设计模式（十九）观察者模式 Observer

• 模拟场景：

　　甲方提供了一个气象站的接口，气象站上面装有：温度感应装置、湿度感应装置、气压感应装置。

　　现在我们是乙方，需要设计一个 WeatherData 对象，从气象站获取数据，并且利用这些数据，更新三个布告板（当前状况、气象统计、天气预报）。

 

• 第一版解决方案：

　　通过简单地分析，我们可以很快确定一套解决方案：

　　WeatherData 提供一个 measurementsChanged() 方法，当这个方法被调用了，去实时获取气象站的数据，然后更新到三个布告板上。

public class BadWeatherData {

    @Getter
    private float temperature;
    @Getter
    private float humidity;
    @Getter
    private float pressure;

    private CurrentConditionsDisplay currentConditionDisplay;
    private StatisticsDisplay statisticsDisplay;
    private ForecastDisplay forecastDisplay;

    public BadWeatherData() {
        // some initialized function for displays
    }

    // We don't care how it be called, we only know is when it is called, we will update displays.
    public void measurementsChanged() {
        // We don't care how it gets data
        float temperature = getTemperature();
        float humidity = getHumidity();
        float pressure = getPressure();

        currentConditionDisplay.update(temperature, humidity, pressure);
        statisticsDisplay.update(temperature, humidity, pressure);
        forecastDisplay.update(temperature, humidity, pressure);
    }
}

 

• 第一套方案有什么问题？

　　显然，这是一个扩展性很差的解决方案，它有如下问题：

1. 没有针对接口编程。（Display 应该事先一个公共的接口）
2. 如果需要增加或者删除 Display，都要修改代码。
3. 不能动态地增加或者删除 Display。

 

• 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。

　　观察者模式 = 主题+观察者（Subject + Observer）。

 

• 理想的 WeatherData 设计方案：

1. Display 对象，作为观察者，需要实现统一的 Observer 接口。
2. Observer 接口，具有更新 temperature, humidity, pressure 的能力。
3. WeatherData 对象，作为主题，需要实现 Subject 接口。
4. Subject 接口，维护一个 Oberver 列表，对外提供将 Observer 加入/移除 列表的接口，并且具有通知所有 Observer 数据变化的能力。
5. Observer 可以主动 订阅/取消 Subject。

　　

• UML 类图（为了防止混乱，类图只显示一个 Display 对象）：

 

• 第二版解决方案：

public interface Subject {

    void registerObserver(Observer observer);
    void removeObserver(Observer observer);
    void notifyObservers();
}

public interface Observer {

    void update(float temperature, float humidity, float pressure);
}

public interface DisplayElement {

    void display();
}

@Data
public final class WeatherData implements Subject {

    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;

    private List<Observer> observers = new ArrayList<>();

    public void measurementsChanged() {
        notifyObservers();
    }

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

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

    @Override
    public void notifyObservers() {
        observers.forEach(observer -> observer.update(temperature, humidity, pressure));
    }
}

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);
    }

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("Current conditions: " + temperature + "F degrees and " + humidity + "% humidity");
    }

    @Override
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        display();
    }
}

public class ForecastDisplay implements Observer, DisplayElement {

    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;

    private Subject weatherData;

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

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("Will show forecast related data");
    }

    @Override
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        display();
    }
}

public class StatisticsDisplay implements Observer, DisplayElement {

    private float temperature;

    private Subject weatherData;

    public StatisticsDisplay(Subject weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registerObserver(this);
    }

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("Statistics will show average temperature");
    }

    @Override
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        display();
    }
}