观察者模式（从放弃到入门）

今天分享第二个模式，观察者模式。相信作Android开发或者Java开发的童鞋都听说过这个模式，而且有很多流行的框架都是使用了观察者模式，例如著名的RxJava。而且Java中直接就自带了观察者模式，可见它有多常用。

然后文中的例子也是来自 Head First 设计模式，很棒的一本书，推荐大家看看。

废话不多说了，直接上需求：

需求1：错误示范

系统中有3个东东：气象站（温度，湿地，气压等），WeatherData对象（获取各种消息的变化），广告板（显示变化）。直接上一张书上的图好了：

1.png

注意一定，公告板只是一种展示，可能还有其他功能的公告板，获取相同的数据，但是做不同的处理。图中是做目前的状态展示，还可能有气候统计，天气预测等。
意思就是说：我们可以将 WeatherData对象看作一个消息的来源，它的各项参数会不停的变化，他的每一次变化，都需要通知广告板做出相应的处理。

那么最简单的设计就来了，既然后很多公告板，那么我的WeatherData对象中，存放他们的引用，然后当我的值变化的时候，依次调用公告板的change() 函数通知变化不久搞定了。代码如下：

WeatherData .java

public class WeatherData {
    
    CurrentConditionDisplay cDisplay;
    StaticsDisplay sDisplay;
    ForecastDisplay fDisplay;
    
    public WeatherData(){
        cDisplay = new CurrentConditionDisplay();
        sDisplay = new StaticsDisplay();
        fDisplay = new ForecastDisplay();
    }
    
    // 冲气象站获取到数据时执行更新
    public void measurementsChanged(){
        double temp = getTemperature();
        double humidity = getHumidity();
        double pressure = getPressure();
        
        cDisplay.update(temp, humidity, pressure);
        sDisplay.update(temp, humidity, pressure);
        fDisplay.update(temp, humidity, pressure);
    }
    
    public float getTemperature(){
        //TODO: 冲气象站获取温度
        return 1.0f;
    }
    
    public float getHumidity(){
        //TODO: 冲气象站获取湿度
        return 2.0f;
    }
    
    public float getPressure(){
        //TODO: 冲气象站获取气压
        return 3.0f;
    }
}

其他代码都不用看，我们关注measurementsChanged() 方法，通过 getXXX() 方法获取到变化之后，通知本类中的3个广告板对象调用 update(...) 方法，做出相应的更新。

IUpdate.java

public interface IUpdate {
    void update(double temp, double humidity, double presure);
}

ForecastDisplay.java

public class ForecastDisplay implements IUpdate{
    public void update(double temp, double humidity, double presure) {
        System.out.println("I doing forecast work:"+temp+","+humidity+","+presure);
    }

}

StaticsDisplay.java

public class StaticsDisplay implements IUpdate{

    public void update(double temp, double humidity, double presure) {
        System.out.println("I doing statics work:"+temp+","+humidity+","+presure);
    }
}

CurrentConditionDisplay .java

public class CurrentConditionDisplay implements IUpdate{

    public void update(double temp, double humidity, double presure) {
        System.out.println("I doing current work:"+temp+","+humidity+","+presure);
    }
}

客户端调用：
Main.java

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        WeatherData wd = new WeatherData();
        wd.measurementsChanged();
    }
}

输出

I doing current work:1.0,2.0,3.0
I doing statics work:1.0,2.0,3.0
I doing forecast work:1.0,2.0,3.0

首先必须说，这样写问题真是太大了：

  1. 没有面相接口编程的思想（WeatherData类中直接使用CurrentConditionDisplay ，其实可以使用 IUpdate接口
  2. 如果还有新的广告板，需要修改WeatherData
  3. 如果通知的信号（温度，湿度，气压）再增加一个风力，那么IUpdate需要修改，所有的广告版都需要修改。

需求2：观察者模式

先上一张图：

2.png

现在我们要解决上面的3个问题：

认识观察者模式

在上面的示范中，我们其实可以看作，广告板（观察者Observer），时刻关注着 WeatherData （主题Subject） 的变化，如果有变化，则通知广告板更新。看看代码：

首先提供主题和观察者两个接口：

ISubject.java

public interface ISubject {
    void registObserver(IObserver o);
    void removeObserver(IObserver o);
    void notifyObservers();
}

IObserver .java

public interface IObserver {
    public void update(double temp, double humidity, double pressure);
}

WeatherData.java

public class WeatherData implements ISubject {
    private Set<IObserver> observers = new HashSet<IObserver>();

    double temp;
    double humidity;
    double pressure;

    public void registObserver(IObserver o) {
        observers.add(o);
    }

    public void removeObserver(IObserver o) {
        observers.remove(o);
    }

    public void notifyObservers() {
        for (IObserver o : observers) {
            o.update(temp, humidity, pressure);
        }
    }

    public void mesurementsChanged(double temp, double humidity, double pressure) {
        this.temp = temp;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        
        notifyObservers();
    }
}

用一个 Set<IObserver> observers 来装所有关注这个Subject的观察者，在 mesurementsChanged() 中先更新自己的数据，然后通知所有观察者并做出反应。

CurrentConditionDisplay.java

public class CurrentConditionDisplay implements IObserver{
    
    private ISubject weatherData;
    
    public CurrentConditionDisplay(ISubject weatherData){
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registObserver(this);
    }

    public void update(double temp, double humidity, double presure) {
        System.out.println("I doing current work:"+temp+","+humidity+","+presure);
    }
}

ForecastDisplay.java

public class ForecastDisplay implements IObserver{
    
    private ISubject weatherData;
    
    public ForecastDisplay(ISubject weatherData){
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registObserver(this);
    }

    public void update(double temp, double humidity, double presure) {
        System.out.println("I doing forecast work:"+temp+","+humidity+","+presure);
    }
}

StaticsDisplay.java

public class StaticsDisplay implements IObserver{
    
    private ISubject weatherData;
    
    public StaticsDisplay(ISubject weatherData){
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registObserver(this);
    }

    public void update(double temp, double humidity, double presure) {
        System.out.println("I doing statics work:"+temp+","+humidity+","+presure);
    }
}

3个广告板类，每个包含一个要观察的主题，在初始化时添加要观察的主题，并将自己添加到主题的观察者列表中。

客户端调用：

Main.java

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        
        WeatherData weatherData = new WeatherData();
        
        IObserver cDisplay = new CurrentConditionDisplay(weatherData);
        IObserver sDisplay = new StaticsDisplay(weatherData);
        IObserver fDisplay = new ForecastDisplay(weatherData);
        
        weatherData.mesurementsChanged(1.0, 2.0, 3.0);
    }
}

改进的地方：

  1. 首先现在 WeatherData 可以添加任意多个观察者
  2. 主题和观察者解耦，类中保持的是接口对象。
  3. 观察主题的具体内容解耦了，WeatherData获取的信息，和Observer关心的数据分开。（简单的说就是，如果另外一种Observer之关心温度，也可是使用WeatherData，只是update方法不一样就可以了），但是也有不足指出，因为数据是由IObserver中的update方法决定的，这里感觉还可以改进。

需求3：Java中自带的观察者模式

Java 的 java.util包 中自带了 Observer接口和Observable类和我们前面的 Subject接口和Observer接口很像。

我们来看看使用Java的观察者模式，重写上面的例子：

WeatherData.java

public class WeatherData extends Observable {

    private double temperature;
    private double humidity;
    private double pressure;

    public WeatherData() {
    }

    public void measurementsChanged() {
        setChanged();
        notifyObservers();
    }

    public void setMeasurements(double temperature, double humidity,
            double pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        
        measurementsChanged();
    }

    public double getTemperature() {
        return temperature;
    }

    public double getHumidity() {
        return humidity;
    }

    public double getPressure() {
        return pressure;
    }
}

主要修改了几个地方：

  1. 继承自Observable，等下讲完，我们来看看Observable里面写了什么。
  2. setMeasurements()还是更新数据，然后调用notifyObservers()通知所有注册的Observer修改数据。所以我们应该关注 Observerable类中的两个方法：update() 和 notifyObservers()

CurrentConditionDisplay.java

public class CurrentConditionDisplay implements Observer {

    private Observable observable;

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

    public void update(Observable o, Object arg) {
        if (o instanceof WeatherData) {
            WeatherData wd = (WeatherData) o;
            display(wd.getTemperature(), wd.getHumidity(), wd.getPressure());
        }
    }

    public void display(double temp, double humidity, double presure) {
        System.out.println("I doing current work:" + temp + "," + humidity
                + "," + presure);
    }
}

修改的地方：

  1. 与之前一样，首先还是在构造方法中添加 主题对象，并注册自己。
  2. 然后看我们重写的方法 void update(Observable o, Object arg)，先判断发送update消息的主题对象是不是WeatherData，然后从主题中获取并更新数据。

思考

至于调用和之前一样，看到这里有些童鞋可能看出一掉猫腻，我们在需求2中最后提到，我们关心的消息是由 IObserver中的update 方法中的具体参数决定的，不够完善。但是这里呢？完全跟参数无关，到底从 WeatherData 中获取什么数据，可以任意获取。

我们还可以做一定的解耦，就是说 WeatherData 这个主题现在提供3种数据，但是我们完全可以将3中数据分开为3个主题，然后所有的观察者都关心自己的数据，而不需要通过WeatherData 同时获取3中数据。至于 update 中我们就需要判断 到底是 TemperatureData, HumidityData，还是 PressureData，将关心的消息也解耦了，不知道你理解没有。

源码Observable ， Observer 解析

public class Observable {
    private boolean changed = false;
    private Vector<Observer> obs;

    public Observable() {
        obs = new Vector<>();
    }

    public synchronized void addObserver(Observer o) {
        if (o == null)
            throw new NullPointerException();
        if (!obs.contains(o)) {
            obs.addElement(o);
        }
    }

    public synchronized void deleteObserver(Observer o) {
        obs.removeElement(o);
    }

    
    public void notifyObservers() {
        notifyObservers(null);
    }

 
    public void notifyObservers(Object arg) {
       
        Object[] arrLocal;

        synchronized (this) {
            if (!changed)
                return;
            arrLocal = obs.toArray();
            clearChanged();
        }

        for (int i = arrLocal.length-1; i>=0; i--)
            ((Observer)arrLocal[i]).update(this, arg);
    }


    public synchronized void deleteObservers() {
        obs.removeAllElements();
    }


    protected synchronized void setChanged() {
        changed = true;
    }


    protected synchronized void clearChanged() {
        changed = false;
    }


    public synchronized boolean hasChanged() {
        return changed;
    }


    public synchronized int countObservers() {
        return obs.size();
    }
}

为了节省篇幅，我狠心的把注释全删掉了，其实有很多注释的。

如果前面的内容都理解的童鞋，看这个代码也应该很好理解。套路一样，但是有一些点我们应该注意：

  1. 有 addObserver(), deleteObserver()添加和删除观察者对象
  2. 代码中用一个 changed 关键字来表示是否有改变，在发送改变前我们需要先使用setChanged()将其设置为true。 在 notifyObservers()之后自动调用 clearChanged() 恢复 changed 为false。所以不需要我们自己来重置。
  3. 我们应该注意所有的方法都是 **synchronized **的，而且存储观察者对象的集合类也是 Vector<Observer> obs，所以整个 **Observable **都是线程安全的。

还需要看一下 Observer 接口吗？

public interface Observer {
    void update(Observable o, Object arg);
}

确实精简，只有一个 update 方法。看看 Obsererable 对象中的 notifyObservers 方法 调用的 update：

 ((Observer)arrLocal[i]).update(this, arg);

对没错，就是这样调用的。

一些体会

感觉设计模式确实很有意思，但是上大学的时候，我们居然没有看这门课，我的天！！这个例子完整的结合了书本，自己的思考，以及Java的源码，感觉写下来我自己也受益匪浅。

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