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Java观察者模式实现方式与测试方法

news 2025/7/16 11:18:39

一、实现方式

自定义实现
通过手动定义Subject和Observer接口，实现一对多依赖关系：

// 观察者接口
public interface Observer {void update(float temp, float humidity, float pressure);
}
// 主题接口
public interface Subject {void registerObserver(Observer o);void removeObserver(Observer o);void notifyObservers();
}
// 具体主题类（天气数据）
public class WeatherData implements Subject {private List observers = new ArrayList<>();private float temperature, humidity, pressure;@Overridepublic void registerObserver(Observer o) {observers.add(o);}@Overridepublic void removeObserver(Observer o) {observers.remove(o);}@Overridepublic void notifyObservers() {for (Observer o : observers) {o.update(temperature, humidity, pressure);}}public void setMeasurements(float temp, float hum, float press) {temperature = temp;humidity = hum;pressure = press;notifyObservers();}
}

特点：灵活可控，但需自行处理线程安全和内存管理。

使用JDK内置类（Observable与Observer）
JDK提供的Observable类和Observer接口简化实现，但需注意其设计缺陷（如需手动调用setChanged()）：

// 具体主题类
public class WeatherData extends Observable {private float temperature, humidity, pressure;public void setMeasurements(float temp, float hum, float press) {temperature = temp;humidity = hum;pressure = press;setChanged();  // 标记状态变化notifyObservers(new MeasurementData(temp, hum, press)); // 推模型}
}
// 具体观察者类
public class CurrentConditionsDisplay implements Observer {@Overridepublic void update(Observable o, Object arg) {if (arg instanceof MeasurementData) {MeasurementData data = (MeasurementData) arg;System.out.println("温度：" + data.getTemp());}}
}

注意事项：

notifyObservers()需在setChanged()后调用，否则不触发通知。
观察者需通过参数arg获取数据（推模型）或从主题拉取数据（拉模型）。

高级实现（异步与线程安全）
通过线程池异步通知观察者，避免阻塞主题线程：

public class AsyncSubject extends Subject {private ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);@Overridepublic void notifyObservers() {for (Observer o : observers) {executor.submit(() -> o.update(...));}}
}

优势：提升并发性能，避免单线程阻塞。

二、测试方法

单元测试（Mockito框架）
使用Mockito模拟观察者行为，验证通知逻辑：

@Test
public void testObserverNotification() {// 1. 创建Mock观察者Observer mockObserver = Mockito.mock(Observer.class);// 2. 注册观察者到主题WeatherData weatherData = new WeatherData();weatherData.registerObserver(mockObserver);// 3. 触发状态变化weatherData.setMeasurements(25.5f, 65, 1013.1f);// 4. 验证观察者方法是否被调用Mockito.verify(mockObserver).update(25.5f, 65, 1013.1f);
}

关键点：

使用when()设置Mock对象行为（如异常抛出）。
使用verify()验证方法调用次数和参数。

集成测试（多线程场景）
测试观察者模式在并发环境下的稳定性：

@Test
public void testConcurrentObservers() {WeatherData weatherData = new WeatherData();Observer observer1 = new CurrentConditionsDisplay();Observer observer2 = new StatisticsDisplay();// 多线程注册观察者Thread t1 = new Thread(() -> weatherData.registerObserver(observer1));Thread t2 = new Thread(() -> weatherData.registerObserver(observer2));t1.start();t2.start();// 等待线程结束t1.join();t2.join();// 触发通知并验证weatherData.setMeasurements(30f, 70, 1012.5f);// 验证两个观察者均被通知
}

注意事项：

使用synchronized或并发集合（如CopyOnWriteArrayList）保证线程安全。
测试观察者是否因循环依赖导致死锁。

性能测试
评估观察者数量对通知效率的影响：

@Test
public void testObserverPerformance() {WeatherData weatherData = new WeatherData();int observerCount = 1000;for (int i = 0; i < observerCount; i++) {weatherData.registerObserver(new SimpleObserver());}long startTime = System.currentTimeMillis();weatherData.setMeasurements(25f, 60, 1013f);long endTime = System.currentTimeMillis();// 验证耗时是否在合理范围内Assert.assertTrue(endTime - startTime < 1000); // 1秒内完成
}

优化方向：

使用异步通知减少阻塞。
限制观察者数量或引入优先级队列。

三、常见问题与解决方案

内存泄漏：
- 问题：未从主题移除观察者，导致无法被GC回收。
- 解决方案：在观察者销毁时调用removeObserver()，或使用弱引用存储观察者。
循环依赖：
- 问题：主题与观察者互相依赖，导致栈溢出。
- 解决方案：通过中介者模式解耦。
线程安全：
- 问题：多线程环境下注册/移除观察者时数据不一致。
- 解决方案：使用synchronized或并发集合（如CopyOnWriteArrayList）。