设计模式(3)：行为型-观察者模式(Observer)
设计模式(Design pattern)是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。 毫无疑问，设计模式于己于他人于系统都是多赢的;设计模式使代码编制真正工程化;设计模式是软件工程的基石脉络，如同大厦的结构一样。
设计模式分为三种类型，共23种。
创建型模式(5)：单例模式、抽象工厂模式、建造者模式、工厂模式、原型模式。
结构型模式(7)：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。
行为型模式(11)：(父子类)策略模式、模版方法模式，(两个类)观察者模式、迭代器模式、职责链模式、命令模式，(类的状态)状态模式、备忘录模式，(中间类) 访问者模式、中介者模式、解释器模式。
一.概述
定义
观察者模式(Observer Pattern):定义对象之间的一种一对多依赖关系，使得每当一个对象状态发生改变时，其相关依赖对象皆得到通知并被自动更新。观察者模式的别名包括发布-订阅（Publish/Subscribe）模式、模型-视图（Model/View）模式、源-监听器（Source/Listener）模式或从属者（Dependents）模式。观察者模式是一种对象行为型模式。
Observer Pattern：Define a one-to-many dependency between objects so that when one object changes state, all its dependents are notified and updated automatically.
结构
观察者模式结构中通常包括观察目标和观察者两个继承层次结构，其结构如图3所示：
在观察者模式结构图中包含如下几个角色：
- Subject（目标）：目标又称为主题，它是指被观察的对象。在目标中定义了一个观察者集合，一个观察目标可以接受任意数量的观察者来观察，它提供一系列方法来增加和删除观察者对象，同时它定义了通知方法notify()。目标类可以是接口，也可以是抽象类或具体类。
- ConcreteSubject（具体目标）：具体目标是目标类的子类，通常它包含有经常发生改变的数据，当它的状态发生改变时，向它的各个观察者发出通知；同时它还实现了在目标类中定义的抽象业务逻辑方法（如果有的话）。如果无须扩展目标类，则具体目标类可以省略。
- Observer（观察者）：观察者将对观察目标的改变做出反应，观察者一般定义为接口，该接口声明了更新数据的方法update()，因此又称为抽象观察者。
- ConcreteObserver（具体观察者）：在具体观察者中维护一个指向具体目标对象的引用，它存储具体观察者的有关状态，这些状态需要和具体目标的状态保持一致；它实现了在抽象观察者Observer中定义的update()方法。通常在实现时，可以调用具体目标类的attach()方法将自己添加到目标类的集合中或通过detach()方法将自己从目标类的集合中删除。
观察者模式描述了如何建立对象与对象之间的依赖关系，以及如何构造满足这种需求的系统。观察者模式包含观察目标和观察者两类对象，一个目标可以有任意数目的与之相依赖的观察者，一旦观察目标的状态发生改变，所有的观察者都将得到通知。作为对这个通知的响应，每个观察者都将监视观察目标的状态以使其状态与目标状态同步，这种交互也称为发布-订阅(Publish-Subscribe)。观察目标是通知的发布者，它发出通知时并不需要知道谁是它的观察者，可以有任意数目的观察者订阅它并接收通知。
实现
下面通过示意代码来对该模式进行进一步分析。首先我们定义一个抽象目标Subject，典型代码如下所示：
public abstract class Subject {
//定义一个观察者集合用于存储所有观察者对象
protected ArrayList observers = new ArrayList();
//注册方法，用于向观察者集合中增加一个观察者
public void attach(Observer observer) {
observers.add(observer);
}
//注销方法，用于在观察者集合中删除一个观察者
public void detach(Observer observer) {
observers.remove(observer);
}
//声明抽象通知方法
public abstract void notify();
} 具体目标类ConcreteSubject是实现了抽象目标类Subject的一个具体子类，其典型代码如下所示：
public class ConcreteSubject extends Subject {
//实现通知方法
public void notify() {
//遍历观察者集合，调用每一个观察者的响应方法
for(Object obs:observers) {
((Observer)obs).update();
}
}
} 抽象观察者角色一般定义为一个接口，通常只声明一个update()方法，为不同观察者的更新（响应）行为定义相同的接口，这个方法在其子类中实现，不同的观察者具有不同的响应方法。抽象观察者Observer典型代码如下所示：
public interface Observer {
//声明响应方法
public void update();
} 在具体观察者ConcreteObserver中实现了update()方法，其典型代码如下所示：
public class ConcreteObserver implements Observer {
//实现响应方法
public void update() {
//具体响应代码
}
} 在有些更加复杂的情况下，具体观察者类ConcreteObserver的update()方法在执行时需要使用到具体目标类ConcreteSubject中的状态（属性），因此在ConcreteObserver与ConcreteSubject之间有时候还存在关联或依赖关系，在ConcreteObserver中定义一个ConcreteSubject实例，通过该实例获取存储在ConcreteSubject中的状态。如果ConcreteObserver的update()方法不需要使用到ConcreteSubject中的状态属性，则可以对观察者模式的标准结构进行简化，在具体观察者ConcreteObserver和具体目标ConcreteSubject之间无须维持对象引用。如果在具体层具有关联关系，系统的扩展性将受到一定的影响，增加新的具体目标类有时候需要修改原有观察者的代码，在一定程度上违反了“开闭原则”，但是如果原有观察者类无须关联新增的具体目标，则系统扩展性不受影响。
二.源码分析
JavaSE中已经提供了Observer接口和Observable类让你简单快速的实现观察者模式，因此有必要去了解Observer和Observable；
Observer接口
Observer为java.util包下的一个接口，源码如下：
public interface Observer {
void update(Observable o, Object arg);
}update方法第一个参数为被观察者对象，可以调用它的public方法。为观察者提供了一种拉取数据的方式
第二个参数由调用者调用notifyObservers(Object obj)将一些信息推过来。
Observable类
Observable类同样位于java.util包，该类的成员变量和方法（省略其具体实现)如下：
public class Observable {
private boolean changed = false;
private Vector obs;
public Observable(){};
protected synchronized void setChanged(){};
protected synchronized void clearChanged(){};
public synchronized void addObserver(Observer o){};
public synchronized void deleteObserver(Observer o) {};
public synchronized void deleteObservers(){};
public synchronized boolean hasChanged(){};
public synchronized int countObservers(){};
public void notifyObservers(){};
public void notifyObservers(Object arg){};
} Vector相比于ArrayList来说，它是线程安全的。其次，在添加和删除观察者时对两个方法使用了synchronized关键字，这都是在为多线程考虑。
最关键的方法是notifyObservers(),来看下源码：
public void notifyObservers(Object arg) {
Object[] arrLocal;
synchronized (this) {
if (!changed)
return;
arrLocal = obs.toArray();
clearChanged();
}
for (int i = arrLocal.length-1; i>=0; i--)
((Observer)arrLocal[i]).update(this, arg);
}这个方法相当的严谨，考虑了线程安全等问题。
从这个方法可以看出，只有changed为true，才会执行各个观察者的update方法。对changed状态的改变的唯一途径是protected synchronized void setChanged(){}; 而protected修饰了setChanged方法，表明只有它的子类才能调用它（打开这个开关),所以客户端无论怎么调用notifyObservers()方法还是无济于事。
Observable类只提供这个boolean值来表明是否发生变化，而不定义什么叫变化，因为每个业务中对变化的具体定义不一样，因此子类自己来判断是否变化；
三.小丑表演
观察者模式是很常用的模式，尤其在界面编程，比如android中的BaseAdapter，就使用了观察者模式，当数据源发生变化时，通知界面重新绘制。下面我们来利用jdk中提供的Observer和Observable来实现一个观察者模式的例子，例子非常得有趣。
需求：
镇上来了一位小丑，为大家表演节目，所有观看的观众会根据小丑表演的精彩与否来做出相应的反应，比如表演的好就鼓掌喝彩，表演的不好就倒喝彩，表演完毕观众就退场。
分析：
这里涉及到小丑和观众，小丑的数量是1，而观众的数量是n，观众会对小丑的举动做出相应的反应。这里很符合观察者模式的场景，因此，我们需要创建一个小丑类Clown，作为被观察对象，因此需要继承Observable类，同时具有表演的行为，退场的行为；同时需要创建一个观众类Viewer，作为观察者，因此需要实现Observer接口，同时观众具有喝彩的行为，倒喝彩的行为，退场的行为，每个观众还对应一个座位号。
public class Clown extends Observable{
public static final int PERFORM_GOOD = 0;
public static final int PERFORM_BAD = 1;
public static final int PERFORM_COMPLETE = 2;
public void perfom() {
if(countObservers()==0) {
System.out.println("都没人，表演个毛线！！！！");
return;
}
//此参数可以由客户端传递过来
int random = new Random().nextInt(2);
setChanged();
notifyObservers(random);
}
public void exit() {
System.out.println("表演结束，谢谢大家！");
setChanged();
notifyObservers(PERFORM_COMPLETE);
}
}
public class Viewer implements Observer{
private int seatNo;//座位号
public Viewer(int seatNo) {
this.seatNo = seatNo;
}
@Override
public void update(Observable o, Object arg) {
int r = (int)arg;
switch (r) {
case Clown.PERFORM_BAD:
System.out.println(seatNo+"号观众：表演得太烂了吧！");
if(new Random().nextBoolean()) {
o.deleteObserver(this);
System.out.println(seatNo+"号观众已经中途退场！!!!");
}
break;
case Clown.PERFORM_GOOD:
System.out.println(seatNo+"号观众：太好笑了，不错不错！");
break;
case Clown.PERFORM_COMPLETE:
o.deleteObserver(this);
System.out.println(seatNo+"号观众离场");
break;
}
}
}public class ObserverApp {
public static void main(String[] args) {
Clown c = new Clown();
for(int i=0;i<10;i++) {
Viewer v = new Viewer(i+1);
c.addObserver(v);
}
System.out.println("观众都已经入座，小丑，请开始你的表演！");
c.perfom();
System.out.println("请在换个节目表演一次！");
c.perfom();
System.out.println("请在换个节目表演一次！");
c.perfom();
c.exit();
c.perfom();
}
}观众都已经入座，小丑，请开始你的表演！
10号观众：太好笑了，不错不错！
9号观众：太好笑了，不错不错！
8号观众：太好笑了，不错不错！
7号观众：太好笑了，不错不错！
6号观众：太好笑了，不错不错！
5号观众：太好笑了，不错不错！
4号观众：太好笑了，不错不错！
3号观众：太好笑了，不错不错！
2号观众：太好笑了，不错不错！
1号观众：太好笑了，不错不错！
请在换个节目表演一次！
10号观众：表演得太烂了吧！
10号观众已经中途退场！!!!
9号观众：表演得太烂了吧！
9号观众已经中途退场！!!!
8号观众：表演得太烂了吧！
8号观众已经中途退场！!!!
7号观众：表演得太烂了吧！
6号观众：表演得太烂了吧！
5号观众：表演得太烂了吧！
5号观众已经中途退场！!!!
4号观众：表演得太烂了吧！
3号观众：表演得太烂了吧！
2号观众：表演得太烂了吧！
1号观众：表演得太烂了吧！
1号观众已经中途退场！!!!
请在换个节目表演一次！
7号观众：表演得太烂了吧！
6号观众：表演得太烂了吧！
6号观众已经中途退场！!!!
4号观众：表演得太烂了吧！
4号观众已经中途退场！!!!
3号观众：表演得太烂了吧！
2号观众：表演得太烂了吧！
表演结束，谢谢大家！
7号观众离场
3号观众离场
2号观众离场
都没人，表演个毛线！！！！可以参考博客：【java】Observer和Observable详解
参考电子书下载：设计模式的艺术–软件开发人员内功修炼之道_刘伟(2013年).pdf
《道德经》第六章：
谷神不死，是谓玄牝。玄牝(pin)之门，是谓天地之根。绵绵呵！其若存！用之不堇（jin)。
译文：生养天地万物的道（谷神）是永恒长存的，这叫做玄妙的母性。玄妙母体的生育之产门，这就是天地的根本。连绵不绝啊！它就是这样不断的永存，作用是无穷无尽的。