《Head First 设计模式》笔记2

观察者模式（Observer）

定义了对象之间的一对多依赖，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。

初识

我们先来了解一下报纸和杂志的订阅是怎么回事：

1. 报社的业务就是出版报纸、杂志等各种出版物。
2. 如果我想看报社的 A 报纸和 B 杂志，那么就向报社订阅 A 报纸和 B 杂志。
3. 当他们有新的 A 报纸或 B 杂志出版时，就会向你派送，只要你是他们的订户，你就会一直收到新报纸，新杂志。
4. 如果你不想看 B 杂志了，取消订阅，他们就不会再送新的 B 杂志给你了。但不会影响你订阅的 A 报纸。
5. 只要报社还在运营，就会一直有人向他们订阅或取消报纸等出版物。

在观察者模式中，出版者报社 = 主题（subject），而我们订阅者 = 观察者（observer）。

栗子

现在有一个系统，包括三部分：

• 气象站：获取实际气象数据的物理装置。
• WeatherData 类：追踪来自气象站的数据，并更新布告板（具体怎么追踪的不用管）。
• 布告板：显示目前的天气状况。

现在的项目是，利用 WeatherData 类取得气象数据，更新三个布告板：目前状况、气象统计和天气预报。

WeatherData 类：

class WeatherData {
	private float temperature; // 温度
	private float humidity; // 湿度
	private float pressure; // 气压

	public float getTemperature() {
		return this.temperature;
	}

	public float getHumidity() {
		return this.humidity;
	}

	public float getPressure() {
		return this.pressure;
	}

	/**
	 * 一旦气象数据更新，就会被调用
	 */
	public void measurementsChanged() {
		// 你的代码
	}
}

而我们的工作就是实现 measurementsChanged，让它来更新我们的三个布告板（不用知道该方法是如何被调用的，我们只用知道该方法被调用时，我们的布告板也被更新了）。

布告板肯定还会添加或者删除的，所以项目一定要支持扩展。

错误示范

public void measurementsChanged() {
	// 获得最近的天气数据
	float temp = getTemperature();
	float humidity = getHumidity();
	float pressure = getPressure();
	// 更新三个布告板
	currentConditionsDisplay.update(temp, humidity, pressure);
	statisticsDisplay.update(temp, humidity, pressure);
	forecastDisplay.update(temp, humidity, pressure);
}

有什么问题呢？

1. 如果有添加和删除布告板的需求，那么就必须改动这些代码，不利于项目的扩展。（想一想每次都要修改、编译、打包就觉得累）
2. 这些布告板都有一个 update 方法，所以这些布告板应该用带有 update 方法的接口或抽象类替代而不是具体实现。

满足需求

一个 WeatherData 类和多个布告板有联系，并且布告板需要 WeatherData 类来通知数据，所以这里应该使用观察者模式。

定义主题接口：

interface Subject {
	// 观察者注册
	void registerObserver(Observer o);
	// 删除观察者
	void removeObserver(Observer o);
	// 通知所有观察者
	void notifyObservers();
}

观察者接口：

interface Observer {
	void update(float temperature, float humidity, float pressure);
}

布告板显示功能：

interface DisplayElement {
	void display();
}

然后就是把 WeatherData 类改造成 Subject：

class WeatherData implements Subject {
	private float temperature; // 温度
	private float humidity; // 湿度
	private float pressure; // 气压

	private List<Observer> observers; // 观察者们

	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() {
		// 通知每一个观察者更新数据
		for (Observer observer : observers) {
			observer.update(temperature, humidity, pressure);
		}
	}

	public void measurementsChanged() {
		notifyObservers();
	}

	public float getTemperature() {
		return this.temperature;
	}

	public float getHumidity() {
		return this.humidity;
	}

	public float getPressure() {
		return this.pressure;
	}

	// 模拟数据，方便测试
	public void mock(float temperature, float humidity, float pressure) {
		this.temperature = temperature;
		this.humidity = humidity;
		this.pressure = pressure;
		measurementsChanged();
	}
}

把布告板变成观察者：

class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {
	private Subject weatherData; // 保存主题，方便之后取消观察
	private float temperature;
	private float humidity;

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

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

	@Override
	public void display() {
		System.out.println("目前状况：" + temperature + " 摄氏度，" + humidity + "% 湿度");
	}
}

测试

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		WeatherData weatherData = new WeatherData();
		CurrentConditionsDisplay display1 = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
		System.out.println("通知前");
		display1.display();
		System.out.println("第一次通知后");
		weatherData.mock(25, 60, 30.4f);
		System.out.println("第二次通知后");
		weatherData.mock(20, 72, 41.7f);
	}
}

输出：
通知前
目前状况：0.0 摄氏度，0.0% 湿度
第一次通知后
目前状况：25.0 摄氏度，60.0% 湿度
第二次通知后
目前状况：20.0 摄氏度，72.0% 湿度

使用 Java 内置的观察者模式

Java 内置的 Observer 接口和 Observable 类和我们实现的 Subject 接口与 Observer 接口很相似。

这里就将使用这两个内置的接口和类重写上面的天气软件。

WeatherData 类继承 Observable 类：

import java.util.Observable;

class WeatherData extends Observable {
	private float temperature; // 温度
	private float humidity; // 湿度
	private float pressure; // 气压

	public void measurementsChanged() {
		// 指示状态已经改变；如果不指示的话，notifyObservers 无法发出通知
		// 详细看源码实现
		setChanged();
		notifyObservers();
	}

	// 观察者会利用这些 getter 方法取得 WeatherData 对象的状态
	public float getTemperature() {
		return this.temperature;
	}

	public float getHumidity() {
		return this.humidity;
	}

	public float getPressure() {
		return this.pressure;
	}

	// 模拟数据，方便测试
	public void mock(float temperature, float humidity, float pressure) {
		this.temperature = temperature;
		this.humidity = humidity;
		this.pressure = pressure;
		measurementsChanged();
	}
}

布告板实现 Observer 接口：

import java.util.Observer;

class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {
	private Observable observable;
	private float temperature;
	private float humidity;

	public CurrentConditionsDisplay(Observable observable) {
		this.observable = observable;
		this.observable.addObserver(this);
	}

	@Override
	public void update(Observable observable, Object arg) {
		// 先确定接收的是来自 WeatherData 的，而不是来自其他可观察对象的
		if (observable instanceof WeatherData) {
			WeatherData weatherData = (WeatherData) observable;
			this.temperature = weatherData.getTemperature();
			this.humidity = weatherData.getHumidity();
			display();
		}
	}

	@Override
	public void display() {
		System.out.println("目前状况：" + temperature + " 摄氏度，" + humidity + "% 湿度");
	}
}

测试

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		WeatherData weatherData = new WeatherData();
		CurrentConditionsDisplay display1 = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
		System.out.println("通知前");
		display1.display();
		System.out.println("第一次通知后");
		weatherData.mock(25, 60, 30.4f);
		System.out.println("第二次通知后");
		weatherData.mock(20, 72, 41.7f);
	}
}

输出结果和上面一致：
通知前
目前状况：0.0 摄氏度，0.0% 湿度
第一次通知后
目前状况：25.0 摄氏度，60.0% 湿度
第二次通知后
目前状况：20.0 摄氏度，72.0% 湿度

如果有多个不同的公告板，上面输出的结果顺序可能会不同，因为 Observable 类通知的先后顺序不依赖于注册的先后。比如 A、B 都订了同一份报纸，并且 A 比 B 先订阅，但派送新报纸时，可能 A 先收到，可能 B 先收到，与注册先后无关，这是松耦合的体现。

注意：WeatherData 类是通过继承 Observable 类来获得可被观察的行为的，这违背了设计原则的“多用组合，少用继承”。