设计模式学习（二）：Observer观察者模式

一、什么是Observer模式

在Observer模式中，当观察对象的状态发生变化时，会通知给观察者。Observer模式适用于根据对象状态进行相应处理的场景。

简单一句话概况就是：观察者会发送观察对象状态变化的通知。

二、Observer模式示例代码

下面示例程序中，observer将观察一个会生成数值的对象，并将它生成的数值结果显示出来。不过，不同的观察者的显示方式不一样。Digitobserver会以数字形式显示数值，而Graphobserver则会以简单的图示形式来显示数值。

2.1 各个类之间的关系

先看一下所有的类和接口：

类图：

2.2 Observer接口

Observer接口是表示“观察者”的接口。具体的观察者会实现这个接口。

用于生成数值的NumberGenerator类会调用update方法，将“生成的数值发生了变化，请更新显示内容”的通知发送给Observer。

public interface Observer {
    public abstract void update(NumberGenerator generator);
}

2.3 NumberGenerator类

NumberGenerator类(代码清单17-2)是用于生成数值的抽象类。生成数值的方法( execute方法)和获取数值的方法( getNumber方法)都是抽象方法，需要子类去实现。

addObserver方法用于注册observer，而deleteobserver方法用于删除observer。

notifyObservers方法会向所有的observer发送通知，告诉它们“我生成的数值发生了变化,请更新显示内容”。该方法会调用每个observer的update方法。

public abstract class NumberGenerator {
    //用于保存所有的observer
    private ArrayList observers = new ArrayList();

    //注册observer
    public void addObserver(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    //删除observer
    public void deleteObserver(Observer observer) {
        observers.remove(observer);
    }

    //向observer发送通知
    public void notifyObservers() {
        //把每个observer拿出来，调用他的update方法
        Iterator it = observers.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            Observer o = (Observer) it.next();
            o.update(this);
        }
    }

    //获取数值
    public abstract int getNumber();

    //生成数值
    public abstract void execute();
}

2.4 RandomNumberGenerator类

RandomNumberGenerator类是NumberGenerator的子类，它会生成随机数。

getNumber方法用于获取number字段的值。execute方法会生成20个0 ~49的随机整数，并通过notifyObservers方法把每次生成结果通知给观察者。

public class RandomNumberGenerator extends NumberGenerator{
    //生成随机数
    private Random random  = new Random();
    //当前数值
    private int number;

    @Override
    public int getNumber() {
        return number;
    }

    @Override
    public void execute() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            number = random.nextInt(50);
            notifyObservers();
        }
    }
}

2.5 DigitObserver类

DigitObserver类实现了Observer接口，它的功能是以数字形式显示观察到的数值。

它的update方法接收NumberGenerator的实例作为参数，然后通过调用NumberGenerator类的实例的getNumber方法可以获取到当前的数值，并将这个数值显示出来。

public class DigitObserver implements Observer{
    @Override
    public void update(NumberGenerator generator) {
        System.out.println("DigitObserver:" + generator.getNumber());
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
    }
}

2.6 GraphObserver类

GraphObserver类也实现了Observer接口。

该类会将观察到的数值以*****这样的简单图示的形式显示出来。

public class GraphObserver implements Observer{
    @Override
    public void update(NumberGenerator generator) {
        System.out.println("GraphObserver:");
        int count = generator.getNumber();
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            System.out.print("*");
        }
        System.out.println("");
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
    }
}

2.7 Main测试类

Main类生成了一个RandomNumberGenerator类的实例和两个观察者,其中observer1是 DigitObserver类的实例，observer2是GraphObserver类的实例。

在使用addObserver注册观察者后，它还会调用generator.execute方法生成随机数值。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        NumberGenerator generator = new RandomNumberGenerator();
        Observer observer1 = new DigitObserver();
        Observer observer2 = new GraphObserver();
        generator.addObserver(observer1);
        generator.addObserver(observer2);
        generator.execute();
    }
}

2.8 运行结果

部分运行结果

DigitObserver:21
GraphObserver:
*********************
DigitObserver:7
GraphObserver:
*******
DigitObserver:31
GraphObserver:
*******************************
DigitObserver:24
GraphObserver:
************************

三、拓展思路的要点

3.1 可替换性

使用设计模式的目的之一就是使类成为可复用的组件。

在Observer模式中，有带状态的ConcreteSubject角色和接收状态变化通知的ConcreteObserver角色。连接这两个角色的就是它们的接口（API ) Subject角色和 Observer 角色。

一方面RandomNumberGenerator类并不知道，也无需在意正在观察自己的(自己需要通知的对象）到底是DigitObserver类的实例还是GraphObserver类的实例。不过它知道在它的observers字段中所保存的观察者们都实现了observer接口，一定可以调用它们的update方法。

另一方面，DigitObserver类也无需在意自己正在观察的究竟是RandomNumberGenerator类的实例还是其他XxxxNumberGenerator类的实例。不过，Digitobserver类知道它们是NumberGenerator类的子类的实例,并持有getNumber方法。

我们应该注意到这种可替换性的思想：

• 利用抽象类和接口从具体类中抽出抽象方法

• 在将实例作为参数传递至类中，或者在类的字段中保存实例时，不使用具体类型，而是使用抽象类型和接口

这样的实现方式可以帮助我们轻松替换具体类。

3.2 从“观察”变为“通知”

Observer本来的意思是“观察者”，但实际上Observer角色并非主动地去观察，而是被动地接受来自Subject角色的通知。因此，Observer模式也被称为Publish-Subscribe(发布-订阅)模式。个人认为Publish(发布)和 Subscribe(订阅)这个名字可能更加合适。

四、相关的设计模式

4.1 Mediator中介者模式

在Mediator模式中，有时会使用Observer模式来实现Mediator角色与Colleague角色之间的通信。

就“发送状态变化通知”这一点而言，Mediator模式与Observer模式是类似的。不过，两种模式中，通知的目的和视角不同。

在 Mediator模式中，虽然也会发送通知，不过那不过是为了对Colleague角色进行仲裁而已。

而在Observer模式中，将Subject角色的状态变化通知给Observer角色的目的则主要是为了使Subject角色和 Observer角色同步。