一、观察者模式（Observer）的定义：
观察者模式又称为订阅—发布模式，在此模式中，一个目标对象管理所有相依于它的观察者对象，并且在它本身的状态改变时主动发出通知。这通常透过呼叫各观察者所提供的方法来实现。此种模式通常被用来事件处理系统。
1、观察者模式的一般结构
首先看下观察者模式的类图描述：
观察者模式的角色如下：
Subject（抽象主题接口）：定义了主题类中对观察者列表的一系列操作， 包括增加，删除， 通知等。
Concrete Subject（具体主题类）：
Observer（抽象观察者接口）：定义了观察者对主题类更新状态接受操作。
ConcreteObserver（具体观察者类）：实现观察者接口更新主题类通知等逻辑。
从这个类图可以看出， 主题类中维护了一个实现观察者接口的类列表， 主题类通过这个列表来对观察者进行一系列的增删改操作。观察者类也可以主动调用update方法来了解获取主题类的状态更新信息。
以上的类图所描述的只是基本的观察者模式的思想， 有很多不足。比如作为观察者也可以主动订阅某类主题等。下面的例子将进行一些改动， 以便适用具体的业务逻辑。
2、观察者模式示例
我们构建一个观察者和主题类， 观察者可以主动订阅主题或者取消主题。主题类统一被一个主题管理者所管理。下面给出类图：
Subject:
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public interface Subject { //注册一个observer public void register(Observer observer); //移除一个observer public void remove(Observer observer); //通知所有观察者 public void notifyObservers(); //获取主题类要发布的消息 public String getMessage();}ConcerteSubject:public class MySubject implements Subject { private List<Observer> observers; private boolean changed; private String message; //对象锁， 用于同步更新观察者列表 private final Object mutex = new Object(); public MySubject() { observers = new ArrayList<Observer>(); changed = false; } @Override public void register(Observer observer) { if (observer == null) throw new NullPointerException(); //保证不重复 if (!observers.contains(observer)) observers.add(observer); } @Override public void remove(Observer observer) { observers.remove(observer); } @Override public void notifyObservers() { // temp list List<Observer> tempObservers = null; synchronized (mutex) { if (!changed) return; tempObservers = new ArrayList<>(this.observers); this.changed = false; } for(Observer obj : tempObservers) { obj.update(); } } //主题类发布新消息 public void makeChanged(String message) { System.out.println("The Subject make a change: " + message); this.message = message; this.changed = true; notifyObservers(); } @Override public String getMessage() { return this.message; }} |
ConcerteSubject做出更新时， 就通知列表中的所有观察者， 并且调用观察者update方法以实现接受通知后的逻辑。这里注意notifyObservers中的同步块。在多线程的情况下， 为了避免主题类发布通知时， 其他线程对观察者列表的增删操作， 同步块中用一个临时List来获取当前的观察者列表。
SubjectManagement：主题类管理器
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public class SubjectManagement { //一个记录 名字——主题类 的Map private Map<String, Subject> subjectList = new HashMap<String, Subject>(); public void addSubject(String name, Subject subject) { subjectList.put(name, subject); } public void addSubject(Subject subject) { subjectList.put(subject.getClass().getName(), subject); } public Subject getSubject(String subjectName) { return subjectList.get(subjectName); } public void removeSubject(String name, Subject subject) { } public void removeSubject(Subject subject) { } //singleton private SubjectManagement() {} public static SubjectManagement getInstance() { return SubjectManagementInstance.instance; } private static class SubjectManagementInstance { static final SubjectManagement instance = new SubjectManagement(); }} |
主题类管理器的作用就是在观察者订阅某个主题时， 获取此主题的实例对象。
Observer：
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public interface Observer { public void update(); public void setSubject(Subject subject);}ConcerteObserver:public class MyObserver implements Observer { private Subject subject; // get the notify message from Concentrate Subject @Override public void update() { String message = subject.getMessage(); System.out.println("From Subject " + subject.getClass().getName() + " message: " + message); } @Override public void setSubject(Subject subject) { this.subject = subject; } // subcirbe some Subject public void subscribe(String subjectName) { SubjectManagement.getInstance().getSubject(subjectName).register(this); } // cancel subcribe public void cancelSubcribe(String subjectName) { SubjectManagement.getInstance().getSubject(subjectName).remove(this); }} |
测试：我们将主题类和观察者抽象成写者和读者
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public class ObserverTest { private static MySubject writer; @BeforeClass public static void setUpBeforeClass() throws Exception { writer = new MySubject(); //添加一个名为Linus的作家 SubjectManagement.getInstance().addSubject("Linus",writer); } @Test public void test() { //定义几个读者 MyObserver reader1 = new MyObserver(); MyObserver reader2 = new MyObserver(); MyObserver reader3 = new MyObserver(); reader1.setSubject(writer); reader2.setSubject(writer); reader3.setSubject(writer); reader1.subscribe("Linus"); reader2.subscribe("Linus"); reader3.subscribe("Linus"); writer.makeChanged("I have a new Changed"); reader1.update(); }} |
以上就是观察者模式的小示例。可以看出每个主题类都要维护一个相应的观察者列表， 这里可以根据具体主题的抽象层次进一步抽象， 将这种聚集放到一个抽象类中去实现， 来共同维护一个列表， 当然具体操作要看实际的业务逻辑。
二、Servlet中的Listener
再说Servlet中的Listener之前， 先说说观察者模式的另一种形态——事件驱动模型。与上面提到的观察者模式的主题角色一样， 事件驱动模型包括事件源， 具体事件， 监听器， 具体监听器。
Servlet中的Listener就是典型的事件驱动模型。
JDK中有一套事件驱动的类， 包括一个统一的监听器接口和一个统一的事件源, 源码如下：
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/** * A tagging interface that all event listener interfaces must extend. * @since JDK1.1 */public interface EventListener {} |
这是一个标志接口， JDK规定所有监听器必须继承这个接口。
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public class EventObject implements java.io.Serializable { private static final long serialVersionUID = 5516075349620653480L; /** * The object on which the Event initially occurred. */ protected transient Object source; /** * Constructs a prototypical Event. * * @param source The object on which the Event initially occurred. * @exception IllegalArgumentException if source is null. */ public EventObject(Object source) { if (source == null) throw new IllegalArgumentException("null source"); this.source = source; } /** * The object on which the Event initially occurred. * * @return The object on which the Event initially occurred. */ public Object getSource() { return source; } /** * Returns a String representation of this EventObject. * * @return A a String representation of this EventObject. */ public String toString() { return getClass().getName() + "[source=" + source + "]"; }} |
EvenObject是JDK给我们规定的一个统一的事件源。EvenObject类中定义了一个事件源以及获取事件源的get方法。
下面就分析一下Servlet Listener的运行流程。
1、Servlet Listener的组成
目前， Servlet中存在6种两类事件的监听器接口， 具体如下图：
具体触发情境如下表：
2、一个具体的Listener触发过程
我们以ServletRequestAttributeListener为例， 来分析一下此处事件驱动的流程。
首先一个Servlet中， HttpServletRequest调用setAttrilbute方法时， 实际上是调用的org.apache.catalina.connector.request#setAttrilbute方法。 我们看下它的源码：
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public void setAttribute(String name, Object value) { ... //上面的逻辑代码已省略 // 此处即通知监听者 notifyAttributeAssigned(name, value, oldValue); } |
下面是notifyAttributeAssigned(String name, Object value, Object oldValue)的源码
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private void notifyAttributeAssigned(String name, Object value, Object oldValue) { //从容器中获取webAPP中定义的Listener的实例对象 Object listeners[] = context.getApplicationEventListeners(); if ((listeners == null) || (listeners.length == 0)) { return; } boolean replaced = (oldValue != null); //创建相关事件对象 ServletRequestAttributeEvent event = null; if (replaced) { event = new ServletRequestAttributeEvent( context.getServletContext(), getRequest(), name, oldValue); } else { event = new ServletRequestAttributeEvent( context.getServletContext(), getRequest(), name, value); } //遍历所有监听器列表， 找到对应事件的监听器 for (int i = 0; i < listeners.length; i++) { if (!(listeners[i] instanceof ServletRequestAttributeListener)) { continue; } //调用监听器的方法， 实现监听操作 ServletRequestAttributeListener listener = (ServletRequestAttributeListener) listeners[i]; try { if (replaced) { listener.attributeReplaced(event); } else { listener.attributeAdded(event); } } catch (Throwable t) { ExceptionUtils.handleThrowable(t); context.getLogger().error(sm.getString("coyoteRequest.attributeEvent"), t); // Error valve will pick this exception up and display it to user attributes.put(RequestDispatcher.ERROR_EXCEPTION, t); } } } |
上面的例子很清楚的看出ServletRequestAttributeListener是如何调用的。用户只需要实现监听器接口就行。Servlet中的Listener几乎涵盖了Servlet整个生命周期中你感兴趣的事件， 灵活运用这些Listenser可以使程序更加灵活。
三、综合示例
举个例子，如果你看过TVB的警匪片，你就知道卧底的工作方式。一般一个警察可能有几个卧底，潜入敌人内部，打探消息，卧底完全靠他的领导的指示干活，领导说几点行动，他必须按照这个时间去执行，如果行动时间改变，他也要立马改变自己配合行动的时间。领导派两个卧底去打入敌人内部，那么领导相当于抽象主题，而督察警官张三这个人派了两个卧底李四和万王五，张三就相当于具体主题，卧底相当于抽象观察者，这两名卧底是李四和王五就是具体观察者，派的这个动作相当于观察者在主题的登记。那么这个类图如下：
利用javaAPI来实现，代码描述如下：
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package observer; import java.util.List; import java.util.Observable; import java.util.Observer; /** *描述：警察张三 */public class Police extends Observable { private String time ; public Police(List<Observer> list) { super(); for (Observer o:list) { addObserver(o); } } public void change(String time){ this.time = time; setChanged(); notifyObservers(this.time); } } |
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package observer; import java.util.Observable; import java.util.Observer; /** *描述：卧底A */public class UndercoverA implements Observer { private String time; @Override public void update(Observable o, Object arg) { time = (String) arg; System.out.println("卧底A接到消息，行动时间为："+time); } } |
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package observer; import java.util.Observable; import java.util.Observer; /** *描述：卧底B */public class UndercoverB implements Observer { private String time; @Override public void update(Observable o, Object arg) { time = (String) arg; System.out.println("卧底B接到消息，行动时间为："+time); } } |
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package observer; import java.util.ArrayList; import java.util.List; import java.util.Observer; /** *描述：测试 */public class Client { /** * @param args */ public static void main(String[] args) { UndercoverA o1 = new UndercoverA(); UndercoverB o2 = new UndercoverB(); List<Observer> list = new ArrayList<>(); list.add(o1); list.add(o2); Police subject = new Police(list); subject.change("02:25"); System.out.println("===========由于消息败露，行动时间提前========="); subject.change("01:05"); } } |
测试运行结果：
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卧底B接到消息，行动时间为：02:25卧底A接到消息，行动时间为：02:25===========由于消息败露，行动时间提前=========卧底B接到消息，行动时间为：01:05卧底A接到消息，行动时间为：01:05 |
四、总结
观察者模式定义了对象之间一对多的关系， 当一个对象（被观察者）的状态改变时， 依赖它的对象都会收到通知。可以应用到发布——订阅， 变化——更新这种业务场景中。
观察者和被观察者之间用松耦合的方式， 被观察者不知道观察者的细节， 只知道观察者实现了接口。
事件驱动模型更加灵活，但也是付出了系统的复杂性作为代价的，因为我们要为每一个事件源定制一个监听器以及事件，这会增加系统的负担。
观察者模式的核心是先分清角色、定位好观察者和被观察者、他们是多对一的关系。实现的关键是要建立观察者和被观察者之间的联系、比如在被观察者类中有个集合是用于存放观察者的、当被检测的东西发生改变的时候就要通知所有观察者。在观察者的构造方法中将被观察者传入、同时将本身注册到被观察者拥有的观察者名单中、即observers这个list中。
1.观察者模式优点：
（1）抽象主题只依赖于抽象观察者
（2）观察者模式支持广播通信
（3）观察者模式使信息产生层和响应层分离
2.观察者模式缺点：
（1）如一个主题被大量观察者注册，则通知所有观察者会花费较高代价
（2）如果某些观察者的响应方法被阻塞，整个通知过程即被阻塞，其它观察者不能及时被通知
