设计模式 —— 观察者模式

先来认识一下观察者模式

观察者模式（Observer），又叫发布-订阅模式（Publish/Subscribe），定义对象间一种一对多的依赖关系，使得每当一个对象改变状态，则所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。

 

一、观察者模式项目需求

天气预报项目需求，具体要求如下：

  1. 气象站可以将每天测量到的温度，湿度，气压等等以公告的形式发布出去(比如发布到自己的网站或第三方)
  2. 需要设计开放型 API，便于其他第三方也能接入气象站获取数据
  3. 提供温度、气压和湿度的接口
  4. 测量数据更新时，要能实时的通知给第三方

 

1.1 天气预报设计方案 1-普通方案

  1. WeatherData 类
  2. 传统的设计方案

普通方案代码示例：

  1. /**
  2.   显示当前天气情况（可以理解成是气象站自己的网站）
  3.  */
  4. public class CurrentConditions {
  5.     // 温度，气压，湿度
  6.     private float temperature;
  7.     private float pressure;
  8.     private float humidity;
  9.  
  10.     // 更新天气情况，是由WeatherData 来调用，使用推送模式
  11.     public void update(float temperature, float pressure, float humidity) {
  12.         this.temperature = temperature;
  13.         this.pressure = pressure;
  14.         this.humidity = humidity;
  15.         display();
  16.     }
  17.  
  18.     // 显示
  19.     public void display() {
  20.         System.out.println("***Today mTemperature: " + temperature + "****");
  21.         System.out.println("***Today mPressure: " + pressure + "****");
  22.         System.out.println("***Today mHumidity: " + humidity + "****");
  23.     }
  24. }
  1. /**
  2.  * 类是核心
  3.  * 1、包含最新的天气情况信息
  4.  * 2、含有 CurrentConditions 对象
  5.  * 3、当数据有更新时，就主动的调用 CurrentConditions 对象update方法（含display），这样他们（接入方）就看到最新的信息
  6.  */
  7. public class WeatherData {
  8.     // 温度，气压，湿度
  9.     private float temperature;
  10.     private float pressure;
  11.     private float humidity;
  12.     private CurrentConditions currentConditions;
  13.  
  14.     public WeatherData(CurrentConditions currentConditions) {
  15.         this.currentConditions = currentConditions;
  16.     }
  17.  
  18.     public float getTemperature() {
  19.         return temperature;
  20.     }
  21.  
  22.     public float getPressure() {
  23.         return pressure;
  24.     }
  25.  
  26.     public float getHumidity() {
  27.         return humidity;
  28.     }
  29.  
  30.     public void dataChange() {
  31.         // 调用 接入方的 update
  32.         currentConditions.update(getTemperature(), getPressure(), getHumidity());
  33.     }
  34.  
  35.     // 当数据有更新时，就调用setData
  36.     public void setData(float temperature, float pressure, float humidity) {
  37.         this.temperature = temperature;
  38.         this.pressure = pressure;
  39.         this.humidity = humidity;
  40.         // 调用dataChange，将最新的信息，推送给接入方 currentConditions
  41.         dataChange();
  42.     }
  43. }
  1. public class Client {
  2.     public static void main(String[] args) {
  3.         // 创建接入方 currentConditions
  4.         CurrentConditions currentConditions = new CurrentConditions();
  5.         // 创建 WeatherData 并将接入方 currentConditions 传递到WeatherData中
  6.         WeatherData weatherData = new WeatherData(currentConditions);
  7.  
  8.         // 更新天气情况
  9.         weatherData.setData(30, 150, 40);
  10.  
  11.         // 天气情况变化
  12.         System.out.println("========== 天气情况变化 ==========");
  13.         weatherData.setData(40, 160, 20);
  14.     }
  15. }

1.2 普通方案问题分析

  1. 其他第三方接入气象站获取数据的问题
  2. 无法在运行时动态的添加第三方接入者 (新浪网站)
  3. 违反 ocp 原则

在 WeatherData 中，当增加一个第三方，都需要创建一个对应的第三方的公告板对象，并加入到dataChange，不利于维护，也不是动态加入

  1. public void dataChange() {
  2.     currentConditions.update(getTemperature(), getPressure(), getHumidity());
  3. }

二、观察者模式原理

  1. 观察者模式类似订牛奶业务
  2. 奶站 / 气象局：Subject
  3. 客户 / 第三方网站：Observer

Subject：登记注册、移除和通知

  1. registerObserver 注 册
  2. removeObserver 移 除
  3. notifyObservers() 通知所有的注册的用户，根据不同需求，可以是更新数据，让用户来取，也可能是实施推送

Observer：接收输入

观察者模式：对象之间多对一依赖的一种设计方案，被依赖的对象为 Subject，依赖的对象为Observer，Subject

通知 Observer 变化,比如这里的奶站是 Subject，是 1 的一方。用户时 Observer，是多的一方

 

2.1 观察者模式解决天气预报需求

类图说明

观察者模式方案：

  1. // 观察者接口，由观察者来实现
  2. public interface Observer {
  3.     public void update(float temperature, float pressure, float humidity);
  4. }
  1. // 接口，让WeatherData 来实现
  2. public interface Subject {
  3.     public void registerObserver(Observer o);
  4.     public void removeObserver(Observer o);
  5.     public void notifyObservers();
  6. }
  1. /**
  2.   显示当前天气情况（可以理解成是气象站自己的网站）
  3.  */
  4. public class CurrentConditions implements Observer {
  5.     // 温度，气压，湿度
  6.     private float temperature;
  7.     private float pressure;
  8.     private float humidity;
  9.  
  10.     // 更新天气情况，是由WeatherData 来调用，使用推送模式
  11.     public void update(float temperature, float pressure, float humidity) {
  12.         this.temperature = temperature;
  13.         this.pressure = pressure;
  14.         this.humidity = humidity;
  15.         display();
  16.     }
  17.  
  18.     // 显示
  19.     public void display() {
  20.         System.out.println("***Today mTemperature: " + temperature + "****");
  21.         System.out.println("***Today mPressure: " + pressure + "****");
  22.         System.out.println("***Today mHumidity: " + humidity + "****");
  23.     }
  24. }
  1. public class BaiduSite implements Observer {
  2.     // 温度，气压，湿度
  3.     private float temperature;
  4.     private float pressure;
  5.     private float humidity;
  6.  
  7.     // 更新天气情况，是由WeatherData 来调用，使用推送模式
  8.     public void update(float temperature, float pressure, float humidity) {
  9.         this.temperature = temperature;
  10.         this.pressure = pressure;
  11.         this.humidity = humidity;
  12.         display();
  13.     }
  14.  
  15.     // 显示
  16.     public void display() {
  17.         System.out.println("========百度网站============");
  18.         System.out.println("*** 百度网站 mTemperature: " + temperature + "****");
  19.         System.out.println("*** 百度网站 mPressure: " + pressure + "****");
  20.         System.out.println("*** 百度网站 mHumidity: " + humidity + "****");
  21.     }
  22. }
  1. /**
  2.  * 类是核心
  3.  * 1、包含最新的天气情况信息
  4.  * 2、含有 观察者集扣，使用ArrayList管理
  5.  * 3、当数据有更新时，就主动的调用 ArrayList，通知所有的（接入方）就看到最新的信息
  6.  */
  7. public class WeatherData implements Subject {
  8.     // 温度，气压，湿度
  9.     private float temperature;
  10.     private float pressure;
  11.     private float humidity;
  12.  
  13.     // 观察者集合
  14.     private ArrayList observers;
  15.  
  16.     public WeatherData() {
  17.         observers = new ArrayList<>();
  18.     }
  19.  
  20.     public float getTemperature() {
  21.         return temperature;
  22.     }
  23.  
  24.     public float getPressure() {
  25.         return pressure;
  26.     }
  27.  
  28.     public float getHumidity() {
  29.         return humidity;
  30.     }
  31.  
  32.     public void dataChange() {
  33.         // 调用 接入方的 update
  34.         //currentConditions.update(getTemperature(), getPressure(), getHumidity());
  35.         notifyObservers();
  36.     }
  37.  
  38.     // 当数据有更新时，就调用setData
  39.     public void setData(float temperature, float pressure, float humidity) {
  40.         this.temperature = temperature;
  41.         this.pressure = pressure;
  42.         this.humidity = humidity;
  43.         // 调用dataChange，将最新的信息，推送给接入方 currentConditions
  44.         dataChange();
  45.     }
  46.  
  47.     // 注册一个观察者
  48.     @Override
  49.     public void registerObserver(Observer o) {
  50.         observers.add(o);
  51.     }
  52.  
  53.     // 移除一个观察者
  54.     @Override
  55.     public void removeObserver(Observer o) {
  56.         observers.remove(o);
  57.     }
  58.  
  59.     // 遍历所有的观察者，并通知
  60.     @Override
  61.     public void notifyObservers() {
  62.         for (int i = 0; i < observers.size(); i++) {
  63.             observers.get(i).update(this.temperature, this.pressure, this.humidity);
  64.         }
  65.     }
  66. }
  1. public class Client {
  2.     public static void main(String[] args) {
  3.         // 创建一个WeatherData
  4.         WeatherData weatherData = new WeatherData();
  5.  
  6.         // 创建观察者
  7.         CurrentConditions currentConditions = new CurrentConditions();
  8.  
  9.         // 注册到weatherData
  10.         weatherData.registerObserver(currentConditions);
  11.         weatherData.registerObserver(new BaiduSite());
  12.  
  13.         weatherData.removeObserver(currentConditions);
  14.  
  15.         // 测试
  16.         System.out.println("通知各个注册的观察者，看看信息");
  17.         weatherData.setData(10, 100, 30.3f);
  18.     }
  19. }

 

 

2.2 观察者模式的好处

  1. 观察者模式设计后，会以集合的方式来管理观察乾 (Observer)，包括注册，移除和通知
  2. 这样，我们增加观察者 (这里可以理解成一个新的客户接入进来)，就不需要去修改核心业务类 WeatherData 不会修改代码， 遵守了 ocp 原则

 

三、观察者模式在 Jdk 应用的源码分析

  1. Jdk 的 Observable 类就使用了观察者模式
  2. 代码分析+模式角色分析

模式角色分析

  • Observable 的作用和地位等价于 我们前面讲过 Subject
  • Observable 是类，不是接口，类中已经实现了核心的方法，即管理 Observer 的方法 add.. delete .. notify...
  • Observer 的作用和地位等价于我们前面讲过的 Observer，有 update
  • Observable 和 Observer 的使用方法和前面讲过的一样，只是 Observable 是类，通过继承来实现观察者模式

四、分析观察者模式

4.1 观察者模式的主要优点

  • 观察者和被观察者是抽象耦合的
  • 建立了一套触发机制

4.2 观察者模式的缺点

  • 如果一个被观察者对象有很多的直接和间接的观察者的话，将所有的观察者都通知到会花费很多时间
  • 如果观察者和观察目标间有循环依赖，可能导致系统崩溃
  • 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

4.3 观察者模式的使用场景

  • 关联行为场景
  • 事件多级触发场景
  • 跨系统的消息变换场景，如消息队列的处理机制

4.4 观察者模式应用实例

  • 手机丢了，委托别人给其他人发消息通知
  • 通知老师/老板来了
  • 拍卖，拍卖师观察最高标价，然后通知给其它竞价者竞价
  • 在一个目录下建立一个文件，会同时通知目录管理器增加目录，并通知磁盘减少空间，文件是被观察者，目录管理器和磁盘管理器是观察者
  • 猫叫了一声，吓着了老鼠，也惊到了主人，猫是被观察者，老鼠和人是观察者

4.5 观察者模式使用注意事项

  • 避免循环引用
  • 如果顺序执行，某一观察者错误会导致系统卡壳，一般采用异步方式

 

当一个对象的改变需要同时改变其它对象，并且它不知道具体有多少对象有待改变的时候，应该考虑使用观察者模式。

　　而使用观察者模式的动机在于：将一个系统分割成一系列相互协作的类有一个很不好的副作用，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，而观察者模式所做的工作就是在解除耦合。

 

文章最后，给大家推荐一些受欢迎的技术博客链接：

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