气象站项目中观察者模式解析

气象站项目中观察者模式解析

一，观察者模式

又称为发布-订阅（publish/subscribe)模式.

观察着模式定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象。这个主题对象在状态发生改变时，会通知所有观察者对象，使他们能够自动更新自己。

适用性：

1.当一个抽象模型有两个方面, 其中一个方面依赖于另一方面。将这二者封装在独立的对象中以使它们可以各自独立地改变和复用。

2.当对一个对象的改变需要同时改变其它对象, 而不知道具体有多少对象有待改变。

3.当一个对象必须通知其它对象，而它又不能假定其它对象是谁。换言之, 你不希望这些对象是紧密耦合的。

组成

抽象主题（subject）角色

把所有对观察者的引用保存到一个集合，每一个抽象主题可以有任意数量的观察者。抽象主题提供一个借口，可以增加和删除观察者。一般用接口和抽象类来实现抽象主题。

抽象观察者（observer)角色

为具体观察者提供一个更新（update）接口，在得到主题通知时更新自己。

具体主题(concrete subject)角色

在具体主题内部状态发生改变时，给所有登记过的观察者发通知。是抽象主题的子类。

具体观察者（concrete observer)角色

实现抽象观察者角色所有要求的更新接口，以便本身的状态与主题的状态相协调。如果需要，具体的观察者角色可以保存一个指向具体主题角色的引用，来获得主题角色的状态信息。

结构

二，分析案例

1,项目描述：

Weather-O-Rama气象站计划建立下一代的Internet气象观察站，该气象站必须建立在WeatherData对象的基础上，WeatherData对象提供天气数据，有三种布告板，分别显示目前的状况及简单的预报。并且以后可以方便地增加布告板进行扩展。

使用观察者模式进行设计，WeatherData对象即观察者模式中的主题对象，三个布告板即观察者。

2,代码实现

源码地址：

https://github.com/BaronZ88/DesignPatterns/tree/master/src/com/baron/patterns/observer

抽象Subject

https://github.com/BaronZ88/DesignPatterns/blob/master/src/com/baron/patterns/observer/subject/Subject.java#L12

public interface Subject {
​
    /**
     * 注册观察者
     */
    void registerObserver(Observer observer);
​
    /**
     * 移除观察者
     */
    void removeObserver(Observer observer);
​
    /**
     * 通知观察者
     */
    void notifyObservers();
}
​

 

具体实现WeatherData

https://github.com/BaronZ88/DesignPatterns/blob/master/src/com/baron/patterns/observer/subject/WeatherData.java#L13

public class WeatherData implements Subject {
​
    private List observers;
​
    private float temperature;//温度
    private float humidity;//湿度
    private float pressure;//气压
    private List forecastTemperatures;//未来几天的温度
​
    public WeatherData() {
        this.observers = new ArrayList();
    }
​
    @Override
    public void registerObserver(Observer observer) {
        this.observers.add(observer);
    }
​
    @Override
    public void removeObserver(Observer observer) {
        this.observers.remove(observer);
    }
​
    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update();
        }
    }
​
    public void measurementsChanged() { 
        notifyObservers();
    }
​
    public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure, List forecastTemperatures) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        this.forecastTemperatures = forecastTemperatures;
        measurementsChanged(); //通知观察者
    }
​
    public float getTemperature() {
        return temperature;
    }
​
    public float getHumidity() {
        return humidity;
    }
​
    public float getPressure() {
        return pressure;
    }
​
    public List getForecastTemperatures() {
        return forecastTemperatures;
    }
}

 

抽象Observer与具体实现

https://github.com/BaronZ88/DesignPatterns/blob/master/src/com/baron/patterns/observer/observer/Observer.java#L10

public interface Observer {
​
    void update();
}
//公告板的实现
public interface DisplayElement {
​
    void display();
}
​
​

 

显示目前的状况的公告板---具体Observer1

https://github.com/BaronZ88/DesignPatterns/blob/master/src/com/baron/patterns/observer/observer/CurrentConditionsDisplay.java#L10

//显示目前的状况的公告板
public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {
​
    private WeatherData weatherData;
​
    private float temperature;//温度
    private float humidity;//湿度
    private float pressure;//气压
​
    public CurrentConditionsDisplay(WeatherData weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        this.weatherData.registerObserver(this);
    }
​
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("当前温度为：" + this.temperature + "℃");
        System.out.println("当前湿度为：" + this.humidity);
        System.out.println("当前气压为：" + this.pressure);
    }
​
    @Override
    public void update() {
        this.temperature = this.weatherData.getTemperature();
        this.humidity = this.weatherData.getHumidity();
        this.pressure = this.weatherData.getPressure();
        display();
    }
}

简单的预报的公告板----具体Observer2

https://github.com/BaronZ88/DesignPatterns/blob/master/src/com/baron/patterns/observer/observer/ForecastDisplay.java#L12

//简单的预报的公告板
public class ForecastDisplay implements Observer, DisplayElement {
​
    private WeatherData weatherData;
​
    private List forecastTemperatures;//未来几天的温度
​
    public ForecastDisplay(WeatherData weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        this.weatherData.registerObserver(this);
    }
​
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("未来几天的气温");
        int count = forecastTemperatures.size();
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            System.out.println("第" + i + "天:" + forecastTemperatures.get(i) + "℃");
        }
    }
​
    @Override
    public void update() {
        this.forecastTemperatures = this.weatherData.getForecastTemperatures();
        display();
    }
}
​

3,使用java内置的对观察者模式的支持实现该系统

使用java.util.Observable为抽象主题（可观察者），java.util.Observer接口为抽象观察者。 详细代码如下：

public class WeatherData extends Observable {
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;
    
    public WeatherData() { }
    
    public void measurementsChanged() {
        setChanged();
        notifyObservers();
    }
    
    public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        measurementsChanged();
    }
    
    public float getTemperature() {
        return temperature;
    }
    
    public float getHumidity() {
        return humidity;
    }
    
    public float getPressure() {
        return pressure;
    }
}
//在这里只实现了公告板CurrentConditionsDisplay
public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {
    Observable observable;//维护一个Observable类型的引用
    private float temperature;
    private float humidity;
    public CurrentConditionsDisplay(Observable observable) {
        this.observable = observable;
        observable.addObserver(this);
    }
    
    public void update(Observable obs, Object arg) {
        if (obs instanceof WeatherData) {
            WeatherData weatherData = (WeatherData)obs;
            //拉数据
            this.temperature = weatherData.getTemperature();
            this.humidity = weatherData.getHumidity();
            display();
        }
    }
    
    public void display() {
        System.out.println("Current conditions: " + temperature 
            + "F degrees and " + humidity + "% humidity");
    }
}
​

 

我在具体主题WeatherData中使用到了超类Observable中的方法setChanged()，其作用如下：

抽象超类Observable中有一个属性changed属性用来表示状态，初始值为false，只有changed为true时，主题才会通知各个观察者。源码如下：

  public void notifyObservers() {
        notifyObservers(null);
    }
   
    protected synchronized void setChanged() {
        changed = true;
    }
 
    public void notifyObservers(Object arg) {
        Object[] arrLocal;
 
        synchronized (this) {
            if (!changed)//changed为false时直接返回
                return;
            arrLocal = obs.toArray();//获得所有已注册的观察者
            clearChanged();//将changed属性设为false
        }
 
        for (int i = arrLocal.length-1; i>=0; i--)
            ((Observer)arrLocal[i]).update(this, arg);
    }
​

 

setChanged()方法可以让我们选择适当地通知观察者。当不使用setChanged()方法，温度计读数可能每十分之一度就会更新，这造成WeatherData对象持续不断地通知观察者。如果我们希望半度以上才更新，就可以在温度差距达到半度时，调用setChanged()方法，进行有效地更新。

4，实现原理图（假如添加气象统计的公告板）：

5,观察者模式在该案例的好处

观察者模式使得主题对象与观察者对象充分的解耦，让耦合的双方依赖于抽象而不依赖具体，使得各自的变化都不会影响另一边的变化。因为气象站可以动态增加公告板，而不会对weatherData造成影响