《Head First 设计模式》模式2——观察者模式

概念什么的都是正确的废话！

所以不说废话，直接上栗子：

工作合约

公司中标了一个项目，要为Weather-O-Rama气象站建立下一代气象观测站！
要求：

• 建立一个应用，有三个布告板，分别显示目前状况、气象统计、天气预报
• 一旦气象站有新的测量数据，必须立即更新布告板
• 系统可扩展，可以随时添加或移除定制的各种布告板

负责跟踪目前的温度、湿度、气压的对象WeatherData由Weather-O-Rama提供：

public class WeatherData {
    public void measurementsChanged() {
        // 当有新数据时，该方法被调用
    }

    // 温度
    public float getTemperature() {
    }
    // 湿度
    public float getHumidity() {
    }
    // 气压
    public float getPressure() {
    }
}

如何使用呢？先看个错误示范：

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

    currentConditionsDisplay.update(temp, humidity, pressure);
    statisticsDisplay.update(temp, humidity, pressure);
    forcastsDisplay.update(temp, humidity, pressure);
}

回想策略模式里提到的3个设计原则，上面measurementsChanged()的实现有什么问题？

从订阅报纸开始

我们知道，用户订阅报纸的流程是这样的：

1. 只要用户订阅了报社的报纸，那么报社有新报纸出版时用户就会收到新报纸；
2. 当用户不想再看报纸时，可以取消订阅；
3. 只要报社还在运营，就会一直有用户向他们订阅或取消报纸。

为了更好地理解观察者模式，我们把出版社称为“主题”(Subject)，把订阅者称为“观察者”(Observer)。
从订阅报纸过渡，我们可以初步设计出这样的类结构：

从上面的设计可以看到，虽然Subject和Observer是两个不同的对象，却依然可以交互，且无需清楚彼此的细节。
从Subject的角度看：其唯一依赖的是一个实现Observer接口的对象列表，所以可以随时增加或移除Observer。
从Observer的角度看：出现新类型的Observer时，只需实现Observer接口并向Subject注册即可，Subject不必做修改。

如此一来，改变Subject或Observer其中一方，都不会影响到另一方。因为两者是 松耦合 的，只要它们之间的接口仍被遵守，我们就可以自由地改变它们。

此处引出第4个设计原则：

为了交互对象之间的松耦合设计而努力。

前3个设计原则请见策略模式。

设计气象站

从上面的“从订阅报纸开始”得到启发后，我们尝试修改一开始糟糕的设计，重新设计气象站，类图如下：

首先创建Observer和Subject接口。另，因布告板的显示动作是不同于观察者的更新动作的，应该设计一个接口用于做显示气象信息的动作，于是再加一个Displayment接口：

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

public interface Subject {
    void registerObserver(Observer observer);
    void removeObserver(Observer observer);
    void notifyObserver();
}

public interface DisplayElement {
    void display();
}

然后，WeatherData实现Subject接口：

public class WeatherData implements Subject{    
    private List<Observer> observers;
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;

    public WeatherData() {
        observers = new ArrayList<Observer>();
    }

    @Override
    public void registerObserver(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    @Override
    public void removeObserver(Observer observer) {
        int i = observers.indexOf(observer);
        if (i > 0) {
            observers.remove(i);
        }
    }

    @Override
    public void notifyObserver() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(temperature, humidity, pressure);
        }
    }

    public void measurementsChanged() {
        notifyObserver();
    }

    public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        measurementsChanged();
    }


    // 温度
    public float getTemperature() {
        return temperature;
    }
    // 湿度
    public float getHumidity() {
        return humidity;
    }
    // 气压
    public float getPressure() {
        return pressure;
    }
}

以CurrentConditionsDisplay布告板为例，创建一个观察者：

// 该布告板显示气象站当前的观测值
public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {
    private float temperature;
    private float humidity;
    private Subject weatherData;

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

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

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("Current conditions: " + temperature 
                + "F degress and " + humidity + "% humidity");
    }

}

启动气象站，测试程序：
（PS：StatisticsDisplay和ForecastDisplay是另外两个布告板，具体实现可以自行定制~）

public class WeatherStation {
    public static void main(String[] args) {
        WeatherData weatherData = new WeatherData();

        Observer currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
        Observer statisticsDisplay = new StatisticsDisplay(weatherData);
        Observer forecastDisplay = new ForecastDisplay(weatherData);

        weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);
        System.out.println();
        weatherData.setMeasurements(82, 70, 29.2f);
        System.out.println();
        weatherData.setMeasurements(78, 90, 29.2f);
        System.out.println();
    }
}

输出结果：

Current conditions: 80.0F degress and 65.0% humidity
Avg/Max/Min temperature = 80.0/80.0/80.0
Forecast: Improving weather on the way!

Current conditions: 82.0F degress and 70.0% humidity
Avg/Max/Min temperature = 81.0/82.0/80.0
Forecast: Watch out for cooler, rainy weather

Current conditions: 78.0F degress and 90.0% humidity
Avg/Max/Min temperature = 80.0/82.0/78.0
Forecast: More of the same

至此，大家应该知道如何使用观察者模式了吧！

Java内置的观察者模式

由于观察者种类很多，主题不能预料到每个观察者的需求，如果每次主题都有更新就通知观察者就太频繁了，比如气象站的数据一有微小的改变就会更新。。。还有一点是观察者可能不需要知道关于主题的所有状态，它们只要获取到自己需要的数据就行了。

这种情况可以改进吗？以前是主题主动push(推送)消息给观察者，可不可以主题在控制好通知频率的情况下，让观察者收到通知后从主题pull(拉取)它们所需的数据呢？

幸运的时，JDK1.0就已内置了观察者模式——提供java.util.Observable和java.util.Observer，下面是Observable的关键代码：

public class Observable {
    private boolean changed = false;
    private Vector obs;

    /** Construct an Observable with zero Observers. */

    public Observable() {
        obs = new Vector();
    }

    public synchronized void addObserver(Observer o) {
        if (o == null)
            throw new NullPointerException();
        if (!obs.contains(o)) {
            obs.addElement(o);
        }
    }

    public synchronized void deleteObserver(Observer o) {
        obs.removeElement(o);
    }

    public void notifyObservers() {
        notifyObservers(null);
    }

    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);
    }

    protected synchronized void setChanged() {
        changed = true;
    }

}

从源码可以看到，Observable通知观察者时调用notifyObservers()，会先判断changed是否为真，为真才通知所有观察者。所以Observable的子类确定要通知观察者时，要先调用父类Observable的setChanged()，这里有个好处就是Observable的子类可以控制何时通知观察者，而不用一旦有微小的改变就立刻进行通知。

但是！！！java.util.Observable是存在一些缺陷的：
1、Observable是一个类而不是接口，更糟的是它没有实现一个接口，使用者必须设计一个类继承它。如果某类想同时具有Observable类和另一个超类的行为，就会陷入两难——因为java不支持多继承。这就限制了Observable的复用能力。
2、setChanged()是protected的——除非继承Observable，否则使用者无法创建Observable实例组合到自己的对象中去。这违反了第2个设计原则：“多用组合，少用继承”。

当然，如果java.util.Observable的缺陷不会影响你的使用，那直接利用它最方便不过了。不过其实自己实现一套观察者模式也不难~

Swing中的观察者模式

玩过Swing的同学应该知道Swing中大量使用了观察者模式，通过监听器监听控件的各种事件。这里也放个小栗子让大伙感受下：

public class SwingObserverExample {
    JFrame frame;

    public static void main(String[] args) {
        SwingObserverExample example = new SwingObserverExample();
        example.go();
    }

    public void go() {
        frame = new JFrame();

        JButton button = new JButton("Should I do it?");
        button.addActionListener(new AngelListener());
        button.addActionListener(new DevilListener());
        frame.getContentPane().add(BorderLayout.CENTER, button);

        // Set frame properties 
        frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        frame.getContentPane().add(BorderLayout.CENTER, button);
        frame.setSize(300,300);
        frame.setVisible(true);
    }

    class AngelListener implements ActionListener {
        public void actionPerformed(ActionEvent event) {
            System.out.println("Don't do it, you might regret it!");
        }
    }

    class DevilListener implements ActionListener {
        public void actionPerformed(ActionEvent event) {
            System.out.println("Come on, do it!");
        }
    }
}

观察者模式

吃完栗子可以讲正确的废话了！

观察者模式的定义：

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收到通知并自动更新。