在 Java8 环境下实现观察者模式的实例分析

观察者（Observer）模式又名发布-订阅（Publish/Subscribe）模式，是四人组（GoF，即 Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides）在1994合著的《设计模式：可复用面向对象软件的基础》中提出的（详见书中293-313页）。尽管这种模式已经有相当长的历史，它仍然广泛适用于各种场景，甚至成为了标准Java库的一个组成部分。目前虽然已经有大量关于观察者模式的文章，但它们都专注于在 Java 中的实现，却忽视了开发者在Java中使用观察者模式时遇到的各种问题。
　　本文的写作初衷就是为了填补这一空白：本文主要介绍通过使用 Java8 架构实现观察者模式，并在此基础上进一步探讨关于经典模式的复杂问题，包括匿名内部类、lambda 表达式、线程安全以及非平凡耗时长的观察者实现。本文内容虽然并不全面，很多这种模式所涉及的复杂问题，远不是一篇文章就能说清的。但是读完本文，读者能了解什么是观察者模式，它在Java中的通用性以及如何处理在 Java 中实现观察者模式时的一些常见问题。
　　观察者模式
　　根据 GoF 提出的经典定义，观察者模式的主旨是：
　　定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。
　　什么意思呢？很多软件应用中，对象之间的状态都是互相依赖的。例如，如果一个应用专注于数值数据加工，这个数据也许会通过图形用户界面（GUI）的表格或图表来展现或者两者同时使用，也就是说，当底层数据更新时，相应的 GUI 组件也要更新。问题的关键在于如何做到底层数据更新时 GUI 组件也随之更新，同时尽量减小 GUI 组件和底层数据的耦合度。
　　一种简单且不可扩展的解决方案是给管理这些底层数据的对象该表格和图像 GUI 组件的引用，使得对象可以在底层数据变化时能够通知 GUI 组件。显然，对于处理有更多 GUI 组件的复杂应用，这个简单的解决方案很快显示出其不足。例如，有20个 GUI 组件都依赖于底层数据，那么管理底层数据的对象就需要维护指向这20个组件的引用。随着依赖于相关数据的对象数量的增加，数据管理和对象之间的耦合度也变得难以控制。
　　另一个更好的解决方案是允许对象注册获取感兴趣数据更新的权限，当数据变化时，数据管理器就会通知这些对象。通俗地说就是，让感兴趣的数据对象告诉管理器：“当数据变化时请通知我”。此外，这些对象不仅可以注册获取更新通知，也可以取消注册，保证数据管理器在数据变化时不再通知该对象。在 GoF 的原始定义中，注册获取更新的对象叫作“观察者”（observer），对应的数据管理器叫作“目标”（Subject），观察者感兴趣的数据叫作“目标状态”，注册过程叫“添加”（attach），撤销观察的过程叫“移除”（detach）。前文已经提到观察者模式又叫发布－订阅模式，可以理解为客户订阅关于目标的观察者，当目标状态更新时，目标把这些更新发布给订阅者（这种设计模式扩展为通用架构，称为发布——订阅架构）。这些概念可以用下面的类图表示：