观察者模式 —— 让你的对象知悉现况

观察者模式 —— 让你的对象知悉现况

现状

你的团队刚刚签下合同，负责建立Weather公司的下一代气象站——Internet气象站

需求

• 气象站必须建立在Weather公司专利申请的WeatherData对象上，WeatherData对象负责追踪目前的天气状况（温度、湿度、气压）
• 你的团队要建立一个应用，有三种布告板，分别显示：目前的状况、气象统计、简单的预报，要求实时更新
• 这是一个可扩展的气象站，要公布一组API，让其他开发人员可以写出自己的气象布告板，并插入此应用中 

我们的工作

建立一个应用，利用WeatherData对象取得数据，并更新三个布告板：目前状况、气象统计、天气预报。并提供一组API，让其他开发人员可以写出自己的气象布告板。

Weather公司的WeatherData类

WeatherData {
    getTemperature();       // 返回最近的气象测量数据：温度
    getHumidity();          // 返回最近的气象测量数据：湿度
    getPressure();          // 返回最近的气象测量数据：气压
    measurementsChanged();  // 一旦气象测量更新，此方法会被调用
}

我们的工作是实现measurementsChanged()，好让它更新目前状况、气象统计、天气预报这三个布告板

根据目前已有的条件分析

• WeatherData具有getter方法，可以取得三个测量值：温度、湿度、气压
• 当新的测量数据备妥时，measurementsChanged()方法就会被调用
• 我们需要实现三个使用数据的布告板：目前状况布告板、气象统计布告板、天气预报布告板。一旦WeatherData有新的测量，布告板要实时更新
• 此系统必须可扩展，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。

一个错误的做法

public class WeatherData {

    // 实例变量声明

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

        currentConditionDisplay.update(temp, humidity, pressure);
        statisticsDisplay.update(temp, humidity, pressure);
        forecastDisplay.update(temp, humidity, pressure);
    }

    // 其他的WeatherData方法
}

这样做的坏处有：
1. 我们是针对具体实现编程，而非针对接口编程
2. 对于每个新的布告板，我们都得修改代码
3. 我们无法再运行时动态地增加（或删除）布告板
4. 我们尚未封装改变的部分

认识观察者模式

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时，它的所有依赖者都会受到通知并自动更新

生活中的例子

1. 报社的业务是出版报纸
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）向他们订阅报纸或取消订阅报纸

出版者+订阅者=观察者模式

在软件工程中，出版者改称为“主题”（Subject），订阅者改称为“观察者”（Observer）。 

类图

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
1. 主题只知道观察者实现了某个接口（Observer），而不需要知道具体实现类
2. 任何时候我们都可以增加新的观察者、运行时可以用新的观察者取代现有观察者、可以删除某些观察者
3. 当有新类型的观察者出现时，主题的代码无需改变
4. 可以独立地复用主题或观察者
5. 改变主体或者观察者的一方，并不会影响另一方

气象站问题——解决办法：采用观察者（Observer Pattern）

观察者模式：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时，它的所有依赖者都会受到通知并自动更新

接口设计

public interface Subject {
    void registerObserver(Observer o);
    void removeObserver(Observer o);
    void notifyObservers();
}

public interface Observer {
    void update(float temp, float humidity, float pressure);
}

public interface DisplayElement {
    void display();
}

Java内置的观察者模式

java.util包内包含了最基本的Observer接口与Observable类，Observer接口与Observable类使用上更方便，因为许多功能都已经事先准备好了。你甚至可以使用推（push）或拉（pull）的方式传送数据。

Java内置的观察者模式如何运作

1. 实现观察者接口（java.util.Observer），然后调用Observable的addObserver()方法，即可成为观察者
2. 主题（扩展java.util.Obserable）先调用setChanged()方法，标记状态已改变的事实。然后调用notifyObservers()或者notifyObservers(Object arg)
3. 观察者通过update(Observable o, Object arg)接收通知

setChanged() {
    changed = true;
}

notifyObservers(Object arg) {
    if(changed) {
        for every observer on the list {
            call update(this, arg)
        }
        changed = false
    }
}

notifyObservers() {
    notifyObservers(null)
}

运行结果：

设计原则

1. 找出应用中可能需要变化之处，把它们独立出来，不要和那些不需要变化的代码混在一起
   在观察者模式中，会改变的是主题的状态，以及观察者的数目和类型。用这个模式，你可以改变依赖于主题状态的对象，却不必改变主题。
2. 针对接口编程，而不是针对实现编程
   主题与观察者都使用接口：观察者利用主题的接口向主题注册/取消注册等；主题利用观察者的接口通知观察者。好处：松耦合
3. 少用组合，多用继承
   将List组合到Subject中
4. 为了交互对象之间的松耦合设计而努力
   松耦合的设计之所以能让我们建立有弹性的OO系统，能够应对变化，是因为对象之间的互相依赖降到了最低

要点

• 观察者模式定义了对象之间一对多的关系
• 主题（也就是可观察者）用一个共同的接口来更新观察者
• 观察者和可观察者之间用松耦合方式结合（loosecoupling)，可观察者不知道观察者的细节，只知道观察者实现了观察者接口
• 使用此模式时，你可从被观察者处推（pull）或拉（pull）（拉在本文章中没有实现）数据（然而， 推的方式被认为更“正确”）
• 有多个观察者时，不可以依赖特定的通知次序
• Java有多种观察者模式的实现，包括了通用的java.util.Observable
• 要注意java.util.Observable实现上所带来的一些问题
• 如果有必要的话，可以实现自己的Observable，这并不难
• Swing大量使用观察者模式，许多GUI框架也是如此

GitHub地址：https://github.com/linpeiyou/design-patterns-java