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异步非阻塞框架是如何实现的?
开发 架构
被观察者变化引起观察者自动变化。但是需要注意的是,一个被观察者,多个观察者,Java的消息通知默认是顺序执行的,如果一个观察者卡住,会导致整个流程卡住,这就是同步阻塞。

哈喽,大家好,我是指北君。

本篇文章给大家介绍异步非阻塞框架是如何实现的。

1.什么是观察者模式?

Define a one-to-many dependency between objects so that when one object changes state, all its dependents are  notified and updated automatically.

观察者模式(Observer Design Pattern):在对象之间定义一个一对多的依赖,当一个对象状态改变的时候,所有依赖的对象都会得到通知并自动更新。

说人话:也叫发布订阅模式,能够很好的解耦一个对象改变,自动改变另一个对象这种情况。

2.观察者模式定义

图片

①Subject 被观察者

定义被观察者必须实现的职责, 它必须能够动态地增加、 取消观察者。它一般是抽象类或者是实现类, 仅仅完成作为被观察者必须实现的职责:管理观察者并通知观察者。

②Observer观察者

观察者接收到消息后, 即进行update(更新方法) 操作, 对接收到的信息进行处理。

③ConcreteSubject具体的被观察者

定义被观察者自己的业务逻辑, 同时定义对哪些事件进行通知。

④ConcreteObserver具体的观察者

每个观察在接收到消息后的处理反应是不同, 各个观察者有自己的处理逻辑。

3.观察者模式通用代码

/**
* 观察者
*/
public interface Observer {
// 更新方法
void update();
}
/**
* 具体观察者
*/
public class ConcreteObserver implements Observer{
@Override
public void update() {
System.out.println("接受到信息,并进行处理");
}
}
/**
* 被观察者
*/
public abstract class Subject {
// 定义一个被观察者数组
private List<Observer> obsList = new ArrayList<>();

// 增加一个观察者
public void addObserver(Observer observer){
obsList.add(observer);
}

// 删除一个观察者
public void delObserver(Observer observer){
obsList.remove(observer);
}

// 通知所有观察者
public void notifyObservers(){
for (Observer observer : obsList){
observer.update();
}
}
}
/**
* 具体被观察者
*/
public class ConcreteSubject extends Subject{
// 具体的业务
public void doSomething(){
super.notifyObservers();
}
}
public class ObserverClient {

public static void main(String[] args) {
// 创建一个被观察者
ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();
// 定义一个观察者
Observer observer = new ConcreteObserver();
// 观察者观察被观察者
subject.addObserver(observer);
subject.doSomething();
}
}

4.JDK 实现

在 JDK 的 java.util 包下,已经为我们提供了观察者模式的抽象实现,感兴趣的可以看看,内部逻辑其实和我们上面介绍的差不多。

观察者 java.util.Observer。

图片

被观察者 java.util.Observable。

图片

图片

5.实例

用户进行注册,注册完成之后,会发一封欢迎邮件。

5.1 普通实现

图片

public class UserController {

public void register(String userName, String passWord){
// 1、根据用户名密码保存在数据库
Long userId = saveUser(userName, passWord);
// 2、如果上一步有结果则发送一封欢迎邮件
if(userId != null){
Mail.sendEmail(userId);
}
}


public Long saveUser(String userName, String passWord){
return 1L;
}
}

上面的注册接口实现了两件事,注册和发送邮件,很明显违反了单一职责原则,但假设这个注册需求是不是经常变动的,这样写也没有什么问题,但是假如需求变动,比如不仅要发送邮件,还得发送短信,那还这样写,那register接口会变得很复杂。

那应该如何简化呢?没错,就是观察者模式。

图片

5.2 观察者模式实现

我们直接套用 JDK 的实现。

import java.util.Observable;

/**
* 用户登录——被观察者
*/
public class UserControllerObservable extends Observable {

public void register(String userName, String passWord){
// 1、根据用户名密码保存在数据库
Long userId = saveUser(userName, passWord);
// 2、如果上一步有结果则通知所有观察者
if(userId != null){
super.setChanged();
super.notifyObservers(userName);
}
}

public Long saveUser(String userName, String passWord){
return 1L;
}

}
import java.util.Observable;
import java.util.Observer;

/**
* 发送邮件——观察者
*/
public class MailObserver implements Observer {

@Override
public void update(Observable o, Object arg) {
System.out.println("发送邮件:" + arg + "欢迎你");
}
}
/**
* 发送手机短信——观察者
*/
public class SMSObserver implements Observer {

@Override
public void update(Observable o, Object arg) {
System.out.println("发送短信:" + arg + "欢迎你");
}
}

测试:

public class UserClient {
public static void main(String[] args) {
UserControllerObservable observable = new UserControllerObservable();
observable.addObserver(new MailObserver());
observable.addObserver(new SMSObserver());
observable.register("张三","123");
}
}

通过观察者模式改写后,后面用户注册,就算在增加别的操作,我们也只需要增加一个观察者即可,而注册接口 register 不会有任何改动。

5.3 异步模式优化

在回到前面那张图:

图片

注册之后进行的两步操作:发送邮件和发送短信,上面我们通过观察者模式改写之后,虽然流程很清晰,但是我们发现是顺序执行的,但其实这两步操作没有先后顺序,于是,我们可以改成异步模式,增加执行效率。

/**
* 发送邮件——观察者
*/
public class MailObserver implements Observer {

private Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(2);

@Override
public void update(Observable o, Object arg) {
executor.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("发送邮件:" + arg + "欢迎你");
}
});

}
}

5.EventBus

翻译为“事件总线”,它提供了实现观察者模式的骨架代码。我们可以基于此框架,非常容易地在自己的业务场景中实现观察者模式,不需要从零开始开发。其中,Google Guava EventBus 就是一个比较著名的 EventBus 框架,它不仅仅支持异步非阻塞模式,同时也支持同步阻塞模式。

PS:Google Guava 是一个特别好用的工具包,里面的代码也都实现的比较优雅,大家感兴趣的可以研究研究源码。

https://github.com/google/guava

下面我们以上面的例子来说明如何使用 EventBus:

①导如 Guava 包

<dependency>
<groupId>com.google.guava</groupId>
<artifactId>guava</artifactId>
<version>30.1.1-jre</version>
</dependency>

②具体代码如下:

import com.google.common.eventbus.AsyncEventBus;
import com.google.common.eventbus.EventBus;

import java.util.List;
import java.util.concurrent.Executors;

public class UserController {
private EventBus eventBus;

public UserController(){
eventBus = new AsyncEventBus(Executors.newFixedThreadPool(2));
}

/**
* 注意:泛型参数是 Object,而不是接口 Observer
* @param observerList
*/
public void setObserverList(List<Object> observerList){
for(Object observer : observerList){
eventBus.register(observer);
}
}

public void register(String userName, String passWord){
// 1、根据用户名密码保存在数据库
Long userId = saveUser(userName, passWord);
// 2、如果上一步有结果则通知所有观察者
if(userId != null){
eventBus.post(userName);
}
}


public Long saveUser(String userName, String passWord){
return 1L;
}
}
import com.google.common.eventbus.Subscribe;

/**
* 发送邮件——观察者
*/
public class MailObserver{

@Subscribe
public void sendMail(String userName) {
System.out.println("发送邮件:" + userName + "欢迎你");
}
}
import com.google.common.eventbus.Subscribe;

/**
* 发送手机短信——观察者
*/
public class SMSObserver{

@Subscribe
public void sendSMS(String userName) {
System.out.println("发送短信:" + userName + "欢迎你");
}
}

测试:

public class EventBusClient {
public static void main(String[] args) {
UserController userController = new UserController();
List<Object> observerList = new ArrayList<>();
observerList.add(new MailObserver());
observerList.add(new SMSObserver());
userController.setObserverList(observerList);
userController.register("张三","123");
}
}

利用 EventBus 框架实现的观察者模式,跟从零开始编写的观察者模式相比,从大的流程上来说,实现思路大致一样,都需要定义 Observer,并且通过 register() 函数注册 Observer,也都需要通过调用某个函数(比如,EventBus 中的 post() 函数)来给 Observer 发送消息(在 EventBus 中消息被称作事件 event)。但在实现细节方面,它们又有些区别。基于 EventBus,我们不需要定义 Observer 接口,任意类型的对象都可以注册到 EventBus 中,通过 @Subscribe 注解来标明类中哪个函数可以接收被观察者发送的消息。

6.观察者模式优点

①观察者和被观察者之间是抽象耦合

不管是增加观察者还是被观察者都非常容易扩展,在系统扩展方面会得心应手。

②建立一套触发机制

被观察者变化引起观察者自动变化。但是需要注意的是,一个被观察者,多个观察者,Java的消息通知默认是顺序执行的,如果一个观察者卡住,会导致整个流程卡住,这就是同步阻塞。

所以实际开发中没有先后顺序的考虑使用异步,异步非阻塞除了能够实现代码解耦,还能充分利用硬件资源,提高代码的执行效率。

另外还有进程间的观察者模式,通常基于消息队列来实现,用于实现不同进程间的观察者和被观察者之间的交互。

7.观察者模式应用场景

①关联行为场景。

②事件多级触发场景。

③跨系统的消息交换场景, 如消息队列的处理机制。

责任编辑:武晓燕 来源: Java技术指北
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