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*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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