīng)參照ReentrantReadWriteLock的官方文檔以確保鎖的邏輯足夠解決問題。

截止目前實(shí)現(xiàn)了線程安全，在接下來(lái)的章節(jié)中將介紹提取主題的邏輯并將其mixin類封裝為可重復(fù)代碼單元的方式優(yōu)缺點(diǎn)。

主題邏輯封裝到Mixin類

把 上述的觀察者模式設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)封裝到目標(biāo)的mixin類中很具吸引力。通常來(lái)說，觀察者模式中的觀察者包含已注冊(cè)的監(jiān)聽器的集合；負(fù)責(zé)注冊(cè)新的監(jiān)聽器的 register函數(shù)；負(fù)責(zé)撤銷注冊(cè)的unregister函數(shù)和負(fù)責(zé)通知監(jiān)聽器的notify函數(shù)。對(duì)于上述的動(dòng)物園的例子，zoo類除動(dòng)物列表是問題 所需外，其他所有操作都是為了實(shí)現(xiàn)主題的邏輯。

Mixin類的案例如下所示，需要說明的是為使代碼更為簡(jiǎn)潔，此處去掉關(guān)于線程安全的代碼：

public abstract class ObservableSubjectMixin<listenertype> {
    private List<listenertype> listeners = new ArrayList<>();
    public ListenerType registerListener (ListenerType listener) {
        // Add the listener to the list of registered listeners
        this.listeners.add(listener);
        return listener;
    }
    public void unregisterAnimalAddedListener (ListenerType listener) {
        // Remove the listener from the list of the registered listeners
        this.listeners.remove(listener);
    }
    public void notifyListeners (Consumer<!--? super ListenerType--> algorithm) {
        // Execute some function on each of the listeners
        this.listeners.forEach(algorithm);
    }
}

正因?yàn)闆]有提供正在注冊(cè)的監(jiān)聽器類型的接口信息，不能直接通知某個(gè)特定的監(jiān)聽器，所以正需要保證通知功能的通用性，允許客戶端添加一些功能，如接受泛型參數(shù)類型的參數(shù)匹配，以適用于每個(gè)監(jiān)聽器，具體實(shí)現(xiàn)代碼如下：

public class ZooUsingMixin extends ObservableSubjectMixin<animaladdedlistener> {
    private List<animal> animals = new ArrayList<>();
    public void addAnimal (Animal animal) {
        // Add the animal to the list of animals
        this.animals.add(animal);
        // Notify the list of registered listeners
        this.notifyListeners((listener) -> listener.updateAnimalAdded(animal));
    }
}

Mixin類技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)是把觀察者模式的Subject封裝到一個(gè)可重復(fù)調(diào)用的類中，而不是在每個(gè)subject類中都重復(fù)寫這些邏輯。此外，這一方法使得zoo類的實(shí)現(xiàn)更為簡(jiǎn)潔，只需要存儲(chǔ)動(dòng)物信息，而不用再考慮如何存儲(chǔ)和通知監(jiān)聽器。

然 而，使用mixin類并非只有優(yōu)點(diǎn)。比如，如果要存儲(chǔ)多個(gè)類型的監(jiān)聽器怎么辦？例如，還需要存儲(chǔ)監(jiān)聽器類型AnimalRemovedListener。 mixin類是抽象類，Java中不能同時(shí)繼承多個(gè)抽象類，而且mixin類不能改用接口實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)榻涌诓话瑂tate，而觀察者模式中state 需要用來(lái)保存已經(jīng)注冊(cè)的監(jiān)聽器列表。

其中的一個(gè)解決方案是創(chuàng)建一個(gè)動(dòng)物增加和減少時(shí)都會(huì)通知的監(jiān)聽器類型ZooListener，代碼如下所示:

public interface ZooListener {
    public void onAnimalAdded (Animal animal);
    public void onAnimalRemoved (Animal animal);
}

這樣就可以使用該接口實(shí)現(xiàn)利用一個(gè)監(jiān)聽器類型對(duì)zoo狀態(tài)各種變化的監(jiān)聽了：

public class ZooUsingMixin extends ObservableSubjectMixin<zoolistener> {
    private List<animal> animals = new ArrayList<>();
    public void addAnimal (Animal animal) {
        // Add the animal to the list of animals
        this.animals.add(animal);
        // Notify the list of registered listeners
        this.notifyListeners((listener) -> listener.onAnimalAdded(animal));
    }
    public void removeAnimal (Animal animal) {
        // Remove the animal from the list of animals
        this.animals.remove(animal);
        // Notify the list of registered listeners
        this.notifyListeners((listener) -> listener.onAnimalRemoved(animal));
    }
}

將多個(gè)監(jiān)聽器類型合并到一個(gè)監(jiān)聽器接口中確實(shí)解決了上面提到的問題，但仍舊存在不足之處，接下來(lái)的章節(jié)會(huì)詳細(xì)討論。

Multi-Method監(jiān)聽器和適配器

在 上述方法，監(jiān)聽器的接口中實(shí)現(xiàn)的包含太多函數(shù)，接口就過于冗長(zhǎng)，例如，Swing MouseListener就包含5個(gè)必要的函數(shù)。盡管可能只會(huì)用到其中一個(gè)，但是只要用到鼠標(biāo)點(diǎn)擊事件就必須要添加這5個(gè)函數(shù)，更多可能是用空函數(shù)體來(lái) 實(shí)現(xiàn)剩下的函數(shù)，這無(wú)疑會(huì)給代碼帶來(lái)不必要的混亂。

其中一種解決方案是創(chuàng)建適配器(概念來(lái)自GoF提出的適配器模式)，適配器中以抽象函數(shù) 的形式實(shí)現(xiàn)監(jiān)聽器接口的操作，供具體監(jiān)聽器類繼承。這樣一來(lái)，具體監(jiān)聽器類就可以選擇其需要的函數(shù)，對(duì)adapter不需要的函數(shù)采用默認(rèn)操作即可。例如 上面例子中的ZooListener類，創(chuàng)建ZooAdapter(Adapter的命名規(guī)則與監(jiān)聽器一致，只需要把類名中的Listener改為 Adapter即可)，代碼如下：

public class ZooAdapter implements ZooListener {
    @Override
    public void onAnimalAdded (Animal animal) {}
    @Override
    public void onAnimalRemoved (Animal animal) {}
}

乍一看，這個(gè)適配器類微不足道，然而它所帶來(lái)的便利卻是不可小覷的。比如對(duì)于下面的具體類，只需選擇對(duì)其實(shí)現(xiàn)有用的函數(shù)即可：

public class NamePrinterZooAdapter extends ZooAdapter {
    @Override
    public void onAnimalAdded (Animal animal) {
        // Print the name of the animal that was added
        System.out.println("Added animal named " + animal.getName());
    }
}

有兩種替代方案同樣可以實(shí)現(xiàn)適配器類的功能：一是使用默認(rèn)函數(shù)；二是把監(jiān)聽器接口和適配器類合并到一個(gè)具體類中。默認(rèn)函數(shù)是Java8新提出的，在接口中允許開發(fā)者提供默認(rèn)（防御）的實(shí)現(xiàn)方法。

Java 庫(kù)的這一更新主要是方便開發(fā)者在不改變老版本代碼的情況下，實(shí)現(xiàn)程序擴(kuò)展，因此應(yīng)該慎用這個(gè)方法。部分開發(fā)者多次使用后，會(huì)感覺這樣寫的代碼不夠?qū)I(yè)，而 又有開發(fā)者認(rèn)為這是Java8的特色，不管怎樣，需要明白這個(gè)技術(shù)提出的初衷是什么，再結(jié)合具體問題決定是否要用。使用默認(rèn)函數(shù)實(shí)現(xiàn)的 ZooListener接口代碼如下示：

public interface ZooListener {
    default public void onAnimalAdded (Animal animal) {}
    default public void onAnimalRemoved (Animal animal) {}
}

通過使用默認(rèn)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)該接口的具體類，無(wú)需在接口中實(shí)現(xiàn)全部函數(shù)，而是選擇性實(shí)現(xiàn)所需函數(shù)。雖然這是接口膨脹問題一個(gè)較為簡(jiǎn)潔的解決方案，開發(fā)者在使用時(shí)還應(yīng)多加注意。

第二種方案是簡(jiǎn)化觀察者模式，省略了監(jiān)聽器接口，而是用具體類實(shí)現(xiàn)監(jiān)聽器的功能。比如ZooListener接口就變成了下面這樣：

public class ZooListener {
    public void onAnimalAdded (Animal animal) {}
    public void onAnimalRemoved (Animal animal) {}
}

這一方案簡(jiǎn)化了觀察者模式的層次結(jié)構(gòu)，但它并非適用于所有情況，因?yàn)槿绻驯O(jiān)聽器接口合并到具體類中，具體監(jiān)聽器就不可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)監(jiān)聽接口了。例 如，如果AnimalAddedListener和AnimalRemovedListener接口寫在同一個(gè)具體類中，那么單獨(dú)一個(gè)具體監(jiān)聽器就不可以 同時(shí)實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)接口了。此外，監(jiān)聽器接口的意圖比具體類更顯而易見，很顯然前者就是為其他類提供接口，但后者就并非那么明顯了。

如果沒有合適的文檔說明，開發(fā)者并不會(huì)知道已經(jīng)有一個(gè)類扮演著接口的角色，實(shí)現(xiàn)了其對(duì)應(yīng)的所有函數(shù)。此外，類名不包含adapter，因?yàn)轭惒⒉贿m配于某一個(gè)接口，因此類名并沒有特別暗示此意圖。綜上所述，特定問題需要選擇特定的方法，并沒有哪個(gè)方法是萬(wàn)能的。

在 開始下一章前，需要特別提一下，適配器在觀察模式中很常見，尤其是在老版本的Java代碼中。Swing API正是以適配器為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的，正如很多老應(yīng)用在Java5和Java6中的觀察者模式中所使用的那樣。zoo案例中的監(jiān)聽器或許并不需要適配器，但需 要了解適配器提出的目的以及其應(yīng)用，因?yàn)槲覀兛梢栽诂F(xiàn)有的代碼中對(duì)其進(jìn)行使用。下面的章節(jié)，將會(huì)介紹時(shí)間復(fù)雜的監(jiān)聽器，該類監(jiān)聽器可能會(huì)執(zhí)行耗時(shí)的運(yùn)算或 進(jìn)行異步調(diào)用，不能立即給出返回值。

Complex & Blocking監(jiān)聽器

關(guān)于觀察者模式的一個(gè)假設(shè)是： 執(zhí)行一個(gè)函數(shù)時(shí)，一系列監(jiān)聽器會(huì)被調(diào)用，但假定這一過程對(duì)調(diào)用者而言是完全透明的。例如，客戶端代碼在Zoo中添加animal時(shí)，在返回添加成功之前， 并不知道會(huì)調(diào)用一系列監(jiān)聽器。如果監(jiān)聽器的執(zhí)行需要時(shí)間較長(zhǎng)（其時(shí)間受監(jiān)聽器的數(shù)量、每個(gè)監(jiān)聽器執(zhí)行時(shí)間影響），那么客戶端代碼將會(huì)感知這一簡(jiǎn)單增加動(dòng)物 操作的時(shí)間副作用。

本文不能面面俱到的討論這個(gè)話題，下面幾條是開發(fā)者調(diào)用復(fù)雜的監(jiān)聽器時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)：

1. 監(jiān)聽器啟動(dòng)新線程。新線程啟動(dòng)后，在新線程中執(zhí)行監(jiān)聽器邏輯的同時(shí)，返回監(jiān)聽器函數(shù)的處理結(jié)果，并運(yùn)行其他監(jiān)聽器執(zhí)行。

2. Subject啟動(dòng)新線程。與傳統(tǒng)的線性迭代已注冊(cè)的監(jiān)聽器列表不同，Subject的notify函數(shù)重啟一個(gè)新的線程，然后在新線程中迭代監(jiān)聽器列 表。這樣使得notify函數(shù)在執(zhí)行其他監(jiān)聽器操作的同時(shí)可以輸出其返回值。需要注意的是需要一個(gè)線程安全機(jī)制來(lái)確保監(jiān)聽器列表不會(huì)進(jìn)行并發(fā)修改。

3. 隊(duì)列化監(jiān)聽器調(diào)用并采用一組線程執(zhí)行監(jiān)聽功能。將監(jiān)聽器操作封裝在一些函數(shù)中并隊(duì)列化這些函數(shù)，而非簡(jiǎn)單的迭代調(diào)用監(jiān)聽器列表。這些監(jiān)聽器存儲(chǔ)到隊(duì)列中 后，線程就可以從隊(duì)列中彈出單個(gè)元素并執(zhí)行其監(jiān)聽邏輯。這類似于生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題，notify過程產(chǎn)生可執(zhí)行函數(shù)隊(duì)列，然后線程依次從隊(duì)列中取出并執(zhí) 行這些函數(shù)，函數(shù)需要存儲(chǔ)被創(chuàng)建的時(shí)間而非執(zhí)行的時(shí)間供監(jiān)聽器函數(shù)調(diào)用。例如，監(jiān)聽器被調(diào)用時(shí)創(chuàng)建的函數(shù)，那么該函數(shù)就需要存儲(chǔ)該時(shí)間點(diǎn)，這一功能類似于 Java中的如下操作：

public class AnimalAddedFunctor {
    private final AnimalAddedListener listener;
    private final Animal parameter;
    public AnimalAddedFunctor (AnimalAddedListener listener, Animal parameter) {
        this.listener = listener;
        this.parameter = parameter;
    }
    public void execute () {
        // Execute the listener with the parameter provided during creation
        this.listener.updateAnimalAdded(this.parameter);
    }
}

函數(shù)創(chuàng)建并保存在隊(duì)列中，可以隨時(shí)調(diào)用，這樣一來(lái)就無(wú)需在遍歷監(jiān)聽器列表時(shí)立即執(zhí)行其對(duì)應(yīng)操作了。一旦每個(gè)激活監(jiān)聽器的函數(shù)都?jí)喝腙?duì)列中，“消費(fèi)者 線程”就會(huì)給客戶端代碼返回操作權(quán)。之后某個(gè)時(shí)間點(diǎn)“消費(fèi)者線程”將會(huì)執(zhí)行這些函數(shù)，就像在監(jiān)聽器被notify函數(shù)激活時(shí)執(zhí)行一樣。這項(xiàng)技術(shù)在其他語(yǔ)言 中被叫作參數(shù)綁定，剛好適合上面的例子，技術(shù)的實(shí)質(zhì)是保存監(jiān)聽器的參數(shù)，execute()函數(shù)再直接調(diào)用。如果監(jiān)聽器接收多個(gè)參數(shù)，處理方法也類似。

需 要注意的是如果要保存監(jiān)聽器的執(zhí)行順序，則需要引入綜合排序機(jī)制。方案一中，監(jiān)聽器按照正常的順序激活新線程，這樣可以確保監(jiān)聽器按照注冊(cè)的順序執(zhí)行。方 案二中，隊(duì)列支持排序，其中的函數(shù)會(huì)按照進(jìn)入隊(duì)列的順序執(zhí)行。簡(jiǎn)單來(lái)說就是，開發(fā)者需要重視監(jiān)聽器多線程執(zhí)行的復(fù)雜程度，加以小心處理以確保實(shí)現(xiàn)所需的功 能。

結(jié)束語(yǔ)

觀察者模式在1994年被寫進(jìn)書中以前，就已經(jīng)是主流的軟件設(shè)計(jì)模式了，為軟件設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題提供了很 多令人滿意的解決方案。Java一直是使用該模式的引領(lǐng)者，在其標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中封裝了這一模式，但是鑒于Java更新到了版本8，十分有必要重新考查經(jīng)典模式在 其中的使用。隨著lambda表達(dá)式和其他新結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，這一“古老的”模式又有了新的生機(jī)。無(wú)論是處理舊程序還是使用這一歷史悠久的方法解決新問題，尤 其對(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富的Java開發(fā)者來(lái)說，觀察者模式都是開發(fā)者的主要工具。

原文鏈接：

譯者：王鵬，OneAPM工程師

順帶提個(gè)好消息，