設(shè)計(jì)模式之觀(guān)察者模式

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文章中的例子和思路均來(lái)自于《Head First》

剛剛開(kāi)通了微信公眾號(hào)：BaronTalk，之前專(zhuān)欄上的文章也陸續(xù)完成了搬遷。后續(xù)會(huì)持續(xù)保質(zhì)保量的輸出，還在等什么？！關(guān)注一波吧?。?！ :-)

場(chǎng)景

我們接到一個(gè)來(lái)自氣象局的需求：氣象局需要我們構(gòu)建一套系統(tǒng)，這系統(tǒng)有兩個(gè)公告牌，分別用于顯示當(dāng)前的實(shí)時(shí)天氣和未來(lái)幾天的天氣預(yù)報(bào)。當(dāng)氣象局發(fā)布新的天氣數(shù)據(jù)（WeatherData）后，兩個(gè)公告牌上顯示的天氣數(shù)據(jù)必須實(shí)時(shí)更新。氣象局同時(shí)要求我們保證程序擁有足夠的可擴(kuò)展性，因?yàn)楹笃陔S時(shí)可能要新增新的公告牌。

概況

這套系統(tǒng)中主要包括三個(gè)部分：氣象站（獲取天氣數(shù)據(jù)的物理設(shè)備）、WeatherData（追蹤來(lái)自氣象站的數(shù)據(jù)，并更新公告牌）、公告牌（用于展示天氣數(shù)據(jù)）


WeatherStation

WeatherData知道如何跟氣象站聯(lián)系，以獲得天氣數(shù)據(jù)。當(dāng)天氣數(shù)據(jù)有更新時(shí)，WeatherData會(huì)更新兩個(gè)公告牌用于展示新的天氣數(shù)據(jù)。

錯(cuò)誤示范

我們先來(lái)看看隔壁老王的實(shí)現(xiàn)：

public class WeatherData {

    //實(shí)例變量聲明
    ...
    
    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);
    }
    ...
}

上面這段代碼是典型的針對(duì)實(shí)現(xiàn)編程，這會(huì)導(dǎo)致我們以后增加或刪除公告牌時(shí)必須修改程序。我們現(xiàn)在來(lái)看看觀(guān)察者模式，然后再回來(lái)看看如何將觀(guān)察者模式應(yīng)用到這個(gè)程序。

觀(guān)察者模式介紹

觀(guān)察者模式面向的需求是：A對(duì)象（觀(guān)察者）對(duì)B對(duì)象（被觀(guān)察者）的某種變化高度敏感，需要在B變化的一瞬間做出反應(yīng)。舉個(gè)例子，新聞里喜聞樂(lè)見(jiàn)的警察抓小偷，警察需要在小偷伸手作案的時(shí)候?qū)嵤┳ゲ?。在這個(gè)例子里，警察是觀(guān)察者、小偷是被觀(guān)察者，警察需要時(shí)刻盯著小偷的一舉一動(dòng)，才能保證不會(huì)錯(cuò)過(guò)任何瞬間。程序里的觀(guān)察者和這種真正的【觀(guān)察】略有不同，觀(guān)察者不需要時(shí)刻盯著被觀(guān)察者（例如A不需要每隔1ms就檢查一次B的狀態(tài)），二是采用注冊(cè)(Register)或者成為訂閱(Subscribe)的方式告訴被觀(guān)察者：我需要你的某某狀態(tài)，你要在它變化時(shí)通知我。采取這樣被動(dòng)的觀(guān)察方式，既省去了反復(fù)檢索狀態(tài)的資源消耗，也能夠得到最高的反饋速度。

觀(guān)察者模式通常基于Subject和Observer接口類(lèi)來(lái)設(shè)計(jì)，下面是是類(lèi)圖：

Observer

觀(guān)察者模式的應(yīng)用

結(jié)合上面的類(lèi)圖，我們現(xiàn)在將觀(guān)察者模式應(yīng)用到WeatherData項(xiàng)目中來(lái)。于是有了下面這張類(lèi)圖：


ObserverForWeatherStation

主題接口

/**
* 主題（發(fā)布者、被觀(guān)察者）
*/
public interface Subject {

    /**
     * 注冊(cè)觀(guān)察者
     */
    void registerObserver(Observer observer);

    /**
     * 移除觀(guān)察者
     */
    void removeObserver(Observer observer);

    /**
     * 通知觀(guān)察者
     */
    void notifyObservers(); 
}

觀(guān)察者接口

/**
 * 觀(guān)察者
 */
public interface Observer {
    void update();
}

公告牌用于顯示的公共接口

public interface DisplayElement {
    void display();
}

下面我們?cè)賮?lái)看看WeatherData是如何實(shí)現(xiàn)的

public class WeatherData implements Subject {

    private List<Observer> observers;

    private float temperature;//溫度
    private float humidity;//濕度
    private float pressure;//氣壓
    private List<Float> forecastTemperatures;//未來(lái)幾天的溫度

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

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

    @Override
    public void removeObserver(Observer observer) {
        this.observers.remove(observer);
    }

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

    public void measurementsChanged() {
        notifyObservers();
    }

    public void setMeasurements(float temperature, float humidity, 
    float pressure, List<Float> forecastTemperatures) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        this.forecastTemperatures = forecastTemperatures;
        measurementsChanged();
    }

    public float getTemperature() {
        return temperature;
    }

    public float getHumidity() {
        return humidity;
    }

    public float getPressure() {
        return pressure;
    }

    public List<Float> getForecastTemperatures() {
        return forecastTemperatures;
    }
}

顯示當(dāng)前天氣的公告牌CurrentConditionsDisplay

public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {

    private WeatherData weatherData;

    private float temperature;//溫度
    private float humidity;//濕度
    private float pressure;//氣壓

    public CurrentConditionsDisplay(WeatherData weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        this.weatherData.registerObserver(this);
    }

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("當(dāng)前溫度為：" + this.temperature + "℃");
        System.out.println("當(dāng)前濕度為：" + this.humidity);
        System.out.println("當(dāng)前氣壓為：" + this.pressure);
    }

    @Override
    public void update() {
        this.temperature = this.weatherData.getTemperature();
        this.humidity = this.weatherData.getHumidity();
        this.pressure = this.weatherData.getPressure();
        display();
    }
}

顯示未來(lái)幾天天氣的公告牌ForecastDisplay

public class ForecastDisplay implements Observer, DisplayElement {

    private WeatherData weatherData;

    private List<Float> forecastTemperatures;//未來(lái)幾天的溫度

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

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("未來(lái)幾天的氣溫");
        int count = forecastTemperatures.size();
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            System.out.println("第" + i + "天:" + forecastTemperatures.get(i) + "℃");
        }
    }

    @Override
    public void update() {
        this.forecastTemperatures = this.weatherData.getForecastTemperatures();
        display();
    }
}

到這里，我們整個(gè)氣象局的WeatherData應(yīng)用就改造完成了。兩個(gè)公告牌CurrentConditionsDisplay和ForecastDisplay實(shí)現(xiàn)了Observer和DisplayElement接口，在他們的構(gòu)造方法中會(huì)調(diào)用WeatherData的registerObserver方法將自己注冊(cè)成觀(guān)察者，這樣被觀(guān)察者WeatherData就會(huì)持有觀(guān)察者的應(yīng)用，并將它們保存到一個(gè)集合中。當(dāng)被觀(guān)察者``WeatherData狀態(tài)發(fā)送變化時(shí)就會(huì)遍歷這個(gè)集合，循環(huán)調(diào)用觀(guān)察者公告牌更新數(shù)據(jù)的方法。后面如果我們需要增加或者刪除公告牌就只需要新增或者刪除實(shí)現(xiàn)了Observer和DisplayElement`接口的公告牌就好了。

觀(guān)察者模式將觀(guān)察者和主題（被觀(guān)察者）徹底解耦，主題只知道觀(guān)察者實(shí)現(xiàn)了某一接口（也就是Observer接口）。并不需要觀(guān)察者的具體類(lèi)是誰(shuí)、做了些什么或者其他任何細(xì)節(jié)。任何時(shí)候我們都可以增加新的觀(guān)察者。因?yàn)橹黝}唯一依賴(lài)的東西是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了Observer接口的對(duì)象列表。

好了，我們測(cè)試下利用觀(guān)察者模式重構(gòu)后的程序：

public class ObserverPatternTest {

    public static void main(String[] args) {

        WeatherData weatherData = new WeatherData();
        CurrentConditionsDisplay currentConditionsDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
        ForecastDisplay forecastDisplay = new ForecastDisplay(weatherData);

        List<Float> forecastTemperatures = new ArrayList<Float>();
        forecastTemperatures.add(22f);
        forecastTemperatures.add(-1f);
        forecastTemperatures.add(9f);
        forecastTemperatures.add(23f);
        forecastTemperatures.add(27f);
        forecastTemperatures.add(30f);
        forecastTemperatures.add(10f);
        weatherData.setMeasurements(22f, 0.8f, 1.2f, forecastTemperatures);
    }
}

輸出結(jié)果：

當(dāng)前溫度為：22.0℃
當(dāng)前濕度為：0.8
當(dāng)前氣壓為：1.2
未來(lái)幾天的氣溫
第0天:22.0℃
第1天:-1.0℃
第2天:9.0℃
第3天:23.0℃
第4天:27.0℃
第5天:30.0℃
第6天:10.0℃

源碼地址：
https://github.com/BaronZ88/DesignPatterns/tree/master/src/com/baron/patterns/observer

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