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设计模式之观察者模式（一）

  • 2019 年 12 月 25 日
  • 筆記

前面两篇已经带大家走进了设计模式的世界，了解了策略模式，还有基本的OO基础和OO原则，不知道你是否能读懂以及了解呢。接下来，我们就要进入第二个模式的学习了，观察者模式，让我们来一窥究竟吧。

观察者模式是JDK中使用最多的模式之一，可以帮你的对象知悉情况，不会错过该对象感兴趣的事。对象甚至在运行时可决定是否要继续被通知。并且后续还会一并介绍一对多关系，以及松耦合。有了观察者，消息会变得更灵通。

还是老样子，举例说明吧。有一个气象站，由WeatherData对象负责追踪目前的天气情况（温度、湿度、气压）。现在需要建立一个应用，有三种布告板，分别显示目前的状况、气象统计及简单的预报。当WeatherObject对象获得最新的测量数据时，三种布告板必须实时更新。重点就是实时更新，那我们就明白了，观察者模式是最好不过了。具体的情况如下图所示：

image

现在已经提供了WeatherData类，对比刚才的需求，来做进一步的分析。

image 我们知道些什么？

  • WeatherData类具有getter方法，可以取得三个测量值：温度、湿度和气压
  • 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天气数据的布告板：“目前状况”布告，“气象统计”布告，“天气预报”布告。一旦WeatherData有新的测量，这些布告必须马上更新
  • 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。目前初始布告板有三类：“目前状况”布告、“气象统计”布告、“天气预报”布告

如果按照上图提供的框架，我们在measurementsChanged()方法内部会有多个update的代码，因为我们有三个布告板，就会有三个冗余代码调用update，而且根据针对具体实现编程，会导致我们以后再增加或删除布告板时必须修改程序来达到目的。所以我们需要用观察者模式来进行优化这个流程。

public void measurementsChanged() {      float temp = getTemperature();      float humidity = getHumidity();      float pressure = getPressure();        // 这里都是调用update方法      currentConditionDisplay.update(temp,humidity,pressure);      statisticsDisplay.update(temp,humidity,pressure);      forecastDisplay.update(temp,humidity,pressure);  }

认识观察者模式

观察者模式 = 出版者 + 订阅者 就如同订阅报纸一样，你向某家报社订阅了报纸，只要他们有报纸出版，就会给你送一份过来。当你不想看报，不再订阅的时候，他们自然就不会继续为你送报纸，这个是用户主动的行为。主要报社还存在，你就可以订阅/取消订阅报纸，来达到观察的效果。

所以，我们的观察者也是这么回事。我们在这里称之为主题（Subject）和观察者（Observer）。当主体内数据改变，就会通知观察者；观察者订阅主题，就能在主题数据更新时收到消息。如果对象已经取消订阅，那就失去了和主题的联系，独立开来，收不到消息。更形象点表达就用下图表示：

image

在真实世界中，观察者模式就会被定义成：

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。

主题和观察者定义了一对多的关系。观察者依赖于此主题，只要主题状态一有变化，观察者就会被通知。根据通知风格，观察者可能因此新值而更新。

总结成类图就是

image

这里还涉及到一个知识点，就是松耦合的概念。当两个对象之间松耦合，他们依然可以交互，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。这就是这节里面提及的一个设计原则：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。

所以重点来啦，刚才的气象站，你自己构想的设计图是如何的呢。我引用了书本中的设计图，快来看看你的，你们之间有何异同。

image

看到这里，其实可能很多人也都知道，Java内置的JDK是有观察者模式的支持的，我自己之前也用过，甚至说用的还行。但是这个我们放在下次讲解。这次，我们先自己动手，结合上面提到的特点，以及上面的类图来实现。提升下我们自己动手的能力。开始咯

实现气象站

public interface Subject {      // 注册观察者对象      public void registerObserver(Observer o);      // 删除观察者对象      public void removeObserver(Observer o);      // 当主题状态改变时，这个方法会被调用，以通知所有的观察者      public void notifyObservers();  }    /**   *   * @Title: update   * @Description: 当气象观测值改变时候，主题会把这些状态值当做方法的参数，传递给观察者   * @param temp  温度   * @param humidity  湿度   * @param pressure 气压   * @throws   */  public void update(float temp, float humidity, float pressure);    /**   *   * @Title:   * @Description: DisplayElement 接口只包含一个方法。当布告板需要显示时，调用此方法   * @Copyright:   * @Company:   * @author:XuYue   * @version:Neon.3 Release (4.6.3)   * @Create Date Time: 2019年3月26日 下午3:59:19   * @Update Date Time: 2019年3月26日 下午3:59:19   * @see   */  public interface DisplayElement {      public void display();  }

在WeatherData中实现主题接口

public class WeatherData implements Subject {        private ArrayList observers;      private float temperature;      private float humidity;      private float pressure;        public WeatherData() {          observers = new ArrayList();      }        // 当注册观察者时，我们只要把它加到ArrayList中即可      @Override      public void registerObserver(Observer o) {          observers.add(o);      }        // 当观察者想取消注册，我们把它从ArrayList中删除      @Override      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观察者。因为观察者都实现了update(),所以我们知道如何通知它们      @Override      public void notifyObservers() {          for (int i = 0; i < observers.size(); i++) {              Observer observer = (Observer)observers.get(i);              observer.update(temperature, humidity, pressure);          }      }        // 当从气象站得到更新观测值时，我们通知观察者      public void measurementsChanged() {          notifyObservers();      }        public void setMeasurements(float temperature,float humidity,float pressure) {          this.temperature = temperature;          this.humidity = humidity;          this.pressure = pressure;          measurementsChanged();      }    }

建立布告板

/**   *   * @Title:   * @Description: 实现Observer接口，所以可以从WeatherData对象中获得改变   * 也实现了DisplayElement接口，因为我们的API规定所有布告板都必须实现此接口   */  public class CurrentConditionDisplay implements Observer, DisplayElement {        private float temperature;      private float humidity;      private Subject weatherData;        public CurrentConditionDisplay(Subject weatherData) {          this.weatherData = weatherData;          weatherData.registerObserver(this);      }        // 当update()被调用时，我们把温度和湿度保存起来，然后调用display()      @Override      public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {          this.temperature = temperature;          this.humidity = humidity;          display();      }        // 显示温度和湿度      @Override      public void display() {          System.out.println("Current conditions: " + temperature + " F degrees and " + humidity + "% humidity");      }  }

启动气象站

public class WeatherStation {      public static void main(String[] args) {          // 建立有一个WeatherData对象          WeatherData weatherData = new WeatherData();            // 建立布告板，把WeatherData对象传给它们          CurrentConditionDisplay currentConditionDisplay = new CurrentConditionDisplay(weatherData);            weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);      }  }    // 结果  Current conditions: 80.0 F degrees and 65.0% humidity

至此，我们根据一系列的流程，自己动手实现了气象站的观察者模式，是不是很酷，是不是觉得自己很棒，给自己鼓个掌吧。

观察者模式的第一部分就先到这里，我们从拿到题材，到理解观察者模式，再到设计类图，最后到功能实现，都是一步一个脚印，踏踏实实地在走。文中说的不明白的地方，可以继续讨论完善。这次学到了一个设计模式，一个设计原则，又一次巩固了类图的画法，小伙伴们觉得有收获吗？

观察者模式的下篇，会继续完善这个模式，用Java自带的观察者进行实现，并对观察者作出总结。我们下次再会。

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