JDK 自带的观察者模式源码分析以及和自定义实现的取舍

前言

总的结论就是：不推荐使用JDK自带的观察者API，而是自定义实现，但是可以借鉴其好的思想。

java.util.Observer 接口源码分析

该接口十分简单，是各个观察者需要实现的接口

package java.util;

public interface Observer {
    void update(Observable o, Object arg);
} 

借鉴 JDK 封装方法的过多参数的方案

也十分直接，就是使用顶级父类 Object 做参数类型，然后自己可以定义一个参数封装的类。

另外，第一个参数 Observable 就是所谓的主题接口，JDK 给实现了，但是实现的不是特别好。估计 Oracle 也懒得改了，这里加上这个参数，非常好，因为能让观察者知道到底是哪个主题通知的“我”。

java.util.Observable 类源码分析

这是该API最大的问题，它使用的是类，而不是接口去扩展。

如下源码，删除了大量英文注释，改为更精简的形式，并加入了详尽的批注

import java.util.Observer;
import java.util.Vector;

/**
 * 这里其实就是主题接口的角色，只不过 JDK 的实现很烂——竟然用类封装的，这是公认的槽点之一。
 */
public class Observable {
    private boolean changed = false;
    private Vector obs; // 看到这里，其实也知道，这个API不仅太古老，而且还没人维护了，用的还是最老的，被淘汰的 Vector 实现的动态数组

    public Observable() {
        obs = new Vector();
    }

    // 注册观察者，线程安全，这是优点之一，可以借鉴
    public synchronized void addObserver(Observer o) {
        if (o == null) // 提高代码健壮性
            throw new NullPointerException();
        if (!obs.contains(o)) { // 注册时会去重，自定义实现需要注意也去重
            obs.addElement(o);
        }
    }

    // 观察者取消注册
    public synchronized void deleteObserver(Observer o) {
        obs.removeElement(o);
    }

    // 基于拉模型的通知方法
    public void notifyObservers() {
        notifyObservers(null);
    }

    // 基于推模型
    public void notifyObservers(Object arg) {
        // 一个临时数组，用于并发访问被观察者时，保存观察者列表的当前状态——这就是基于备忘录模式的简单应用。
        Object[] arrLocal;
        // 在获取到观察者列表之前，不允许其他线程改变观察者列表
        synchronized (this) {
            if (!changed)
                return;
            arrLocal = obs.toArray();
            // 重置变化标记位为 false
            clearChanged();
        }

        // 主题类释放锁，但是并不影响线程安全，因为加锁之前已经将观察者列表复制到临时数组 arrLocal
        // 在通知时我们只通知数组中的观察者，当前删除和添加观察者，都不会影响我们通知的对象
        for (int i = arrLocal.length - 1; i >= 0; i--)
            ((Observer) arrLocal[i]).update(this, arg);
    }

    public synchronized void deleteObservers() {
        obs.removeAllElements();
    }

    protected synchronized void setChanged() {
        changed = true;
    }

    protected synchronized void clearChanged() {
        changed = false;
    }

    public synchronized boolean hasChanged() {
        return changed;
    }

    public synchronized int countObservers() {
        return obs.size();
    }
}

setChanged 这个开关的作用——可以借鉴思想

1、使得主题具备了很大的伸缩性

假如没有 setChanged，那么一旦主题的状态变了，就不得不立即通知订阅者，这不是很合理，需要一个缓冲——setChanged，如JDK一样，在notify方法中做判断，如果状态的变化达到了一个阈值，在设置 setChanged 条件，这时候才会真的通知，这个条件以及阈值的设置可以在主题类（继承了Observalbe类）的业务代码中实现。

JDK还提供了配套的检查该标志的方法。

2、能筛选订阅者

只有有效通知可以调用 setChanged。比如，微信朋友圈的一条状态，好友 A 点赞，后续该状态的点赞和评论并不是每条都通知 A，只有 A 的好友触发的操作才会通知A——好友才会调用setChanged，这个业务逻辑就可以借鉴JDK

3、能实现通知的撤销

主题中可以设置很多次的 setChanged，比如在一个事务中，在最后由于某种原因，事务失败，那么通知也必须取消，此时可以使用 clearChanged 方法轻松解决问题

4、主题的主动权控制

setChanged 和 clearChanged 方法均为 protected，而 notifyObservers 方法为 public，这就导致存在外部随意调用 notifyObservers 的可能，但是外部无法调用 setChanged，因此真正的控制权属于主题——即使外部能调用主题的通知方法，也是然并卵的

备忘录模式的简单应用——实现无锁的线程安全

主题类即使在清理了状态位之后就释放锁，但是并不影响通知方法的线程安全性，因为加锁之前已经将观察者的列表复制到了一个临时数组 arrLocal——数组是不可变的，局部的。在释放锁后，通知观察者们，但是只通知该临时数组中保存的观察者的们快照，在通知的时候，即使有删除和新的观察者注册，也不会影响通知的过程。

public void notifyObservers(Object arg) {
        // 一个临时数组，用于并发访问被观察者时，保存观察者列表的当前状态——这就是基于备忘录模式的简单应用。
        Object[] arrLocal;
        // 在获取到观察者列表之前，不允许其他线程改变观察者列表
        synchronized (this) {
            if (!changed)
                return;
            arrLocal = obs.toArray();
            // 重置变化标记位为 false
            clearChanged();
        }

        for (int i = arrLocal.length - 1; i >= 0; i--)
            ((Observer) arrLocal[i]).update(this, arg);
    }

通知方法中的缺陷

上面的实现中，可以发现一个问题，update 是观察者接口中的方法，是各个具体的观察者需要实现的方法，如果具体观察者的 update 方法有机会抛出异常，那么如果 RD 没有捕获，就会把异常抛出，导致整个通知过程失败，这里也是为什么，不推荐使用该接口。

在自己实现的时候，可以把观察者的 update 方法，用异常控制块包起来，保证通知过程能完整执行。

OOM 的隐患（微不足道）

主题也持有了观察者的引用，如果未正常处理——及时的从主题中删除废弃的观察者，会导致大量的废弃观察者无法被回收。这里其实主要还是业务代码的问题。

如果观察者具体实现代码有问题，可能会导致主题和观察者对象形成循环引用，在某些采用引用计数的垃圾回收器可能导致无法回收。但是，现代GC中，这种问题不会出现，引用计数器算法早已经被放弃使用。

持有观察者的集合类 Vector 的性能问题

先说结论——Vector是最旧的 List 实现，不再推荐使用。

这又是一个槽点，当初实现 JDK 的观察者 API 的时候，可能动态数组用 vector 实现比较好，但是现在早就是推荐使用 Arraylist 了。虽然，vector 与 ArrayList 相似，但是：

1、Vector 是线程安全的list集合

Vector 完全基于 synchronized 实现同步，虽然它的操作与 ArrayList 几乎一样，但是很多时候我们不需要那么重的实现，毕竟加锁会影响性能。故一般直接使用ArrayList，而且，一定要实现线程安全的动态数组，也轮不到用 Vector，可以使用 JUC 中的 CopyOnWriteArraylist 等容器。或者用 Collections 类的同步 List 静态方法来转换为同步List

2、Vector 的部分方法名太长，ArrayList 的对应实现方法名短些，便于阅读，目前仍在使用 Vector 的软件，基本都是为了兼容旧库和懒得改

3、Vector 的容量增长性能很差

Vector 是可变数组，初始 length 是 10 ，如果超过 length 时，会以 100% 比率增长 length，即变成20，所以存在内存浪费的现象，而 Arraylist 的 length 是以 50% 比率增加，所以相比来说，内存使用率较高

主题通知观察者的顺序很奇葩，有bug风险

看源码得知，主题通知观察者的顺序，是 tmd 的倒叙，导致通知观察者的顺序和注册的顺序不一样，如果业务代码对顺序有要求，就不好弄了

主题是类实现的，扩展难

众所周知，Java 没有多继承机制，如果具体主题除了继承主题类外， 还想继承其他业务类，就没法儿写了。典型的违背了“组合（聚合）优于继承的”设计原则。故一般自定义的实现比较多，也不难。虽然 JDK 给我们做了封装，但是很多很多时候，业务需求复杂，JDK 的 API 并不能满足我们的需求。

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