面试题：Java观察者模式在多线程环境下的应用及问题处理

可能出现的问题

线程安全问题：
- 添加和移除观察者时：在多线程环境下，当多个线程同时对观察者列表进行添加或移除操作时，可能会出现数据不一致。例如，线程A正在添加一个观察者，同时线程B试图移除该观察者，这可能导致观察者列表处于不一致状态。
- 通知观察者时：如果在通知观察者时，观察者的处理逻辑不是线程安全的，可能会引发问题。比如多个线程同时更新被观察对象的状态，然后通知观察者，观察者在处理更新时可能会出现数据竞争。
数据一致性问题：
- 被观察对象状态更新和通知观察者的时机不同步。例如，被观察对象的状态已经更新，但由于线程调度等原因，观察者没有及时收到更新通知，导致观察者使用的是旧的数据，从而产生数据不一致。

举例说明

假设我们有一个股票价格监控系统，股票价格是被观察对象，不同的投资者是观察者。

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

// 被观察对象
class StockPrice {
    private double price;
    private List<Investor> investors = new ArrayList<>();

    public void attach(Investor investor) {
        investors.add(investor);
    }

    public void detach(Investor investor) {
        investors.remove(investor);
    }

    public void setPrice(double price) {
        this.price = price;
        notifyInvestors();
    }

    private void notifyInvestors() {
        for (Investor investor : investors) {
            investor.update(price);
        }
    }
}

// 观察者
class Investor {
    private String name;

    public Investor(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void update(double price) {
        System.out.println(name + " 收到股票价格更新: " + price);
    }
}

在多线程环境下，假设有多个线程同时操作StockPrice对象的attach、detach和setPrice方法，就可能出现上述线程安全和数据一致性问题。

解决思路及代码实现

线程安全问题解决：
- 使用线程安全的集合：将观察者列表改为CopyOnWriteArrayList，它在修改时会创建一个新的数组，读操作不会受写操作影响，从而保证线程安全。
- 同步方法：对关键方法（如attach、detach和notifyInvestors）使用synchronized关键字进行同步。

import java.util.List;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

// 被观察对象
class StockPrice {
    private double price;
    private List<Investor> investors = new CopyOnWriteArrayList<>();

    public synchronized void attach(Investor investor) {
        investors.add(investor);
    }

    public synchronized void detach(Investor investor) {
        investors.remove(investor);
    }

    public synchronized void setPrice(double price) {
        this.price = price;
        notifyInvestors();
    }

    private void notifyInvestors() {
        for (Investor investor : investors) {
            investor.update(price);
        }
    }
}

// 观察者
class Investor {
    private String name;

    public Investor(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void update(double price) {
        System.out.println(name + " 收到股票价格更新: " + price);
    }
}

数据一致性问题解决：
- 使用阻塞队列：可以在被观察对象和观察者之间使用阻塞队列。当被观察对象状态更新时，将更新信息放入阻塞队列，观察者从阻塞队列中获取更新信息，这样可以保证观察者获取到的是最新的数据。
- 使用CountDownLatch或CyclicBarrier：在通知观察者之前，使用CountDownLatch或CyclicBarrier来确保所有必要的更新操作都已完成，然后再通知观察者。例如，在多个线程更新被观察对象状态后，使用CountDownLatch等待所有更新线程完成，再通知观察者。

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

// 被观察对象
class StockPrice {
    private double price;
    private BlockingQueue<Double> priceQueue = new LinkedBlockingQueue<>();
    private List<Investor> investors = new CopyOnWriteArrayList<>();

    public synchronized void attach(Investor investor) {
        investors.add(investor);
    }

    public synchronized void detach(Investor investor) {
        investors.remove(investor);
    }

    public synchronized void setPrice(double price) {
        this.price = price;
        try {
            priceQueue.put(price);
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
        notifyInvestors();
    }

    private void notifyInvestors() {
        for (Investor investor : investors) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    double newPrice = priceQueue.take();
                    investor.update(newPrice);
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            }).start();
        }
    }
}

// 观察者
class Investor {
    private String name;

    public Investor(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void update(double price) {
        System.out.println(name + " 收到股票价格更新: " + price);
    }
}

通过上述方法，可以在多线程场景下较好地解决Java观察者模式中的线程安全和数据一致性问题。

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