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設計模式之觀察者模式（一）

  • 2019 年 12 月 25 日
  • 筆記

前面兩篇已經帶大家走進了設計模式的世界，了解了策略模式，還有基本的OO基礎和OO原則，不知道你是否能讀懂以及了解呢。接下來，我們就要進入第二個模式的學習了，觀察者模式，讓我們來一窺究竟吧。

觀察者模式是JDK中使用最多的模式之一，可以幫你的對象知悉情況，不會錯過該對象感興趣的事。對象甚至在運行時可決定是否要繼續被通知。並且後續還會一併介紹一對多關係，以及松耦合。有了觀察者，消息會變得更靈通。

還是老樣子，舉例說明吧。有一個氣象站，由WeatherData對象負責追蹤目前的天氣情況（溫度、濕度、氣壓）。現在需要建立一個應用，有三種布告板，分別顯示目前的狀況、氣象統計及簡單的預報。當WeatherObject對象獲得最新的測量數據時，三種布告板必須實時更新。重點就是實時更新，那我們就明白了，觀察者模式是最好不過了。具體的情況如下圖所示：

image

現在已經提供了WeatherData類，對比剛才的需求，來做進一步的分析。

image 我們知道些什麼？

  • WeatherData類具有getter方法，可以取得三個測量值：溫度、濕度和氣壓
  • 當新的測量數據備妥時，measurementsChanged()方法就會被調用
  • 我們需要實現三個使用天氣數據的布告板：「目前狀況」布告，「氣象統計」布告，「天氣預報」布告。一旦WeatherData有新的測量，這些布告必須馬上更新
  • 此系統必須可擴展，讓其他開發人員建立定製的布告板，用戶可以隨心所欲地添加或刪除任何布告板。目前初始布告板有三類：「目前狀況」布告、「氣象統計」布告、「天氣預報」布告

如果按照上圖提供的框架，我們在measurementsChanged()方法內部會有多個update的代碼，因為我們有三個布告板，就會有三個冗餘代碼調用update，而且根據針對具體實現編程，會導致我們以後再增加或刪除布告板時必須修改程序來達到目的。所以我們需要用觀察者模式來進行優化這個流程。

public void measurementsChanged() {      float temp = getTemperature();      float humidity = getHumidity();      float pressure = getPressure();        // 這裡都是調用update方法      currentConditionDisplay.update(temp,humidity,pressure);      statisticsDisplay.update(temp,humidity,pressure);      forecastDisplay.update(temp,humidity,pressure);  }

認識觀察者模式

觀察者模式 = 出版者 + 訂閱者 就如同訂閱報紙一樣，你向某家報社訂閱了報紙，只要他們有報紙出版，就會給你送一份過來。當你不想看報，不再訂閱的時候，他們自然就不會繼續為你送報紙，這個是用戶主動的行為。主要報社還存在，你就可以訂閱/取消訂閱報紙，來達到觀察的效果。

所以，我們的觀察者也是這麼回事。我們在這裡稱之為主題（Subject）和觀察者（Observer）。當主體內數據改變，就會通知觀察者；觀察者訂閱主題，就能在主題數據更新時收到消息。如果對象已經取消訂閱，那就失去了和主題的聯繫，獨立開來，收不到消息。更形象點表達就用下圖表示：

image

在真實世界中，觀察者模式就會被定義成：

觀察者模式

定義了對象之間的一對多依賴，這樣一來，當一個對象改變狀態時，它的所有依賴者都會收到通知並自動更新。

主題和觀察者定義了一對多的關係。觀察者依賴於此主題，只要主題狀態一有變化，觀察者就會被通知。根據通知風格，觀察者可能因此新值而更新。

總結成類圖就是

image

這裡還涉及到一個知識點，就是松耦合的概念。當兩個對象之間松耦合，他們依然可以交互，但是不太清楚彼此的細節。觀察者模式提供了一種對象設計，讓主題和觀察者之間松耦合。這就是這節裏面提及的一個設計原則：為了交互對象之間的松耦合設計而努力 松耦合的設計之所以能讓我們建立有彈性的OO系統，能夠應對變化，是因為對象之間的互相依賴降到了最低。

所以重點來啦，剛才的氣象站，你自己構想的設計圖是如何的呢。我引用了書本中的設計圖，快來看看你的，你們之間有何異同。

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看到這裡，其實可能很多人也都知道，Java內置的JDK是有觀察者模式的支持的，我自己之前也用過，甚至說用的還行。但是這個我們放在下次講解。這次，我們先自己動手，結合上面提到的特點，以及上面的類圖來實現。提升下我們自己動手的能力。開始咯

實現氣象站

public interface Subject {      // 註冊觀察者對象      public void registerObserver(Observer o);      // 刪除觀察者對象      public void removeObserver(Observer o);      // 當主題狀態改變時，這個方法會被調用，以通知所有的觀察者      public void notifyObservers();  }    /**   *   * @Title: update   * @Description: 當氣象觀測值改變時候，主題會把這些狀態值當做方法的參數，傳遞給觀察者   * @param temp  溫度   * @param humidity  濕度   * @param pressure 氣壓   * @throws   */  public void update(float temp, float humidity, float pressure);    /**   *   * @Title:   * @Description: DisplayElement 接口只包含一個方法。當布告板需要顯示時，調用此方法   * @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中實現主題接口

public class WeatherData implements Subject {        private ArrayList observers;      private float temperature;      private float humidity;      private float pressure;        public WeatherData() {          observers = new ArrayList();      }        // 當註冊觀察者時，我們只要把它加到ArrayList中即可      @Override      public void registerObserver(Observer o) {          observers.add(o);      }        // 當觀察者想取消註冊，我們把它從ArrayList中刪除      @Override      public void removeObserver(Observer o) {          int i = observers.indexOf(o);          if (i >= 0) {              observers.remove(i);          }      }        // 我們把狀態告訴每一個觀察者。因為觀察者都實現了update(),所以我們知道如何通知它們      @Override      public void notifyObservers() {          for (int i = 0; i < observers.size(); i++) {              Observer observer = (Observer)observers.get(i);              observer.update(temperature, humidity, pressure);          }      }        // 當從氣象站得到更新觀測值時，我們通知觀察者      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: 實現Observer接口，所以可以從WeatherData對象中獲得改變   * 也實現了DisplayElement接口，因為我們的API規定所有布告板都必須實現此接口   */  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);      }        // 當update()被調用時，我們把溫度和濕度保存起來，然後調用display()      @Override      public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {          this.temperature = temperature;          this.humidity = humidity;          display();      }        // 顯示溫度和濕度      @Override      public void display() {          System.out.println("Current conditions: " + temperature + " F degrees and " + humidity + "% humidity");      }  }

啟動氣象站

public class WeatherStation {      public static void main(String[] args) {          // 建立有一個WeatherData對象          WeatherData weatherData = new WeatherData();            // 建立布告板，把WeatherData對象傳給它們          CurrentConditionDisplay currentConditionDisplay = new CurrentConditionDisplay(weatherData);            weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);      }  }    // 結果  Current conditions: 80.0 F degrees and 65.0% humidity

至此，我們根據一系列的流程，自己動手實現了氣象站的觀察者模式，是不是很酷，是不是覺得自己很棒，給自己鼓個掌吧。

觀察者模式的第一部分就先到這裡，我們從拿到題材，到理解觀察者模式，再到設計類圖，最後到功能實現，都是一步一個腳印，踏踏實實地在走。文中說的不明白的地方，可以繼續討論完善。這次學到了一個設計模式，一個設計原則，又一次鞏固了類圖的畫法，小夥伴們覺得有收穫嗎？

觀察者模式的下篇，會繼續完善這個模式，用Java自帶的觀察者進行實現，並對觀察者作出總結。我們下次再會。

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