设计模式之观察者模式

2019-12-09 本文已影响0人戴先森Davi

观察者模式定义

观察者模式（Observer Pattern）：定义了对象之间的一种一对多依赖关系，使得每当一个对象状态发生改变时，其相关依赖对象皆得到通知并被自动更新。

观察者模式是一种对象“行为型”模式。

观察者模式的使用场景

事件多级触发场景
跨系统的消息交换场景，如消息队列，事件总线的处理机制。

观察者模式UML类图

观察者模式类图head_fisrt.png

角色介绍：

Subject：抽象主题，也就是被观察者（Observable)的角色，抽象主题角色把所有的观察者对象的引用保存在一个集合里，每个主题都可以有任意数量的观察者，抽象主题提供一个接口，可以增加和删除观察者对象。
ConcreteSubject: 具体主题，该角色将有关状态存入具体观察者对象，在具体主题内部状态发生改变时，给所有注册的观察者发出通知，具体主题角色又叫做具体被观察者（ConcreateSubject）角色。
Observer: 抽象观察者，该角色是观察者的抽象类，它定义了一个更新接口，使得在得到主题的更改通知时更新自己。
ConcreteObserver: 具体的观察者，该角色实现抽象观察者角色所定义的更新接口，以便在主题的状态发生变化时更新自身的状态。

场景

我们接到一个来自气象局的需求：气象局需要我们构建一套系统，这系统有两个公告牌，分别用于显示当前的实时天气和未来几天的天气预报。当气象局发布新的天气数据（WeatherData）后，两个公告牌上显示的天气数据必须实时更新。气象局同时要求我们保证程序拥有足够的可扩展性，因为后期随时可能要新增新的公告牌。

分析

此系统中的三个部分是气象站(获取实际气象数据的物理装置)、WeatherData对
象(追踪来自气象站的数据，并更新布告板)和布告板(显示目前天气状况给用
户看)。

气象站.png
WeatherData对象知道如何跟物理气象站联系，以取得更新的数据。WeatherData对
象会随即更新三个布告板的显示:目前状况(温度、湿度、气压)、气象统计和天
气预报。

先看一个错误示范：

public class WeatherData {

    //实例变量声明
    ...

    public void measurementsChanged() {

        float temperature = getTemperature();
        float humidity = getHumidity();
        float pressure = getPressure();
        List<Float> forecastTemperatures = getForecastTemperatures();

        //更新公告牌
        currentConditionsDisplay.update(temperature, humidity, pressure);
        forecastDisplay.update(forecastTemperatures);
    }
    ...
}

上面的实现有问题的地方：
a. 针对具体实现编程，而非针对接口编程
b. 对于每个新的布告板，我们都得修改代码
c. 无法在运行时动态的增加（或删除）布告板
d.尚未封装改变的部分

下面我们看下用观察者模式的实现：

气象站观察者模式类图.png

代码如下：

主题接口

public interface Subject {
    void registerObserver(Observer o);

    void removeObserver(Observer o);

    void notifyObservers();
}

观察者接口

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

公告牌用于显示的公共接口

public interface DisplayElement {
    void display();
}

WeatherData的实现

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

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

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

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

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

    public void measurementsChanged() {
        notifyObservers();
    }

    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;
    }
}

显示当前天气观测值的布告板

public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {
    private float temperature;
    private float humidity;
    private Subject weatherData;

    public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        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("当前状况:");
        System.out.println("温度 : " + temperature
                + "度" + "  湿度 : " + humidity);
        System.out.println();
    }
}

显示最小，平均和最大的观测值布告板

public class StatisticsDisplay implements Observer, DisplayElement {
    private float maxTemp = 0.0f;
    private float minTemp = 200;
    private float tempSum = 0.0f;
    private int numReadings;
    private Subject weatherData;

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

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

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

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

        display();
    }

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("统计显示: ");
        System.out.println("平均温度: " + (tempSum / numReadings));
        System.out.println("最高温度: " + maxTemp);
        System.out.println("最低温度: " + minTemp);
        System.out.println();
    }
}

显示天气预报的布告板

public class ForecastDisplay implements Observer, DisplayElement {
    private float currentPressure = 29.92f;
    private float lastPressure;
    private Subject weatherData;

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

    @Override
    public void update(float temp, float humidity, float pressure) {
        lastPressure = currentPressure;
        currentPressure = pressure;

        display();
    }

    @Override
    public void display() {
        System.out.print("天气预报: \n");
        if (currentPressure > lastPressure) {
            System.out.println("天气将好转!");
        } else if (currentPressure == lastPressure) {
            System.out.println("明天天气和今天相同!");
        } else if (currentPressure < lastPressure) {
            System.out.println("小心阴雨天气!");
        }
        System.out.println();
    }
}

测试下利用观察者模式重构后的程序:

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

        CurrentConditionsDisplay currentConditionsDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
        StatisticsDisplay statisticsDisplay = new StatisticsDisplay(weatherData);
        ForecastDisplay forecastDisplay = new ForecastDisplay(weatherData);

        weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);
    }
}

输出结果：

当前状况:
温度 : 80.0度湿度 : 65.0

统计显示:
平均温度: 80.0
最高温度: 80.0
最低温度: 80.0

天气预报:
天气将好转!

总结：

观察者模式主要的作用就是对象解耦，将观察者与被观察者完全隔离，只依赖于Observer和
Observable抽象。

优点：

观察者和被观察者之间是抽象耦合，应对业务变化;
增强系统灵活性、可扩展性。

缺点：

在应用观察者模式时需要考虑一下开发效率和运行效率问题，程序中包括一个被观察者、多个
观察者、开发和调试等内容会比较复杂，而且在Java中消息的通知默认是顺序执行，一个观察者
卡顿，会影响整体的执行效率，在这种情况下，一般考虑采用异步的方式。

Android源码中的设计模式：

BaseAdapter
BroadcastReceiver

参考资料
《Head First 设计模式》
《Android 源码设计模式解析与实战》