Java设计模式-观察者模式

《Head First Design Patterns》—The Observer Pattern

引言

报纸订阅

可以从报纸或杂志的订阅方式去了解观察者模式是什么

报纸或杂志的订阅方式：

从上面的订阅方式可以这样认为观察者模式：

Publishers + Subscribers = Observer Pattern
报纸出版商 + 订阅者 = 观察者模式

we call the publisher the SUBJECT and the subscribers the OBSERVERS.
报纸出版商称为SUBJECT(目标)，订阅者称为OBSERVERS(观察者)

继续解释

开始时

状态改变时

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观察者模式

通过上面例子已经生动形象得展示了什么是观察者模式

定义

The Observer Pattern defines a one-to-many dependency between objects so that when one object changes state, all of its dependents are notified and updated automatically.

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收到通知并自动更新。

结合定义与之前的例子

Subject和Observer定义了一对多的关系。Observer依赖于此Subject，只要Subject状态一有变化，Observer就会被通知。根据通知的风格，Observer可能因为值的更新而更新。
实现观察者模式的方法不只一种，但是以包含Subject与Observer接口的类设计的做法最常见。

类图

观察者模式提供了一种对象设计，让Subject和Observer之间松耦合。

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。

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为什么可以松耦合？

1. 关于Observer的一切，Subject只知道Observer实现了某个接口（也就是Observer接口）。Subject不需要知道Observer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Observer。因为Subject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Observer。事实上，在运行时我们可以用新的Observer取代现有的Observer，Subject不会受到任何影响。同样的，也可以在任何时候删除某些Observer。

3. 有新类型的Observer出现时，Subject的代码不需要修改。假如我们有个新的具体类需要当Observer，我们不需要为了兼容新类型而修改Subject的代码，所有要做的就是在新的类里实现此Observer接口，然后注册为Observer即可。Subject不在乎别的，它只会发送通知给所有实现了Observer接口的对象。

4. 我们可以独立地复用Subject或Observer。如果我们在其他地方需要使用Subject或Observer，可以轻易地复用，因为二者并非紧耦合。

5. 改变Subject或Observer其中一方，并不会影响另一方。因为两者是松耦合的，所以只要他们之间的接口仍被遵守，我们就可以自由地改变他们。

气象监测应用

情况介绍

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实现

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Subject接口

/**
 * @author GreenHatHG
 **/
public interface Subject {

    /**
     * 这两个方法都需要一个Observer作为变量，该Observer是用来注册或被删除的。
     * @param o
     */
    public void regeisterObserver(Observer o);
    public void removeObserver(Observer o);

    /**
     * 当Subject状态改变时，这个方法会被调用，用以通知所有的Observer
     */
    public void notifyObservers();

}

Observer接口

/**
 * 所有的Observer都必须实现update()方法，以实现Observer接口。
 * @author GreenHatHG
 **/
public interface Observer {

    /**
     * 当气象观测值改变时，Subject会把这些状态作为方法参数传递给Observer
     * @param temp 温度
     * @param humidity 湿度
     * @param pressure 气压
     */
    public void update(float temp, float humidity, float pressure);
}

DisplayElement接口

/**
 * @author GreenHatHG
 **/
public interface DisplayElement {

    /**
     * 当布告板需要显示时，调用此方法
     */
    public void display();
}

WeatherData

import java.util.ArrayList;

/**
 * @author GreenHatHG
 **/
public class WeatherData implements Subject {

    private ArrayList<Observer> observers;
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;

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

    /**
     * 注册Observer
     * @param o
     */
    public void registerObserver(Observer o) {
        observers.add(o);
    }

    /**
     * 移除Observer
     * @param o
     */
    public void removeObserver(Observer o) {
        int i = observers.indexOf(o);
        if (i >= 0) {
            observers.remove(i);
        }
    }

    /**
     * 我们把状态告诉每一个Observer，因为Observer都实现了apdate（），所以我们知道如何通知它们。
     */
    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(temperature, humidity, pressure);
        }
    }

    /**
     * 当气象站得到更新观测值时，我们通知Observer
     */
    public void measurementsChanged() {
        notifyObservers();
    }

    /**
     * 可以从别的地方设置观测值，不一定从气象站
     * @param temperature
     * @param humidity
     * @param pressure
     */
    public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        measurementsChanged();
    }

    public float getTemperature() {
        return temperature;
    }

    public float getHumidity() {
        return humidity;
    }

    public float getPressure() {
        return pressure;
    }

}

布告板

CurrentConditionsDisplay

/**
 * 实现了Observer接口，所以可以从WeatherData对象获得值
 * 也实现了DisplayElement接口，因为规定所有的布告板都必须实现此接口
 * @author GreenHatHG
 **/

public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {
    private float temperature;
    private float humidity;
    /**
     * 为什么要保存WeacherData的引用？
     * 以后我们可能想要取消注册，如果已经有了对Subject的引用会比较方使。
     */
    private Subject weatherData;

    /**
     * 注册
     * @param weatherData
     */
    public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registerObserver(this);
    }

    /**
     * 当update被调用时， 把温度和湿度保存起来，调用display()显示
     * @param temperature
     * @param humidity 湿度
     * @param pressure 气压
     */
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        display();
    }

    /**
     * 只是将最近的温度和湿度显示出来
     */
    public void display() {
        System.out.println("Current conditions: " + temperature
                + "F degrees and " + humidity + "% humidity");
    }
}

StatisticsDisplay

/**
 * @author GreenHatHG
 **/
public class StatisticsDisplay implements Observer, DisplayElement {
    private float maxTemp = 0.0f;
    private float minTemp = 200;
    private float tempSum= 0.0f;
    private int numReadings;
    private WeatherData weatherData;

    public StatisticsDisplay(WeatherData weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registerObserver(this);
    }

    public void update(float temp, float humidity, float pressure) {
        tempSum += temp;
        numReadings++;

        if (temp > maxTemp) {
            maxTemp = temp;
        }

        if (temp < minTemp) {
            minTemp = temp;
        }

        display();
    }

    public void display() {
        System.out.println("Avg/Max/Min temperature = " + (tempSum / numReadings)
                + "/" + maxTemp + "/" + minTemp);
    }
}

测试

/**
 * @author GreenHatHG
 **/
public class WeatherStation {

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

        CurrentConditionsDisplay currentDisplay =
                new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
        StatisticsDisplay statisticsDisplay = new StatisticsDisplay(weatherData);

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

输出:

Current conditions: 80.0F degrees and 65.0% humidity
Avg/Max/Min temperature = 80.0/80.0/80.0
Current conditions: 82.0F degrees and 70.0% humidity
Avg/Max/Min temperature = 81.0/82.0/80.0
Current conditions: 78.0F degrees and 90.0% humidity
Avg/Max/Min temperature = 80.0/82.0/78.0

JDK内置实现

Implementation with Observer

首先需要说明的是java.util.observer已经在jdk9中被弃用了：

[JDK-8154801] deprecate Observer and Observable - Java Bug System

Implementation with PropertyChangeListener

Observer is deprecated in Java 9. What should we use instead of it? - Stack Overflow

stackoverflow相关讨论指出：我们可以使用 PropertyChangeEvent and PropertyChangeListener实现

WeacherData

package jdk9;

import java.beans.PropertyChangeListener;
import java.beans.PropertyChangeSupport;

/**
 * @author GreenHatHG
 **/
public class WeatherData {

    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;

    /**
     * 必须有PropertyChangeSupport实例的引用
     * 当类属性发生变化时，有助于发送通知给Observers
     */
    private PropertyChangeSupport support;

    public WeatherData() {
        support = new PropertyChangeSupport(this);
    }

    /**
     * 添加Observer
     * @param pcl
     */
    public void addPropertyChangeListener(PropertyChangeListener pcl) {
        support.addPropertyChangeListener(pcl);
    }

    public void removePropertyChangeListener(PropertyChangeListener pcl) {
        support.removePropertyChangeListener(pcl);
    }

    /**
     * 设置数据
     * @param temperature
     * @param humidity
     * @param pressure
     */
    public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
        //当状态改变时，通知Observers
        //参数:属性名称,新值,旧值
        support.firePropertyChange("temperature", this.temperature, temperature);
        support.firePropertyChange("humidity", this.humidity, humidity);
        support.firePropertyChange("pressure", this.pressure, pressure);
        
        //这里设置的顺序和Observer获得顺序保持一样
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
    }

    public float getTemperature() {
        return temperature;
    }

    public float getHumidity() {
        return humidity;
    }

    public float getPressure() {
        return pressure;
    }

}

CurrentConditionsDisplay

package jdk9;

import java.beans.PropertyChangeEvent;
import java.beans.PropertyChangeListener;

/**
 * @author GreenHatHG
 **/
public class CurrentConditionsDisplay implements PropertyChangeListener {
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;

    @Override
    public void propertyChange(PropertyChangeEvent evt) {
        //获取值的顺序和WeatherData设置的顺序一样
        this.temperature = (float) evt.getNewValue();
        this.humidity = (float) evt.getNewValue();
        this.pressure = (float) evt.getNewValue();
        display();
    }

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

WeatherStation

package jdk9;

/**
 * @author GreenHatHG
 **/
public class WeatherStation {

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

        CurrentConditionsDisplay currentDisplay =
                new CurrentConditionsDisplay();

        weatherData.addPropertyChangeListener(currentDisplay);

        weatherData.setMeasurements(78, 90, 29.2f);
    }
}

观察者模式与MVC

模型(Model)，视图(View)和控制器(Controller)

模型可对应于观察者模式中的Subject，而视图对应于Observer，控制器可充当两者之间的中介者

当模型层的数据发生改变时，视图层将自动改变其显示内容

总结

优点

1. 可以实现表示层和数据逻辑层的分离

2. 在观察目标和观察者之间建立一个抽象的耦合

3. 支持广播通信，简化了一对多系统设计的难度

4. 符合开闭原则，增加新的具体观察者无须修改原有系统代码，在具体观察者与观察目标之间不存在关联关系的情况下，增加新的观察目标也很方便

缺点

1. 将所有的观察者都通知到会花费很多时间

2. 如果存在循环依赖时可能导致系统崩溃

3. 没有相应的机制让观察者知道所观察的目标对象是怎么发生变化的，而只是知道观察目标发生了变化

适用环境

1. 一个抽象模型有两个方面，其中一个方面依赖于另一个方面，将这两个方面封装在独立的对象中使它们可以各自独立地改变和复用

2. 一个对象的改变将导致一个或多个其他对象发生改变，且并不知道具体有多少对象将发生改变，也不知道这些对象是谁

3. 需要在系统中创建一个触发链