常用设计模式8：观察者模式（Java）
观察者模式（Observer Pattern）
1. 简介
观察者模式是一种行为设计模式，它定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象。这个主题对象在状态发生变化时，会通知所有观察者对象，使它们能够自动更新自己。
2. 为什么使用观察者模式？
- 松耦合：主题和观察者之间是松耦合的，主题只知道观察者实现了某个接口。
- 支持广播通信：主题可以向所有的观察者发送通知。
- 易于扩展：可以独立地增加和删除观察者，而不会影响到主题或其他观察者。
3. 观察者模式的结构
观察者模式主要包含以下角色：
- Subject（主题）：定义了添加、删除和通知观察者的接口。
- ConcreteSubject（具体主题）：实现了 Subject 接口，并维护观察者列表。
- Observer（观察者）：定义了接收通知的接口。
- ConcreteObserver（具体观察者）：实现了 Observer 接口，定义了接收到通知后的具体行为。
4. Java 实现示例
下面通过一个简单的天气监测系统来说明观察者模式：
4.1 定义观察者接口
public interface Observer {
void update(float temperature, float humidity, float pressure);
}
4.2 定义主题接口
public interface Subject {
void registerObserver(Observer o);
void removeObserver(Observer o);
void notifyObservers();
}
4.3 实现具体主题
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class WeatherData implements Subject {
private List<Observer> observers;
private float temperature;
private float humidity;
private float pressure;
public WeatherData() {
observers = new ArrayList<>();
}
@Override
public void registerObserver(Observer o) {
observers.add(o);
}
@Override
public void removeObserver(Observer o) {
observers.remove(o);
}
@Override
public void notifyObservers() {
for (Observer observer : observers) {
observer.update(temperature, humidity, pressure);
}
}
public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
this.temperature = temperature;
this.humidity = humidity;
this.pressure = pressure;
measurementsChanged();
}
public void measurementsChanged() {
notifyObservers();
}
}
4.4 实现具体观察者
public class CurrentConditionsDisplay implements Observer {
private float temperature;
private float humidity;
private Subject weatherData;
public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData) {
this.weatherData = weatherData;
weatherData.registerObserver(this);
}
@Override
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");
}
}
4.5 客户端代码
public class WeatherStation {
public static void main(String[] args) {
WeatherData weatherData = new WeatherData();
CurrentConditionsDisplay currentDisplay =
new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);
weatherData.setMeasurements(82, 70, 29.2f);
weatherData.setMeasurements(78, 90, 29.2f);
}
}
5. 观察者模式的优缺点
优点：
- 支持广播通信。
- 遵循开闭原则，可以方便地增加新的观察者。
- 建立了一套触发机制。
缺点：
- 如果观察者数量庞大，通知所有观察者会花费很多时间。
- 如果处理不当，可能会引起循环依赖。
- 观察者不知道其他观察者的存在，可能会引起意外的更新。
6. 适用场景
- 当一个对象的改变需要同时改变其他对象时。
- 当一个对象必须通知其他对象，而它又不知道这些对象是谁时。
- 当一个抽象模型有两个方面，其中一个方面依赖于另一个方面时。
7. Java 内置的观察者模式
Java 提供了内置的观察者模式支持：
java.util.Observable类（已在 Java 9 中被弃用）java.util.Observer接口（已在 Java 9 中被弃用）
虽然这些类已被弃用，但了解它们仍然有助于理解观察者模式：
import java.util.Observable;
import java.util.Observer;
public class WeatherData extends Observable {
private float temperature;
private float humidity;
private float pressure;
public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
this.temperature = temperature;
this.humidity = humidity;
this.pressure = pressure;
setChanged();
notifyObservers();
}
// Getter methods here
}
public class CurrentConditionsDisplay implements Observer {
@Override
public void update(Observable o, Object arg) {
if (o instanceof WeatherData) {
WeatherData weatherData = (WeatherData)o;
// Update display
}
}
}
8. 总结
观察者模式是一种强大的设计模式，它允许对象之间的一对多依赖关系，并支持松耦合。这种模式在事件处理系统、GUI 编程、分布式系统等多个领域都有广泛应用。尽管 Java 的内置观察者模式支持已被弃用，但这个模式的概念和原理仍然非常重要，并且可以通过自定义实现或使用现代框架和库来应用这种模式。
