1、概述

观察者模式(Observer)是一种行为设计模式，它定义了对象之间的一对多依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，其他所有依赖于它的对象都会自动被通知并更新。这个模式也被称为 发布/订阅模式。

观察者模式通常用于需要实现事件驱动系统的场景中。例如，当用户订阅了一个新闻网站的推送服务后，当这个网站发布了新的文章时，它会将这些更新通知给所有的订阅用户。在这个例子中，订阅用户是观察者，新闻网站是被观察者。

观察者模式的好处是减少了对象之间的耦合性，使得它们可以独立地进行修改和扩展。同时，当我们需要为一个对象添加或删除观察者时，也变得更加容易。因此，观察者模式是一种非常有用的设计模式。

2、结构

观察者模式的结构通常由以下几个部分组成：

1. Subject(目标)：被观察者，它包含了所有的观察者，并提供了添加、删除和通知观察者的方法；
2. Observer(观察者)：观察者，它定义了接收目标发送的通知并更新自己状态的方法；
3. ConcreteSubject(具体目标)：具体的被观察者，它维护着一组观察者，并在状态发生变化时通知它们；
4. ConcreteObserver(具体观察者)：具体的观察者，实现了Observer定义的接口，以便在接收到通知时更新自己的状态。

3、实现方式

3.1、案例引入

当微信公众号发布一条新的文章时，所有关注该公众号的微信用户都会收到推送通知。在这个例子中，微信公众号就是被观察者，而所有关注该公众号的微信用户则是观察者。 当微信公众号发布新的文章时，它会将这个状态变化（即发布了新的文章）通知给所有观察者，也就是微信用户，从而让他们第一时间了解到最新的内容。

3.2、结构分析

根据案例中的场景分析，可以将场景中的各个部分对应到观察者模式中的相应角色：

1. Subject接口对应抽象被观察者（Subject）角色。
2. WeChatOfficialAccount类对应具体被观察者（ConcreteSubject）角色。
3. Observer接口对应抽象观察者（Observer）角色。
4. WeChatUser类对应具体观察者（ConcreteObserver）角色。

3.3、具体实现

以下是使用Java语言实现观察者模式的具体代码，实现微信公众号发布新文章通知所有关注该公众号的微信用户：

1. 定义被观察者接口Subject和观察者接口Observer，其中Subject接口定义了三个方法：注册观察者、移除观察者和通知所有观察者；Observer接口定义了一个方法：更新状态。

// 定义被观察者接口
interface Subject {
    // 注册观察者
    void registerObserver(Observer observer); 
    // 移除观察者
    void removeObserver(Observer observer); 
    // 通知所有观察者
    void notifyObservers(String articleTitle); 
}

// 定义观察者接口
interface Observer {
    void update(String articleTitle); // 更新状态
}

2. 微信公众号类WeChatOfficialAccount实现了被观察者接口Subject。它维护了一个观察者列表，实现了注册观察者、移除观察者和通知所有观察者的方法，并在发布新文章时通知所有观察者。

// 微信公众号类作为被观察者，实现Subject接口
class WeChatOfficialAccount implements Subject {
    private List<Observer> observers = new ArrayList<>();
    private String articleTitle;

    // 注册观察者
    @Override
    public void registerObserver(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    // 移除观察者
    @Override
    public void removeObserver(Observer observer) {
        observers.remove(observer);
    }

    // 通知所有观察者
    @Override
    public void notifyObservers(String articleTitle) {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(articleTitle);
        }
    }

    // 发布新文章，通知所有观察者
    public void publishArticle(String articleTitle) {
        this.articleTitle = articleTitle;
        System.out.println("微信公众号发布了新文章：" + articleTitle);
        notifyObservers(articleTitle);
    }
}

3. 微信用户类WeChatUser实现了观察者接口Observer。它在接收到微信公众号发布新文章的通知时，更新状态，即打印接收到的文章标题。

// 微信用户类作为观察者，实现Observer接口
class WeChatUser implements Observer {
    private String userName;

    public WeChatUser(String userName) {
        this.userName = userName;
    }

    // 更新状态，即打印接收到的文章标题
    @Override
    public void update(String articleTitle) {
        System.out.println(userName + "收到了新文章通知：" + articleTitle);
    }
}

4. 测试代码TestObserverPattern中，首先创建了一个微信公众号对象和三个微信用户对象，并让这三个用户都关注了该公众号。然后，微信公众号发布新文章，通知所有关注该公众号的微信用户。接着，其中一个微信用户取消了对该公众号的关注。最后，微信公众号再次发布新文章，通知所有关注该公众号的微信用户。

public class TestObserverPattern {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建微信公众号对象
        WeChatOfficialAccount officialAccount = new WeChatOfficialAccount(); 

        // 创建微信用户对象
        WeChatUser zhangsan = new WeChatUser("张三"); 
        WeChatUser lisi = new WeChatUser("李四");
        WeChatUser wangwu = new WeChatUser("王五");

        // 微信用户关注微信公众号
        officialAccount.registerObserver(zhangsan); 
        officialAccount.registerObserver(lisi);
        officialAccount.registerObserver(wangwu);

        // 微信公众号发布新文章
        officialAccount.publishArticle("观察者模式在Java中的应用"); 

        // 微信用户李四取消关注微信公众号
        officialAccount.removeObserver(lisi); 

        // 微信公众号再次发布新文章
        officialAccount.publishArticle("学习Java多线程编程"); 
    }
}

整个程序运行后，输出结果为：

微信公众号发布了新文章：观察者模式在Java中的应用
张三收到了新文章通知：观察者模式在Java中的应用
李四收到了新文章通知：观察者模式在Java中的应用
王五收到了新文章通知：观察者模式在Java中的应用

微信公众号发布了新文章：学习Java多线程编程
张三收到了新文章通知：学习Java多线程编程
王五收到了新文章通知：学习Java多线程编程

4、观察者模式优缺点

观察者模式的优点：

1. 降低了系统耦合度：被观察者对象和观察者对象之间是松耦合关系，它们之间仅仅通过接口进行交互，可以降低系统中各个对象之间的耦合度，提高系统的可扩展性和可维护性；

2. 支持广播通信：一旦被观察者对象发生变化，它会自动通知所有观察者对象，从而实现了广播通信；

3. 符合开闭原则：当需要在系统中添加新的观察者时，只需要定义一个新的观察者类并实现抽象观察者接口即可，不需要修改原有代码，符合开闭原则；

4. 可以建立多层次触发链：观察者对象除了可以观察被观察者对象外，还可以是其他观察者对象的被观察者对象，从而实现多层次触发链。

观察者模式的缺点：

1. 观察者太多，通知开销大：当观察者对象数量较多时，被观察者对象每次状态改变时都需要通知所有观察者对象，这将导致通知开销很大；

2. 循环依赖问题：当观察者对象之间存在循环依赖时，系统的运行可能会出现问题；

3. 无法保证通知顺序：由于被观察者和观察者之间是松耦合关系，观察者对象的调用顺序不能保证。

优点	缺点
降低系统耦合度	观察者太多，通知开销大
支持广播通信	循环依赖问题
符合开闭原则	无法保证通知顺序
可以建立多层次触发链

与此同时，针对观察者模式的缺点，可以采取以下优化的手段：

1. 减少通知开销：如果被观察者状态变化太频繁，可以考虑采用“节流”或“防抖”的方式减少通知次数。例如，当被观察者状态连续变化时，只在最后一次变化后通知所有观察者；

2. 避免循环依赖：可以通过定义一个中间对象来解决循环依赖问题，即让观察者对象与中间对象建立观察者-被观察者关系，中间对象与被观察者对象建立观察者-被观察者关系，从而避免存在直接的循环依赖；

3. 确保通知顺序：可以在具体被观察者类中增加一个排序列表，每个观察者对象在注册时指定一个排序号，被观察者对象通知观察者时按照排序号的大小进行通知；

4. 采用异步通知：将观察者的更新操作放到异步任务队列中执行，避免阻塞主线程，提高系统的响应速度和稳定性；

5. 使用事件总线框架：可以使用事件总线框架来处理观察者模式中的通知问题，事件总线框架可以将观察者模式中的通知转化为事件，并在事件总线上进行管理和分发，从而实现了更高效的消息传递机制。

5、应用场景

观察者模式适用于以下场景：

1. 当需要将一个对象的状态变化通知给其他多个对象时，可以使用观察者模式；

2. 当一个对象的改变需要同时改变其他对象的状态或者操作时，可以使用观察者模式；

3. 当一个抽象模型有两个方面，其中一个方面依赖于另一个方面时，可以使用观察者模式。例如，模型和视图之间的关系，模型驱动视图的更新，而视图反过来也要反映到模型中；

4. 当一个对象必须通知其他对象，但是你不知道这些对象是谁时，可以使用观察者模式。例如，你不知道哪些用户订阅了你的微信公众号，但你需要在每次发布新文章时通知所有订阅用户；

5. 当一个对象需要有别的对象来协助完成某项工作，并且不希望知道具体协助它的对象时，可以使用观察者模式。例如，一个员工完成某项任务需要得到经理的批准，但他并不知道具体是哪个经理会批准。

观察者模式在Java和常见的框架中十分常见

在Java和Spring中，观察者模式被广泛应用。以下是几个常见的例子：

1. Java内置的事件处理机制：Java提供了一套事件处理机制，其中就包括观察者模式的实现。例如，当用户点击一个按钮时，该按钮会生成一个事件（如ActionEvent），并通知所有注册的事件监听器（如ActionListener）执行相应的回调方法；

2. Swing GUI编程框架：Swing是Java提供的GUI编程框架，它使用观察者模式来处理用户界面和程序之间的交互。例如，当用户输入数据时，文本框会生成一个事件（如TextEvent），并通知所有注册的事件监听器（如TextListener）执行相应的回调方法；

3. Spring框架中的事件机制：Spring框架也提供了一套事件机制，其中就包括观察者模式的实现。例如，当某个业务逻辑发生变化时，可以通过发布相关的事件（如ApplicationEvent），并通知所有注册的事件监听器（如ApplicationListener）执行相应的回调方法。