重学设计模式——线程安全的观察者模式

先来说下观察者模式，其实在Android开发中，我们使用观察者模式的时候还是非常多的，无论是广播使用的发布-订阅模式，还是listview的notifyDataSetChanged，或者是RxJava的使用，都是观察者模式的运用。今天就来重新看一下观察者模式。

概念

订阅模式，又称观察者模式。定义对象间一种一对多的依赖关系（注册），使得当一个对象改变状态后，则所有依赖它的对象都会得到通知并被自动更新（通知）。说白了就是个注册，通知的过程。

观察者模式的UML图

• Subject主题，也就是被观察者Observable

简单使用观察者模式

先来定下一种场景，我每个月都会在微信上，收到房东的房租单（跪舔有房的大佬们），假设房东是被观察者，我是观察者，租客我把联系方式留给房东这就是一个注册过程，每个月月初，房东大佬都会通知我们交租（被观察者变化通知观察者）。

JDK为我们提供了Observer与Observable内置接口，我们可以很方便的使用它们。

public class TheOppressed implements Observer {
    public String name;
    public TheOppressed(String name){
        this.name = name;
    }
    @Override
    public void update(Observable o, Object arg) {
        System.out.println(name +" 收到要交租信息");
    }
}
public class Exploiter extends Observable {

    public void postChange(String content){
        setChanged();

        notifyObservers(content);
    }
}

    public static void main(String[] args) {
        Exploiter exploiter = new Exploiter();

        TheOppressed theOppressed1 = new TheOppressed("打工仔1");
        TheOppressed theOppressed2 = new TheOppressed("打工仔2");
        TheOppressed theOppressed3 = new TheOppressed("打工仔3");

        exploiter.addObserver(theOppressed1);
        exploiter.addObserver(theOppressed2);
        exploiter.addObserver(theOppressed3);

        exploiter.postChange("打工仔们快来交房租啦~~");

    }
复制代码

其实往往观察者模式我们自己也可以来写，而不用系统提供的方式

/**
 * 观察者
 */
public interface MyObserver {
    /**
     * 找我
     * @param content 找我啥事
     */
    void callMe(String content);
}
/**
 * 被观察者
 */
public interface MySubject {
    /**
     * 观察者注册
     */
    void registerObserver(MyObserver observer);

    /**
     * 删除观察者
     */
    void removeObserver(MyObserver observer);

    /**
     * 主题有变化时通知观察者
     */
    void notifyObserver();
}
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先定义两个接口，实现了观察者模式的基本方法

/**
 * 房东
 */
public class Exploiter implements MySubject {
    private String name;
    //存放观察者的集合
    private List<MyObserver> observers;
    private String content;

    public Exploiter(String name) {
        this.name = name;
        observers = new ArrayList<>();
        content = "";
    }

    @Override
    public void registerObserver(MyObserver observer) {
        this.observers.add(observer);
    }

    @Override
    public void removeObserver(MyObserver observer) {
        int index = observers.indexOf(observer);
        if (index > 0) {
            observers.remove(observer);
        }
    }

    @Override
    public void notifyObserver() {
        for (int i = 0; i < observers.size(); i++) {
            //遍历所有房客，并调用他们的通知方法
            MyObserver observer = observers.get(i);
            observer.callMe(content);
        }
    }

   /**
    * 房东要发信息啦
    */
    public void postMessage(String content) {
        if (null != content && !content.trim().equals("")) {
            this.content = content;
            this.notifyObserver();
        }
    }
}

/**
 * 劳动人民
 */
public class TheOppressed implements MyObserver {
    public String name;

    public TheOppressed(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void callMe(String content) {
        System.out.println(name + " " + content);
    }
}
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调用代码用下

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Exploiter exploiter = new Exploiter("房东");

        TheOppressed theOppressed1 = new TheOppressed("打工仔1");
        TheOppressed theOppressed2 = new TheOppressed("打工仔2");
        TheOppressed theOppressed3 = new TheOppressed("打工仔3");

        exploiter.registerObserver(theOppressed1);
        exploiter.registerObserver(theOppressed2);
        exploiter.registerObserver(theOppressed3);

        exploiter.postMessage("打工仔们快来交房租啦~~");
    }
}
//结果
打工仔1 打工仔们快来交房租啦~~
打工仔2 打工仔们快来交房租啦~~
打工仔3 打工仔们快来交房租啦~~
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其实在JDK9之后，Observer 这些都已经被废弃了，主要因为它

• 不可序列化，Observable是个类，而不是一个接口，没有实现Serializable，所以，不能序列化和它的子类
• 没有线程安全，方法可以被其子类覆盖，并且事件通知可以以不同的顺序并且可能在不同的线程上发生。
• 可以使用PropertyChangeEvent和PropertyChangeListener，它是java.beans包下的类

手写线程安全的观察者模式

其实我们从上面很容易看出来，多观察者需要串行调用，被观察者发生动作，观察者要作出回应，如果观察霆太多，而且处理时间长怎么办？用异步，也许你会脱口而出，那么，异步的处理就要考虑到线程安全和队列的问题。

就是刚刚同样的场景，如果房东先发了一条涨租200，后来又发了一条，收房租（当然要多准备200），假设延迟性是非常的大的情况下，我们不可能单线程串行一直等，太费性能了，开了多线程的情况下，那么就会出现问题，可能某人会先收到交房租，这样就乱了。

现实中有好多这种并发场景，一个或者多个线程，要等待另一组线程执行完成后，才能继续执行的问题，jdk已的com.util.concurrent下为我们提供了很多多线程的类，以后有机会再细讲，今天先用一个， CountDownLatch 。

CountDownLatch

CountDownLatch就一个线程同步工具，它相当于一个倒序计数器，用来协调多个线程的执行。多个线程通过调用它们所共享的计数器CountDownLatch的countDown方法来让计数器减1。通过await方法来阻塞当前线程，直到计数器变成0。达到线程阻塞直至其他线程执行完成被重新唤醒。主要有三个方法：

• 构造函数，初始化state的值，state等于同步线程数
• await()，让线程阻塞
• countDown()，计数器(state)减1的方法。

概念抄完，直接下手

先来定义一下Observer与Subject的接口

/**
 * 被观察者
 */
public interface MySubject {
    /**
     * 观察者注册
     */
    void registerObserver(MyObserver observer);

    /**
     * 删除观察者
     */
    void removeObserver(MyObserver observer);

    /**
     * 主题有变化时通知观察者
     */
    void notifyObserver();
}

/**
 * 观察者
 */
public interface MyObserver {
    /**
     * 找我
     * @param content 找我啥事
     */
    void callMe(String content);

    /**
     * 观察者名字
     */
    String getName();
}
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然后可以实现租客与房东的实现类

/**
 * 房东
 */
public class Exploiter implements MySubject {
    private String name;
    //    private List<MyObserver> observers;
    private ConcurrentMap<String, MyObserver> observers;
    private String content;

    public Exploiter(String name) {
        this.name = name;
//        observers = new ArrayList<>();
        observers = new ConcurrentHashMap<>();
        content = "";
    }

    @Override
    public void registerObserver(MyObserver observer) {
//        this.observers.add(observer);
        this.observers.put(observer.getName(), observer);
    }

    @Override
    public void removeObserver(MyObserver observer) {
        observers.remove(observer.getName());
//        int index = observers.indexOf(observer);
//        if (index > 0) {
//            observers.remove(observer);
//        }
    }

    @Override
    public void notifyObserver() {
        try {
            long beginTime = System.currentTimeMillis();
            CountDownLatch latch = new CountDownLatch(observers.size());
            int i = 0;
            for (MyObserver observer : observers.values()) {
                MessageSending messageSending = new MessageSending(latch, observer, content);
                messageSending.start();
                i++;
            }
//            for (int i = 0; i < observers.size(); i++) {
//            MyObserver observer = observers.get(i);
//            observer.callMe(content);
//            }
            latch.await();
            long endTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(name + "消息发送完毕，耗时：" + (endTime - beginTime));
            System.out.println();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 房东要发信息啦
     */
    public void postMessage(String content) {
        if (null != content && !content.trim().equals("")) {
            this.content = content;
            System.out.println(name + "发布信息：" + content);
            this.notifyObserver();
        }
    }
}
/**
 * 劳动人民
 */
public class TheOppressed implements MyObserver {
    public String name;

    public TheOppressed(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void callMe(String content) {
        System.out.println(name + "接收到通知：" + content);
    }

    @Override
    public String getName() {
        return name;
    }
}
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最后在main方法调用如下：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Exploiter exploiter = new Exploiter("房东");

        TheOppressed theOppressed1 = new TheOppressed("打工仔1");
        TheOppressed theOppressed2 = new TheOppressed("打工仔2");
        TheOppressed theOppressed3 = new TheOppressed("打工仔3");

        exploiter.registerObserver(theOppressed1);
        exploiter.registerObserver(theOppressed2);
        exploiter.registerObserver(theOppressed3);

        exploiter.postMessage("这个月房租加200！！！");
        exploiter.postMessage("打工仔们快来交房租啦~~");
    }
}
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可以看到输出结果为：

房东发布信息：这个月房租加200！！！
打工仔2接收到通知：这个月房租加200！！！
打工仔1接收到通知：这个月房租加200！！！
往打工仔1消息发送完毕
往打工仔2消息发送完毕
打工仔3接收到通知：这个月房租加200！！！
往打工仔3消息发送完毕
房东消息发送完毕，耗时：2004

房东发布信息：打工仔们快来交房租啦~~
打工仔1接收到通知：打工仔们快来交房租啦~~
往打工仔1消息发送完毕
打工仔2接收到通知：打工仔们快来交房租啦~~
往打工仔2消息发送完毕
打工仔3接收到通知：打工仔们快来交房租啦~~
往打工仔3消息发送完毕
房东消息发送完毕，耗时：2001
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可以看到，使用多线程往观察者发送信息，观察者都可以很迅速的接收到信息，这是并行的，但是又保证了被观察者的多个消息之间是有先后顺序的。

总结

观察者模式主要是对象的解耦，将观察者与被观察者之间完全隔离。jdk提供的默认观察者Observer/Observable在多线程下有安全性问题，需要自己手写，JDK9之后已经废弃了。

PS：今天看的比较简单，却也挺重要吧，以前从来没注意过关于观察者模式的 多线程安全性问题，也算是查漏补缺吧。

参考

《Android源码设计模式》

深入理解设计模式（八）：观察者模式

观察者模式（二）——多线程与CountDownLatch浅析

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