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深入理解 Java 中的信号机制

观察者模式的困境


在Java中实现观察者模式通常需要手动管理监听器注册、事件分发等逻辑,这会带来以下问题:



  1. ​代码侵入性高​​:需要修改被观察对象的代码(如添加addListener()方法)
  2. ​紧耦合​​:监听器与被观察对象高度耦合,难以复用
  3. ​类型安全缺失​​:传统Observable只能传递Object类型参数,需强制类型转换
  4. ​事件解耦困难​​:难以区分触发事件的具体属性变化



下面,我们用一个待办事项的例子说明这个问题。同时利用信号机制的方法改写传统方式,进行对比。


示例:待办事项应用


我们以经典的待办事项应用为例,需要监听以下事件:



  • 当单个Todo项发生以下变化时:

    • 标题变更
    • 完成状态切换


  • 当TodoList发生以下变化时:

    • 新增条目
    • 删除条目





传统实现方案


​1. 基础监听器模式​


// 监听器接口
public interface Listener {
void onTitleChanged(Todo todo);
void onCompletionChanged(Todo todo);
void onItemAdded(Todo entity, Collection<Todo> todos);
void onItemRemoved(Todo entity, Collection<Todo> todos);
}

// 具体实现
public class ConsoleListener implements Listener {
@Override
public void onTitleChanged(Todo todo) {
System.out.printf("任务标题变更为: %s%n", todo.getTitle());
}
// 其他事件处理...
}

// 被观察对象(侵入式改造)
public class TodosList {
private final List<Listener> listeners = new ArrayList<>();

public void addListener(Listener listener) {
listeners.add(listener);
}

public void removeListener(Listener listener) {
listeners.remove(listener);
}

public Todo add(String title) {
Todo todo = new Todo(UUID.randomUUID(), title, false);
listeners.forEach(l -> l.onItemAdded(todo, todos));
return todo;
}
// 其他操作方法...
}

​2. Java 内置的 Observable(已弃用)​


// 被观察的Todo类
@Getter @AllArgsConstructor
public class Todo extends Observable {
private UUID id;
@Setter private String title;
@Setter private boolean completed;

public void setTitle(String title) {
this.title = title;
setChanged();
notifyObservers(this); // 通知所有观察者
}
// 其他setter同理...
}

// 观察者实现
public class BasicObserver implements Observer {
@Override
public void update(Observable o, Object arg) {
if (o instanceof Todo todo) {
System.out.println("[Observer] 收到Todo更新事件: " + todo);
}
}
}



信号机制(Signals)解决方案


​核心思想​​:将属性变化抽象为可观察的信号(Signal),通过声明式编程实现事件监听


​1. 信号基础用法​


// 信号定义(使用第三方库com.akilisha.oss:signals)
public class Todo {
private final Signal<String> title = Signals.signal("");
private final Signal<Boolean> completed = Signals.signal(false);

public void setTitle(String newTitle) {
title.set(newTitle); // 自动触发订阅的副作用
}

public void observeTitleChanges(Consumer<String> effect) {
Signals.observe(title, effect); // 注册副作用
}
}

​2. 待办事项列表实现​


public class TodosList {
private final SignalCollection<Todo> todos = Signals.signal(new ArrayList<>());

public Todo add(String title) {
Todo todo = Todo.from(title);
todos.add(todo); // 自动触发集合变更事件

// 声明式监听集合变化
Signals.observe(todos, (event, entity) -> {
switch (event) {
case "add":
System.out.printf("新增任务: %s%n", entity);
break;
case "remove":
System.out.printf("删除任务: %s%n", entity);
break;
}
});

return todo;
}
}

​3. 效果注册与取消​


public class Main {
public static void main(String[] args) {
TodosList list = new TodosList();

// 注册副作用(自动绑定到Todo属性)
list.add("学习Signals")
.observeTitleChanges(title ->
System.out.printf("任务标题变更为: %s%n", title)
);

list.add("实践Signals")
.observeCompletionChanges(completed ->
System.out.printf("任务完成状态: %s%n", completed)
);

// 触发事件
list.todos.get(0).getTitle().set("深入学习Signals");
}
}



技术对比


特性传统监听器模式Java ObservableSignals机制
类型安全❌ 需强制转换❌ Object类型✅ 泛型类型安全
事件解耦❌ 难以区分属性变化❌ 无法区分属性✅ 明确属性变更事件
内存泄漏风险⚠️ 需手动移除监听器⚠️ 需手动移除观察者✅ 自动取消订阅
代码侵入性❌ 需修改被观察对象❌ 需继承Observable✅ 零侵入
生态支持✅ 成熟框架❌ 已弃用⚠️ 第三方库



关键优势



  1. ​声明式编程​​:通过.observe()方法直接声明副作用逻辑
  2. ​精确事件解耦​​:可区分add/remove/update等具体操作
  3. ​组合式API​​:支持多信号组合(如Signals.combineLatest()
  4. ​类型安全​​:编译期检查事件类型匹配



使用建议



  1. ​新项目推荐​​:优先考虑使用Signals机制
  2. ​遗留系统改造​​:可通过适配器模式逐步替换传统监听器
  3. ​复杂场景​​:结合RxJava等响应式流框架实现高级功能

通过这种现代化的事件处理方式,可以显著提升代码的可维护性和可测试性,特别适合需要精细控制状态变化的复杂业务场景。


作者:蟹蟹蟹风流
来源:juejin.cn/post/7512657698408988713

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