java设计模式 - 观察者模式

2017-04-22 本文已影响128人步积

一、概述

观察者模式是对象的行为模式，又叫发布-订阅(Publish/Subscribe)模式、模型-视图(Model/View)模式、源-监听器(Source/Listener)模式或从属者(Dependents)模式。
观察者模式定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象。这个主题对象在状态上发生变化时，会通知所有观察者对象，使它们能够自动更新自己。

将一个系统分割成一个一些类相互协作的类有一个不好的副作用，那就是需要维护相关对象间的一致性。我们不希望为了维持一致性而使各类紧密耦合，这样会给维护、扩展和重用都带来不便。观察者就是解决这类的耦合关系的。

二、观察者模式结构

观察者模式类图

涉及到的角色分别为

抽象主题(Subject)角色：抽象主题角色把所有对观察者对象的引用保存在一个聚集（比如ArrayList对象）里，每个主题都可以有任何数量的观察者。抽象主题提供一个接口，可以增加和删除观察者对象，抽象主题角色又叫做抽象被观察者(Observable)角色。
具体主题(ConcreteSubject)角色：将有关状态存入具体观察者对象；在具体主题的内部状态改变时，给所有登记过的观察者发出通知。具体主题角色又叫做具体被观察者(Concrete Observable)角色。
抽象观察者(Observer)角色：为所有的具体观察者定义一个接口，在得到主题的通知时更新自己，这个接口叫做更新接口。
具体观察者(ConcreteObserver)角色：存储与主题的状态自恰的状态。具体观察者角色实现抽象观察者角色所要求的更新接口，以便使本身的状态与主题的状态像协调。如果需要，具体观察者角色可以保持一个指向具体主题对象的引用。

三、代码示例

抽象观察者

提供观察者状态变更方法

public interface Observer {
    /**
     * 更新观察者状态方法
     * @param state 新的状态
     */
    public void update(String state);
}

抽象主题者

抽象主题定义观察者对象列表，提供新增和删除观察者方法，并通知观察者状态变化

public abstract class Subject {
    /**
     * 观察者对象列表
     */
    private List<Observer> list = new ArrayList<Observer>();

    /**
     * 新增观察者，将观察者对象放入观察者对象列表中
     * @param observer 观察者对象
     */
    public void attach (Observer observer) {
        list.add(observer);
        System.out.println("Attached new observer");
    }

    /**
     * 删除观察者，从观察者对象列表中删除观察者
     * @param observer 观察者对象
     */
    public void detach (Observer observer) {
        list.remove(observer);
        System.out.println("Detach a observer");
    }

    /**
     * 通知观察者状态变更，逐个遍历观察者对象列表，调用观察者状态变更方法
     * @param newState 新的状态
     */
    public void nodifyObservers(String newState) {
        for (Observer observer : list) {
            observer.update(newState);
        }
    }
}

具体主题对象

提供状态定义，状态变更方法，调用观察者通知方法

public class ConcreateSubject extends Subject {
    /**
     * 对象状态
     */
    private String state;

    /**
     * 获取状态
     * @return 返回状态值
     */
    public String getState() {
        return state;
    }

    /**
     * 状态变更方法，修改状态，并将状态通知观察者对象
     * @param newState 新的状态
     */
    public void change(String newState) {
        this.state = newState;
        System.out.println("State change to " + this.state);
        this.nodifyObservers(this.state);
    }
}

具体观察者对象

定义观察者状态，实现具体处理业务

public class ConcreateObserver implements Observer {
    //观察者状态
    private String observerState;

    /**
     * 更新观察者状态方法
     * @param state 新的状态
     */
    public void update(String state) {
        this.observerState = state;
        System.out.println("Observer state is " + this.observerState);
    }
}

在创建了一个客户端调用代码后：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建具体主题角色类的实例
        ConcreateSubject subject = new ConcreateSubject();

        //创建观察者角色实例
        Observer observer = new ConcreateObserver();

        //将观察者对象登记到主题角色对象上
        subject.attach(observer);

        //修改主题角色状态
        subject.change("State1");
    }
}

执行结果为：

Attached new observer
State change to State1
Observer state is State1

首先需要创建具体主题对象，创建观察者对象，并将观察者对象注册到主题对象中。
然后在调用主题对象的修改状态方法时，先会修改主题对象中状态值，然后调用父类中观察者通知方法nodifyObservers()，逐个循环通知所有观察者列表中的观察者状态变更。

推模型和拉模型

在观察者模式中，又分为推模型和拉模型两种方式。

推模型
主题对象向观察者推送主题的详细信息，不管观察者是否需要，推送的信息通常是主题对象的全部或部分数据。
拉模型
主题对象在通知观察者的时候，只传递少量信息。如果观察者需要更具体的信息，由观察者主动到主题对象中获取，相当于是观察者从主题对象中拉数据。一般这种模型的实现中，会把主题对象自身通过update()方法传递给观察者，这样在观察者需要获取数据的时候，就可以通过这个引用来获取了。

根据上面的描述，发现前面的例子就是典型的推模型，下面给出一个拉模型的实例。

拉模型的抽象观察者类

拉模型通常都是把主题对象当做参数传递。

public interface ObserverGet {
    /**
     * 直接传入主题对象，观察者使用主题对象获取主题对象中需要的信息
     * @param subject 主题对象
     */
    public void update(Subject subject);
}

拉模型的具体观察者对象

public class ConcreateObserverGet implements ObserverGet {
    private String observerState;
    public void update(Subject subject) {
        //保证对象同目标对象类型一致
        observerState = ((ConcreateSubject)subject).getState();

        System.out.println("ObserverGet state is " + this.observerState);
    }
}

拉模型的抽象主题对象

由于拉模型获取的内容为具体的主题对象，因此需要在推送主题对象状态时，给出具体主题对象，由观察者对象根据具体主题对象进行业务处理。

public abstract class Subject {
    /**
     * 观察者对象列表
     */
    private List<ObserverGet> list = new ArrayList<ObserverGet>();

    /**
     * 新增观察者，将观察者对象放入观察者对象列表中
     * @param observerGet 观察者对象
     */
    public void attach (ObserverGet observerGet) {
        list.add(observerGet);
        System.out.println("Attached new observer");
    }

    /**
     * 删除观察者，从观察者对象列表中删除观察者
     * @param observerGet 观察者对象
     */
    public void detach (ObserverGet observerGet) {
        list.remove(observerGet);
        System.out.println("Detach a observer");
    }

    /**
     * 通知观察者状态变更，逐个遍历观察者对象列表，调用观察者状态变更方法
     */
    public void nodifyObservers() {
        for (ObserverGet observer : list) {
            observer.update(this);
        }
    }
}

执行结果为：

Attached new observer
State change to State1
ObserverGet state is State1

同推模型相比，拉模型在进行观察者状态通知时，就不需要传递参数，直接传递对象本身即可。

两种模式的比较

推模型是假定主题对象知道观察者需要的数据；而拉模型是主题对象不知道观察者具体需要什么数据，没有办法的情况下，干脆把自身传递给观察者，让观察者自己去按需要取值。
推模型可能会使得观察者对象难以复用，因为观察者的update()方法是按需要定义的参数，可能无法兼顾没有考虑到的使用情况。这就意味着出现新情况的时候，就可能提供新的update()方法，或者是干脆重新实现观察者；而拉模型就不会造成这样的情况，因为拉模型下，update()方法的参数是主题对象本身，这基本上是主题对象能传递的最大数据集合了，基本上可以适应各种情况的需要。

JAVA提供的对观察者模式的支持

在JAVA语言的java.util库里面，提供了一个Observable类以及一个Observer接口，构成JAVA语言对观察者模式的支持。

Observer接口

这个接口只定义了一个方法，即update()方法，当被观察者对象的状态发生变化时，被观察者对象的notifyObservers()方法就会调用这一方法。

public interface Observer {
    void update(Observable o, Object arg);
}

Observable类

被观察者类都是java.util.Observable类的子类。java.util.Observable提供公开的方法支持观察者对象，这些方法中有两个对Observable的子类非常重要：一个是setChanged()，另一个是notifyObservers()。
第一方法setChanged()被调用之后会设置一个内部标记变量，代表被观察者对象的状态发生了变化。第二个是notifyObservers()，这个方法被调用时，会调用所有登记过的观察者对象的update()方法，使这些观察者对象可以更新自己。

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

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

    /**
     * 新增一个观察者对象到观察者对象列表中，如果观察者对象列表为空，则提示空指针异常
     */
    public synchronized void addObserver(Observer o) {
        if (o == null)
            throw new NullPointerException();
        if (!obs.contains(o)) {
            obs.addElement(o);
        }
    }

    /**
     * 从观察者对象列表中删除一个观察者对象
     */
    public synchronized void deleteObserver(Observer o) {
        obs.removeElement(o);
    }

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

    /**
     * 如果调用方法`hasChanged()`表明对象已改变，则通知所有注册观察者对象
     * 通过调用观察者对象的`update()`方法。
     * 然后调用方法`clearChanged()`复位对象修改状态，重新开始判断
     */
    public void notifyObservers(Object arg) {
        /*
         * 一个数组，保存当前正在进行监控的观察者对象
         */
        Object[] arrLocal;

        synchronized (this) {
            /* 我们不希望观察者对象在保持监控的时候回调任何代码
             * 这个方法将会提取每个观察者对象的状态，因此需要使用同步事务锁
             * 但是通知观察者对象方法不需要
             * 最糟糕的情况是下面两种
             * 1) 新增的观察者对象将会错过正在进行中的通知
             * 2) 一个最近未注册的观察者将在其不需要的时候收到通知
             */
            if (!changed)
                return;
            arrLocal = obs.toArray();
            clearChanged();
        }

        for (int i = arrLocal.length-1; i>=0; i--)
            ((Observer)arrLocal[i]).update(this, arg);
    }

    /**
     * 清空观察者对象列表
     */
    public synchronized void deleteObservers() {
        obs.removeAllElements();
    }

    /**
     * 当被观察的对象，也就是主题对象发生变更时，调用此方法
     * 然后调用`hasChanged()`方法就会返回true
     */
    protected synchronized void setChanged() {
        changed = true;
    }

    /**
     * 重置变化状态为未变化
     */
    protected synchronized void clearChanged() {
        changed = false;
    }

    /**
     * 判断主题对象是否发生改变
     */
    public synchronized boolean hasChanged() {
        return changed;
    }

    /**
     * 得到观察者对象列表中观察者对象数量
     */
    public synchronized int countObservers() {
        return obs.size();
    }
}

这个类代表一个被观察者对象，有时称之为主题对象。一个被观察者对象可以有数个观察者对象，每个观察者对象都是实现Observer接口的对象。在被观察者发生变化时，会调用Observable的notifyObservers()方法，此方法调用所有的具体观察者的update()方法，从而使所有的观察者都被通知更新自己。

怎样使用JAVA对观察者模式的支持

这里给出一个非常简单的例子，说明怎样使用JAVA所提供的对观察者模式的支持。
在这个例子中，被观察对象叫做Watched；而观察者对象叫做Watcher。Watched对象继承自java.util.Observable类；而Watcher对象实现了java.util.Observer接口。另外有一个Test类扮演客户端角色。

被观察者对象类，继承Observable

public class Watched extends Observable {
    private String data;
    public String getData() {
        return data;
    }
    public void setData(String data) {
        if (this.data != data) {
            this.data = data;
            //对象值发生变更，设置对象已发生改变
            setChanged();
            System.out.println("Data changed to : " + data);
        }
        //通知观察者对象们
        notifyObservers();
    }
}

创建具体观察者对象类，实现Observer接口

public class Watcher implements java.util.Observer {
    public Watcher(Observable observable) {
        observable.addObserver(this);
    }
    public void update(Observable o, Object arg) {
        System.out.println("Data hasChanged to : " + ((Watched)o).getData());
    }
}

测试代码

public class TestObserver {
    public static void main(String[] args) {
        //创建被观察对象，也就是具体主题对象
        Watched watched = new Watched();
        //创建具体观察者对象，并且将观察者对象添加到被观察者对象的观察者兑现列表中
        java.util.Observer watcher = new Watcher(watched);

        //修改被观察者对象内容
        watched.setData("START");
        watched.setData("END");
        watched.setData("STOP");
    }
}

执行结果为：

Data changed to : START
Data hasChanged to : START
Data changed to : END
Data hasChanged to : END
Data changed to : STOP
Data hasChanged to : STOP

首先创建被观察对象Watched，然后创建观察者对象watcher，并且调用构造方法，添加到被观察者对象的观察者对象列表中。
在被观察对象修改内容时，在内容变化的情况下，修改被观察对象的变更状态为已改变。然后调用通知观察者对象方法notifyObservers，传递自身对象。
观察者对象接受到update方法的调用后，处理被观察者对象，并获取其中内容。

参考：
《JAVA与模式》之观察者模式

java设计模式 - 观察者模式

一、概述

二、观察者模式结构

三、代码示例

抽象观察者

抽象主题者

具体主题对象

具体观察者对象

推模型和拉模型

拉模型的抽象观察者类

拉模型的具体观察者对象

拉模型的抽象主题对象

两种模式的比较

JAVA提供的对观察者模式的支持

Observer接口

Observable类

怎样使用JAVA对观察者模式的支持

被观察者对象类，继承Observable

创建具体观察者对象类，实现Observer接口

测试代码

猜你喜欢

热点阅读

java设计模式 - 观察者模式

一、 概述

二、 观察者模式结构

三、 代码示例

抽象观察者

抽象主题者

具体主题对象

具体观察者对象

推模型和拉模型

拉模型的抽象观察者类

拉模型的具体观察者对象

拉模型的抽象主题对象

两种模式的比较

JAVA提供的对观察者模式的支持

Observer接口

Observable类

怎样使用JAVA对观察者模式的支持

被观察者对象类，继承Observable

创建具体观察者对象类，实现Observer接口

测试代码

猜你喜欢

热点阅读

一、概述

二、观察者模式结构

三、代码示例