java设计模式(六)--观察者模式

转载:设计模式(中文-文字版)

目录:

  1. 简单目标任务实现
  2. 观察者模式介绍
  3. 观察者模式代码实现

观察者模式是JDK中使用最多的模式之一,非常有用。我们也会一并介绍一对多关系,以及松耦合(对,没错,我们说耦合)。有了观察者,你将会消息灵通。

文章首先从一个案例入手开始介绍。这个案例是这样的,团队承包了一个气象站的气象发布系统。

工作合约
恭喜贵公司获选为敝公司建立下一代Internet气象观测站!
该气象站必须建立在我们专利申请中的W eatherD ata对象
上,由W eatherD ata对象负责追踪目前的天气状况(温度、
湿度、气压)。我们希望贵公司能建立一个应用,有三种
布告板,分别显示目前的状况、气象统计及简单的预报。
当WeatherObject对象获得最新的测量数据时,三种布告板
必须实时更新。
而且,这是一个可以扩展的气象站,Weather-O-Rama气象
站希望公布一组API,好让其他开发人员可以写出自己的
气象布告板,并插入此应用中。我们希望贵公司能提供这
样的API。
Weathe r - O-Ra m a 气象站有很好的商业营运模式:一旦客
户上钩,他们使用每个布告板都要付钱。最好的部分就是,
为了感谢贵公司建立此系统,我们将以公司的认股权支付
你。
我们期待看到你的设计和应用的alpha版本。
真挚的
Johnny Hurricane——Weather-O-Rama气象站执行长
附注:我们正通宵整理WeatherData源文件给你们。

  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)。如下图:

1.简单的实现

再次理清思路:WeatherData对象可以获取天气信息(温度,湿度,气压等),然后将这些天气信息发送给布告板。那么我们可以很简单的实现:

public class WeatherData {
// 实例变量声明
public void measurementsChanged() {
float temp = getTemperature();
float humidity = getHumidity();
float pressure = getPressure();
currentConditionsDisplay.update(temp, humidity, pressure);
statisticsDisplay.update(temp, humidity, pressure);
forecastDisplay.update(temp, humidity, pressure);
}
// 这里是其他WeatherData方法
}

  很直观,很容易理解,currentConditionsDisplay等代表三块布告板,通过measurementsChanged方法告诉三个布告板天气信息。然而,有以下几个问题:

A. 我们是针对具体实现编程,而非针对接 B. 对于每个新的布告板,我们都得修改代码。 C. 我们无法在运行时动态地增加(或删除)布告板 D. 布告板没有实现一个共同的接口。 E. 我们尚未封装改变的部分。 F. 我们侵犯了WeatherData类的封装。

 2.观察者模式

简单的认识下观察者模式。比如报纸,客户订阅报纸,然后报社发送报纸到订阅的用户手里。报社就是一个主题,而订阅的客户就是观察者。

定义:

观察者模式定义了对象之间的一对多依赖,这样一来,当一个对象改变状态时,它的所有依赖者都会收到通知并自动更新。

主题和观察者定义了一对多的关系。观察者依赖于此主题,只要主题状态一有变化,观察者就会被通知。根据通知的风格,观察者可能因此而更新。稍后你会看到,实现观察者模式的方法不只一种,但是以包含Subject与Observer接口的类设计的做法最常见。

那么,气象数据更新便可以这样设计为观察者模式:

利用观察者模式,主题是具有状态的对象,并且可以控制这些状态。也就是说,有“一个”具有状态的主题。另一方面,观察者使用这些状态,虽然这些状态并不属于他们。有许多的观察者,依赖主题来告诉他们状态何时改变了。这就产生一个关系:“一个”主题对“多个”观察者的关系。

从结果往前看很容易理解观察者模式,但如果接到了需求怎么适配到观察者模式呢?首先,明显的是一对多的订阅模式,主题天气更新后,观察者们布告板因此而更新天气。需要考虑的是布告板是不同的,风格不同,但主题只有一个或者说主题的通知方式只有一个,怎样才能使布告板统一接受规则呢?那就是接口,只要所有的布告板实现了接口的update方法,通过update方法便可以获取天气信息。由此可以获得最终设计:

刚开始看书看到这些类图可能有点头晕,别担心,那只是因为对内容还不熟悉,只要跟着敲一遍代码,一切就很容易理解了。下面就是代码实现了。

3.代码实现

3.1Subject接口

先定义主题的接口,气象站有多个,这些气象站都是一个个的主题,每个主题都可以发送天气信息给它的订阅者。为了规范信息发送格式,我们需要规定这些主题必须实现一些固定格式的方法。

/**
 * 主题:天气变化管理接口
 * Created by mrf on 2016/3/1.
 */
public interface Subject {
    //注册观察者
    public void registerObserver(Observer o);
    //移除观察者
    public void removeObserver(Observer o);
    //当天气改变时,这个方法会被调用,以通知所有的观察者
    public void notifyObservers();
}

  3.2Observer接口

同样,观察者有多个,这些观察者各不相同,但都要以相同的方式接收天气信息,那么就必须实现一个观察者的接口:

/**
 * 观察者接口
 * Created by mrf on 2016/3/1.
 */
public interface Observer {
    /**
     * 天气更新通知
     * @param temp       气象观测值:温度
     * @param humidity 气象观测值:湿度
     * @param pressure  气象观测值:压强
     */
    public void update(float temp, float humidity, float pressure);
}

  3.3Diplay接口

根据得到的信息展示可以统一成一个方式,即实现Display的显示方法,当然,各自也可以自己添加自己的方法。

/**
 * 显示信息接口:当布告板需要显示时调用此方法
 * Created by mrf on 2016/3/1.
 */
public interface DisplayElement {
    public void display();
}

  3.4WeatherData主题

接下来就是天气主题,天气主题需要实现Subject接口以统一信息管理标准

/**
 * 观察者模式--天气更新
 * 角色:主题发布者
 * Created by mrf on 2016/3/1.
 */
public class WeatherData implements Subject {
    private ArrayList observers;
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;

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

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

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

    public void notifyObservers() {
        for (int i = 0; i < observers.size(); i++) {
            Observer observer = (Observer) observers.get(i);
            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();
    }
// WeatherData的其他方法
}

  3.5一个布告板的实现CurrentConditionsDisplay

那么,最重要的观察者来了。布告板实现了接受标准和显示标准两个接口:

/**
 * 显示天气信息的布告板
 * 角色:观察者,订阅者
 * 实现Observer接口以从WeatherData中获取天气信息
 * 实现DisplayElement以显示信息
 * Created by mrf on 2016/3/1.
 */
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);
    }
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        display();
    }
    public void display() {
        System.out.println("Current conditions: " + temperature
                + "F degrees and " + humidity + "% humidity");
    }
}

  3.6测试

万事俱备,就来测试一下结果

/**
 * 观察者模式测试
 * Created by mrf on 2016/3/1.
 */
public class WeatherStationTest {
    public static void main(String[] args) {
        WeatherData weatherData = new WeatherData();
        CurrentConditionsDisplay currentDisplay =
                new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
        //其他布告板
//        StatisticsDisplay statisticsDisplay = new StatisticsDisplay(weatherData);
//        ForecastDisplay forecastDisplay = new ForecastDisplay(weatherData);
        weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);
        weatherData.setMeasurements(82, 70, 29.2f);
        weatherData.setMeasurements(78, 90, 29.2f);
    }
}

结果:

Current conditions: 80.0F degrees and 65.0% humidity
Current conditions: 82.0F degrees and 70.0% humidity
Current conditions: 78.0F degrees and 90.0% humidity

  4.松耦合的威力

设计原则:为了交互对象之间的松耦合设计而努力。 当两个对象之间松耦合,它们依然可以交互,但是不太清楚彼此的细节。观察者模式提供了一种对象设计,让主题和观察者之间松耦合。为什么呢? 关于观察者的一切,主题只知道观察者实现了某个接口(也就是Observer接口)。主题不需要知道观察者的具体类是谁、做了些什么或其他任何细节。任何时候我们都可以增加新的观察者。因为主题唯一依赖的东西是一个实现Observer接口的对象列表,所以我们可以随时增加观察者。事实上,在运行时我们可以用新的观察者取代现有的观察者,主题不会受到任何影响。同样的,也可以在任何时候删除某些观察者。 有新类型的观察者出现时,主题的代码不需要修改。假如我们有个新的具体类需要当观察者,我们不需要为了兼容新类型而修改主题的代码,所有要做的就是在新的类里实现此观察者接口,然后注册为观察者即可。主题不在乎别的,它只会发送通知给所有实现了观察者接口的对象。 我们可以独立地复用主题或观察者。如果我们在其他地方需要使用主题或观察者,可以轻易地复用,因为二者并非紧耦合。改变主题或观察者其中一方,并不会影响另一方。因为两者是松耦合的,所以只要他们之间的接口仍被遵守,我们就可以自由地改变他们。 松耦合的设计之所以能让我们建立有弹性的OO系统,能够应对变化,是因为对象之间的互相依赖降到了最低。

 5.使用java内置的观察者模式

java.util下包含了Observer接口和Observable类,这和我们之前的Subject、Observer接口很类似。使用java内置的只要做些简单修改:

这里要注意,主题要继承内置实现的Observable类,观察者实现Observer接口,而且如果主题要通知观察者必须设置setChanged()来告诉系统需要通知,这一设置的意思是为了避免某些不想发送通知的情况。比如温都每0.1更新一次,但观察者不需要这么频繁,只需要到1度以上才更新等。控制通知很重要。这里的get方法是为了实现让观察者自己拉取数据。由此,数据可以通知,也可以拉取。下面看代码实现,注意导入的包的类型:

5.1WeatherData修改

/**
 * 观察者模式
 * 角色:主题
 * 通过继承java内置的对象来实现
 * Created by mrf on 2016/3/1.
 */
public class WeatherData extends Observable {
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;
    public WeatherData() { }
    public void measurementsChanged() {
        setChanged();//设置通知标识
        notifyObservers();//通知
    }
    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;
    }
}

  5.2接收通知的观察者

/**
 * 观察者模式
 * 角色:观察者
 * 通过实现java内置的方法实现观察功能
 * Created by mrf on 2016/3/1.
 */
public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {
    Observable observable;
    private float temperature;
    private float humidity;
    public CurrentConditionsDisplay(Observable observable) {
        this.observable = observable;
        observable.addObserver(this);//注册为观察者
    }

    /**
     * 更新
     * @param obs 主题
     * @param arg 这里没有用到
     */
    public void update(Observable obs, Object arg) {//通过主题对象来更新
        if (obs instanceof WeatherData) {
            WeatherData weatherData = (WeatherData)obs;
            this.temperature = weatherData.getTemperature();
            this.humidity = weatherData.getHumidity();
            display();
        }
    }
    public void display() {
        System.out.println("Current conditions: " + temperature
                + "F degrees and " + humidity + "% humidity");
    }
}

  5.3自己拉取数据的观察者

/**
 * Created by mrf on 2016/3/1.
 */
public class ForecastDisplay implements Observer, DisplayElement {
    Observable observable;
    private float lastPresure;
    private float currentPresure =12.5f;

    public ForecastDisplay(Observable observable) {
        this.observable =observable;
    }

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("当前压强:"+currentPresure+"; 上一次压强:"+lastPresure);
    }

    @Override
    public void update(Observable obs, Object arg) {
        if (obs instanceof WeatherData) {
            lastPresure = currentPresure;
            currentPresure = ((WeatherData) obs).getPressure();
            display();
        }
    }
}

  5.4测试

/**
 * 测试拉取数据
 * Created by mrf on 2016/3/1.
 */
public class ForecastDisplayTest {
    public static void main(String[] args) {
        WeatherData weatherData = new WeatherData();
        CurrentConditionsDisplay currentDisplay =
                new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
        ForecastDisplay forecastDisplay = new ForecastDisplay(weatherData);
        weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);
        //拉取
        forecastDisplay.update(weatherData,forecastDisplay);
        currentDisplay.update(weatherData,forecastDisplay);
        weatherData.setMeasurements(82, 70, 29.2f);
        forecastDisplay.update(weatherData,forecastDisplay);
        weatherData.setMeasurements(78, 90, 39.2f);
        forecastDisplay.update(weatherData,forecastDisplay);
    }
}

  结果:

Current conditions: 80.0F degrees and 65.0% humidity
当前压强:30.4; 上一次压强:12.5
Current conditions: 80.0F degrees and 65.0% humidity
Current conditions: 82.0F degrees and 70.0% humidity
当前压强:29.2; 上一次压强:30.4
Current conditions: 78.0F degrees and 90.0% humidity
当前压强:39.2; 上一次压强:29.2

  6.java.util.Observable的黑暗面

Observable是一个类

是的,你注意到了!如同你所发现的,可观察者是一个“类”而不是一个“接口”,更糟的是,它甚至没有实现一个接口。不幸的是,java.util.Observable的实现有许多问题,限制了它的使用和复用。这并不是说它没有提供有用的功能,我们只 是想提醒大家注意一些事实。 你已经从我们的原则中得知这不是一件好事,但是,这到底会造成什么问题呢?首先,因为Observable是一个“类”,你必须设计一个类继承它。如果某类想同时具有Observable类和另一个超类的行为,就会陷入两难,毕竟Java不支持多重继承。这限制了Observable的复用潜力(而增加复用潜力不正是我们使用模式最原始的动机吗?)。再者,因为没有Observable接口,所以你无法建立自己的实现,和Java内置的Observer API搭配使用,也无法将java.util的实现换成另一套做法的实现(比方说,

Observable将关键的方法保护起来

如果你能够扩展java.util.Observable,那么Observable“可能”可以符合你的需求。否则,你可能需要像本章开头的做法那样自己实现这一整套观察者模式。不管用哪一种方法,反正你都已经熟悉观察者模式了,应该都能善用它们。如果你看看Observable API,你会发现setChanged()方法被保护起来了(被定义成protected)。那又怎么样呢?这意味着:除非你继承自Observable,否则你无法创建Observable实例并组合到你自己的对象中来。这个设计违反了第二个设计原则:“多用组合,少用继承”。

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