异步非阻塞框架是如何实现的

科技绿洲 2023-10-09 328

科技绿洲

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描述

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

数据库

①、Subject 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。

②、Observer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。

③、ConcreteSubject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。

④、ConcreteObserver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

数据库

被观察者 java.util.Observable

数据库

数据库

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

数据库

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。

数据库

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：

数据库

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。

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