Java 設計模式精講：觀察者模式（發布-訂閱）原理與實戰

什麼是觀察者模式？

觀察者模式又稱發布-訂閱模式，定義物件間一對多依賴：當主題（Subject）狀態改變時，自動通知所有訂閱的觀察者（Observer）更新。核心價值在於解耦——主題與觀察者雙方都依賴抽象，而非具體實現。

生活場景類比

• 米廠與商家：商家向米廠登記聯絡方式（註冊），米廠生產新米時通知所有商家來提貨
• 書店缺貨登記：顧客登記想買的缺貨書，到貨時書店逐一電話通知
• 回調函數：上層向底層註冊多個回調，條件滿足時底層調用回調

核心角色與關係

Java 完整實現

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 抽象主題
abstract class Subject {
    private List<Observer> observers = new ArrayList<>();

    public void attach(Observer ob) { observers.add(ob); }
    public void detach(Observer ob) { observers.remove(ob); }

    public void notifyObservers() {
        for (Observer ob : observers) {
            ob.update();
        }
    }
}

// 抽象觀察者
abstract class Observer {
    public abstract void update();
}

// 具體觀察者
class ConcreteObserver extends Observer {
    private String name;
    private String observerState;
    private ConcreteSubject subject;

    public ConcreteObserver(ConcreteSubject subject, String name) {
        this.subject = subject;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void update() {
        observerState = subject.getSubjectState();
        System.out.println(name + " 收到通知，狀態更新為：" + observerState);
    }
}

// 具體主題
class ConcreteSubject extends Subject {
    private String subjectState;

    public String getSubjectState() { return subjectState; }
    public void setSubjectState(String subjectState) {
        this.subjectState = subjectState;
        System.out.println("主題狀態變更為：" + subjectState);
    }

    public static void main(String[] args) {
        ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();
        subject.attach(new ConcreteObserver(subject, "觀察者X"));
        subject.attach(new ConcreteObserver(subject, "觀察者Y"));
        subject.attach(new ConcreteObserver(subject, "觀察者Z"));

        subject.setSubjectState("Ready");
        subject.notifyObservers();
    }
}

執行輸出

主題狀態變更為：Ready
觀察者X 收到通知，狀態更新為：Ready
觀察者Y 收到通知，狀態更新為：Ready
觀察者Z 收到通知，狀態更新為：Ready

C++ 實現的額外考量

C++ 需手動管理記憶體：

• Subject 持有 Observer* 指標
• Observer 銷毀前必須呼叫 detach，否則 Subject 仍持有野指標，下次 notify 導致 crash
• 可考慮讓 Subject 管理 Observer 生命週期（智慧指標）

Java 內建支援：java.util.Observer / Observable（已棄用）

Java 9 起標記 @Deprecated，原因：

• Observable 是類而非介面，限制繼承
• 通知順序固定，不可自訂
• 非線程安全

現代替代方案：

• JavaBeans PropertyChangeListener
• Guava EventBus / Spring ApplicationEvent
• RxJava / Reactor 反應式流
• 自訂介面 + CopyOnWriteArrayList 保證線程安全