设计模式之观察者模式

介绍

观察者模式(Observer)完美的将观察者和被观察的对象分离开。举个例子,用户界面可以作为一个观察者,业务数据是被观察者,用户界面观察业务数据的变化,发现数据变化后,就显示在界面上。面向对象设计的一个原则是:系统中的每个类将重点放在某一个功能上,而不是其他方面。一个对象只做一件事情,并且将他做好。观察者模式在模块之间划定了清晰的界限,提高了应用程序的可维护性和重用性。

观察者设计模式定义了对象间的一种一对多的组合关系,以便一个对象的状态发生变化时,所有依赖于它的对象都得到通知并自动刷新。

观察者模式有很多实现方式,从根本上说,该模式必须包含两个角色:观察者和被观察对象。在刚才的例子中,业务数据是被观察对象,用户界面是观察者。观察者和被观察者之间存在“观察”的逻辑关联,当被观察者发生改变的时候,观察者就会观察到这样的变化,并且做出相应的响应。如果在用户界面、业务数据之间使用这样的观察过程,可以确保界面和数据之间划清界限,假定应用程序的需求发生变化,需要修改界面的表现,只需要重新构建一个用户界面,业务数据不需要发生变化。

简单直观的例子——报刊订阅

一对多的体现在于:

  • 报社是被观察者(subject),
  • 订阅报刊的每个客户是观察者(observer)

每个客户只需要在报社订阅(注册)之后,只要报社有报刊更新就会送到每一个在报社订阅过的客户家里。客户可以在任何时间段去报社订阅。当然,也可以在任何时间段去报社取消订阅报刊,那么在之后的时间里,将不再收到任何报刊信息。

在报社订阅的行为就是观察者注册在被观察者的过程。
报社就是数据变化的源头被观察者。
客户就是依赖数据变化做出相应处理的观察者

结构如下图:

设计模式之观察者模式_第1张图片
思维图.jpg
  • 观察者
    (Observer)将自己注册到被观察对象(Subject)中,被观察对象将观察者存放在一个容器(Container)里。
  • 被观察
    被观察对象发生了某种变化(如图中的SomeChange),从容器中得到所有注册过的观察者,将变化通知观察者。
  • 撤销观察
    观察者告诉被观察者要撤销观察,被观察者从容器中将观察者去除。

观察者将自己注册到被观察者的容器中时,被观察者不应该过问观察者的具体类型,而是应该使用观察者的接口。这样的优点是:假定程序中还有别的观察者,那么只要这个观察者也是相同的接口实现即可。一个被观察者可以对应多个观察者,当被观察者发生变化的时候,他可以将消息一一通知给所有的观察者。基于接口,而不是具体的实现——这一点为程序提供了更大的灵活性。

一个天气信息展现的例子如下:

需求就是:有一个天气数据的来源WeatherData提供了温度与湿度信息。有三块面板信息用来展示温度与湿度信息。并且如果天气情况有变动,展板能实时更新显示信息。

在使用过程中有需要注意的一点是:我们的目标是为了解耦合,增强扩展性,复用性来设计的。观察者和被观察都要采用接口来实现。用里氏代换原则来互动。

所以,观察者和被观察对象之间的互动关系不能体现成类之间的直接调用,否则就将使观察者和被观察对象之间紧密的耦合起来,从根本上违反面向对象的设计的原则。无论是观察者“观察”观察对象,还是被观察者将自己的改变“通知”观察者,都不应该直接调用。

被观察者接口:

public interface Subject {
    void registerObserver(Observer observer);

    void removeObserver(Observer observer);

    void removeAll();

    void setChange();

    void notifyObservers();

    void notifyObserver(Observer observer);

    void notifyObserver(Observer observer, Object args);

    void setData(Data data);
}

观察者接口:

public interface Observer {
    void update(Data data);
}

面板展示接口,不把这个接口写在Observer中,是因为我们是面向接口编程,利用接口隔离将业务逻辑分割开来:

public interface DisplayOperation {
    void display();
}

被观察者实现类:

public class WeatherData implements Subject {

    private List observers = new ArrayList();
    private List observersCopy = new ArrayList();
    private Boolean isChange = false;
    private Data data;

    public void registerObserver(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    public void removeObserver(Observer observer) {
        int index = observers.indexOf(observer);
        if (index >= 0) {
            observers.remove(index);
        }

    }

    public void removeAll() {
        observers.clear();
    }

    public void setChange() {
        isChange = true;
    }

    public void notifyObservers() {
        if (isChange) {
            observersCopy.addAll(observers);
            for (int i = 0; i <= observersCopy.size() -1 ; i++) {
                observersCopy.get(i).update(data);
            }
            isChange = false;
        }
    }

    public void notifyObserver(Observer observer) {
        if (isChange) {
            int index = observers.indexOf(observer);
            if (index >= 0) {
                observers.get(index).update(data);
            }
        }
    }

    public void notifyObserver(Observer observer, Object args) {
        if (isChange) {
            //TOOD:VIP,专属订制观察者
        }
    }

    public void setData(Data data) {
        this.data = data;
    }
}

观察者实现类HumidityObserver TemperatureObserver:

public class HumidityObserver implements Observer , DisplayOperation{
    private Data data;
    private Subject weatherData;

    HumidityObserver(){

    }

    HumidityObserver(Subject weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        //观察者注册监听
        this.weatherData.registerObserver(this);
    }

    public void display() {
        System.out.println("Humidity:" + data.getHumidity());
        //观察者取消注册
        weatherData.removeObserver(this);
    }

    public void update(Data data) {
        this.data = data;
        display();
    }
}
public class TemperatureObserver implements Observer, DisplayOperation {
    private Data data;
    private Subject weatherData;

    TemperatureObserver(){

    }

    TemperatureObserver(Subject weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        //观察者注册监听
        this.weatherData.registerObserver(this);
    }

    public void display() {
        System.out.println("Temperature:" + data.getTemperature());
        //观察者取消注册
        weatherData.removeObserver(this);
    }

    public void update(Data data) {
        this.data = data;
        display();
    }
}

最后使用实现:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Subject weatherData = new WeatherData();
        new TemperatureObserver(weatherData);
        new HumidityObserver(weatherData);
        //以上方式让观察者持有被观察者的引用,让观察者自身可对注册/移除进行操作
//        weatherData.registerObserver(new TemperatureObserver());
//        weatherData.registerObserver(new HumidityObserver());


        //模拟数据的改变
        weatherData.setData(new Data().setTemperature(12).setHumidity(21));
        weatherData.setChange();
        //通知所有观察者新的数据
        weatherData.notifyObservers();
        
        //TOOD:还可以实现单独的定制面板等
    }
}

输出结果:

Temperature:12
Humidity:21

观察者模式,笔者建议用报刊订阅来理解。在撸码的过程中,需求是一对多,切是数据依赖以成变换的可以考虑用观察者模式。

代码传送门:https://github.com/pffo/pattern/tree/master/src/main/java/com/ffo/pattern

不足之处,请多多指教。

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