[设计模式笔记] No.2 观察者模式（Observer）

观察者模式

定义了对象之间的一对多依赖，这样一来，当一个对象改变状态（观测值）时，它的所有依赖者都会受到通知并自动更新。

认识观察者模式

报纸和杂志订阅：

①报社的业务就是出版报纸。
②向某家报社订阅报纸，只要他们有新报纸出版，就会给你送来。只要你是他们的订户，你就会一直收到新报纸。
③当你不想再看报纸的时候，取消订阅，他们就不会再送新报纸来。
④只要报社还在运营，就会一直有人（或单位）向他们订阅报纸或者取消订阅报纸。

出版者+订阅者 = 观察者模式
如果你了解报纸的订阅是怎么回事，其实就知道观察者模式是怎么回事，只是名称不一样：出版者改称为“主题”（Subject），订阅者改称为“观察者”（Observer）。

观察者模式类图

image.png

松耦合的威力

当两个对象之间松耦合，它们依然可以交互，但是不太清楚彼此的细节。

观察者模式提供了一种对象设计，让主题和观察者之间松耦合。

为什么？
①关于观察者的一切，主题只知道观察者实现了某一个接口（也就是Observer接口）。主题不需要知道观察者的具体类是谁、做了些什么或其他任何细节。
②任何时候我们都可以增加新的观察者。因为主题唯一依赖的东西是一个实现Observer接口的对象列表，所以我们可以随时增加观察者。事实上，在运行时我们可以用新的观察者取代现有的观察者，主题不会受到任何影响。同样的，也可以在任何时候删除某些观察者。
③有新类型的观察者出现时，主题的代码不需要修改，假如我们有个新的具体类需要当观察者，我们不需要为了兼容新类型而修改主题的代码，所有要做的就是在新的类里实现此观察者接口，然后注册为观察者即可。主题不在乎别的，它只会发送通知给所有实现了观察者接口的对象。
④我们可以独立地复用主题或者观察者。如果我们在其他地方需要使用主题或者观察者，可以轻易的复用，因为二者并非紧耦合。所以只要主题和观察者之间的接口仍被遵守，我们就可以自由地改变他们。

设计原则四

为了交互对象之间的松耦合设计而努力。

案例引导

需求

建立一个气象监测应用，它包括三个部分，分别是气象站（获取实际气象数据的物理装置）、WeatherData对象（追踪来自气象站的数据，并更新布告板）和三种布告板（分别显示目前天气状况、气象统计、天气预报给用户看），而且需要暴露一组API，其他开发人员可以写出自己的气象布告板。

气象站提供的WeatherData源码

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已知条件

①WeatherData类具有getter方法，可以取得三个测量值：温度、湿度与气压。
②当新的测量数据更新时，measurementsChanged()方法就会被调用（我们不在乎方法是如何被调用的，我们只在乎它被调用了）。
③我们需要实现三个使用天气数据的布告板：“目前状况”布告、“气象统计”布告、“天气预报”布告，一旦WeatherData有新的测量，这些布告就必须马上更新。
④此系统必须可以扩展，让其他开发人员建立定制的布告板，用户可以随心所欲地添加或删除任何布告板。目前初始的布告板有三类：“目前状况”布告、“气象统计”布告、“天气预报”布告。

错误的方案示范

public void measurementsChanged(){
        float temperature = getTemperature();
        float humidity = getHumidity();
        float pressure = getPressure();

        currentConditionsDisplay.update(temperature,humidity,pressure);
        statisticsDisplay.update(temperature,humidity,pressure);
        forecastDisplay.update(temperature,humidity,pressure);
    }

问题：

①针对具体实现编程，会导致我们以后在增加或者删除布告板时，必须修改程序。
②变化的地方，没有封装起来
③每个布告板都有一个相同的update()方法，所以可以用统一的接口解决。

应用观察者模式

方案一 “推”

image.png

具体代码实现

主题接口

public interface Subject {

    /**
     * 注册观察者
     *
     * @param observer
     */
    void registerObserver(Observer observer);

    /**
     * 删除观察者
     *
     * @param observer
     */
    void removeObserver(Observer observer);

    /**
     * 通知观察者
     */
    void notifyObservers();

观察者接口

public interface Observer {

    /**
     * 当气象观测值改变时，主题会把这些状态值，当做方法的参数，传送给观察者
     * @param temp
     * @param humidity
     * @param pressure
     */
    void update(float temp, float humidity, float pressure);
}

布告板显示接口

public interface DisplayElement {
    /**
     * 当布告板显示时调用此方法
     */
    void display();
}

在WeatherData中实现主题接口

public class WeatherData implements Subject {
    private List observers = new ArrayList<>();
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;

    /**
     * 当新的测量数据更新时，measurementsChanged()方法就会被调用
     * 这里我们不关心它是如何被调用的
     */
    public void measurementsChanged() {
        notifyObservers();
    }

    /**
     * 注册观察者
     *
     * @param observer
     */
    @Override
    public void registerObserver(Observer observer) {
        if (observer == null) {
            throw new NullPointerException();
        } else {
            if (!observers.contains(observer)) {
                observers.add(observer);
            }
        }
    }

    /**
     * 删除观察者
     *
     * @param observer
     */
    @Override
    public void removeObserver(Observer observer) {
        int i = observers.indexOf(observer);
        if (i >= 0)
            observers.remove(i);
    }

    /**
     * 通知观察者
     */
    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(temperature, humidity, pressure);
        }
    }

    public float getTemperature() {
        return temperature;
    }

    public float getHumidity() {
        return humidity;
    }

    public float getPressure() {
        return pressure;
    }
}

建立布告板，以"目前状况布告板"为例

public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {
    private float temperture;
    private float humidity;
    private Subject weatherData;

    public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registerObserver(this);
    }


    @Override
    public void update(float temp, float humidity, float pressure) {
        this.temperture = temp;
        this.humidity = humidity;
        display();
    }

    @Override
    public void display() {
//        显示温度和湿度
        System.out.println("温度：" + temperture + "\n湿度：" + humidity);
    }
}

测试

   /**
     * 测试观察者
     */
    @Test
    public void testObserver(){
        WeatherData weatherData = new WeatherData();
        CurrentConditionsDisplay currentConditionsDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
        weatherData.setMeasurements(80,65,30.4f);
    }

image.png

问题分析

①主题每次更新，都将全部的状态“推”给观察者，可能有些观察者只关心某部分重要的状态，不需要关心主题的每个状态变化。
②这些观测值的种类和个数在未来都有可能改变，如果这些值未来发生变化，则需要修改很多代码才能实现，如果现在，我的weatherData中需要加入“风速”windSpeed状态，则需要修改每个观察者的update方法。（这个的解决方案有两个：①仍然采用“推”的方式，将主题的所有可能会变化的状态进行封装；②采用观察者主动“拉”的方式）

方案二 “拉”

采用“拉”的方式——观察者主动去取主题中的状态，这样就算以后主题新增更多的状态，主题也不用修改和更新对每个观察者的调用，主题只需改变自己来允许更多的getter方法来取得新增的状态就行。

代码实现

观察者接口

public interface Observer {

    /**
     * 拉的方式
     * 当气象观测值改变时，主题会把这自己传送给观察者
     */
    void update(Object obj);
}

WeatherData类的notifyObservers()改为

public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(this);//把主题自己传个观察者
        }
    }

目前状况布告板CurrentConditionsDisplay的update方法改为

public void update(Object obj) {
        if (obj instanceof WeatherData) {//判断是WeatherData类型
//            观察者需要的观测值，需要主动从主题中取
            this.temperature = ((WeatherData) obj).getTemperature();
            this.humidity = ((WeatherData) obj).getHumidity();
            display();
        }
    }

测试

@Test
    public void testObserver(){
        WeatherData weatherData = new WeatherData();
        CurrentConditionsDisplay currentConditionsDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
        weatherData.setMeasurements(90,70,50.4f);
    }

结果

image.png

问题

• 主题需要门户大开，完全将自己暴露给观察者。

“推”、“拉”，两种方式都有各自的利弊之处，具体是使用“推”或者是“拉”的方式，需要根据需求去分析。

观察者模式

在对象之间定义了一对多的依赖，这样一来，当一个对象改变状态，依赖它的对象都会受到通知并自动更新。

要点：

①观察者模式定义了对象之间一对多的关系。
②主题（也就是可观察者）用一个共同的接口来更新观察者。
③观察者和主题之间用松耦合方式结合，主题不知道观察者的细节，只知道观察者实现了观察者的接口。
④使用此模式时，你可从主题处推或者拉数据（然而，推的方式被认为更“正确”）。
⑤有多个观察者时，不可以依赖特定的通知次序。
⑥java有许多种观察者模式的实现，包括了通用的java.util.Observable。（自行了解，源码不难）
⑦要注意java.util.Obserable实现上所带来的一些问题。（自行了解，源码不难）

感谢你的耐心阅读，观察者模式基本知识就介绍到这里了，要熟练掌握还需不断实践。

最后回顾一下

我们的设计工具箱中的工具

1、OO基础

①抽象
②封装
③多态
④继承

2、OO原则

①封装变化
②多用组合，少用继承
③针对接口编程，不针对实现编程
④为交互对象之间的松耦合设计而努力

3、OO模式

①策略模式——定义算法族，分别封装起来，让它们之间可以互相替换，此模式让算法的变化独立于使用算法的客户。
②观察者模式——在对象之间定义了一对多的依赖，这样一来，当一个对象改变状态，依赖它的对象都会受到通知并自动更新。

感谢阅读！
No.1 策略模式（Strategy）
前言 为何要使用设计模式