设计模式——观察者模式

观察者(Observer)模式

走进观察者模式

  • 首先,先思考订阅报纸是怎么回事

    1. 报社的业务就是出版报纸,并把报纸送给那些订阅报纸的人

    2. 向某家报社订阅报纸,只要他们有新报纸出版,就会给你送一份来,只要你是他们的客户,你就会一直收到新报纸

    3. 当你不想订报纸的时候,取消订阅,你就再也不会收到他们新出版的报纸了

    4. 只要报社还在运营,总会有人向他们订阅报纸或取消订阅报纸

  • 上面这些话看起来像是废话,但是得把他们拆开来看,观察者模式的思想就是这样的

  • 在观察者模式中,报社(出版者)称为“主题”(subject),订阅者称为“观察者”(Observer)


  • 定义: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,它的所有依赖着都会收到通知并自动更新

  • 如何理解一对多的关系?

    利用观察者模式,主题是具有状态的对象,并且可以控制这些状态。也就是说,有“一个”具有状态的主题。另一方面,观察者使用这些状态,虽然这些状态并不属于他们。有许多依赖观察者,以来主题来通知他们状态改变了。这就产生了关系:“一个”主题对“多个”观察者的关系。

  • 依赖如何产生?

    因为主题才是真正拥有数据的实体,观察者是主题的依赖者,当数据变化时更新,这样比起让许多对象控制同一份数据来,可以得到更干净的 OO (object oriented)设计

设计观察者模式

简单设计经典的观察者模式

  • 首先,定义主题接口,该接口内至少提供3个方法:registerObserver()、removeObserver()、notifyObserver()

    顾名思义,对象可以注册(register)成为观察者,对象还可以把自己移除(remove),主题还得通知(notify)依赖他的观察者们

  • 定义了主题接口,接下来可以定义一些具体主题来实现(implements)主题接口,因为是实现接口,所以必须重写接口中的所有定义方法(注册、移除、通知),当然具体主题类还可以有 setState()、getState() 方法

  • 主题部分搞定了,接下来是观察者部分,先定义一个观察者接口,接口中至少要提供 update() 方法,当主题状态改变时,该方法会被调用

  • 还可以定义一些具体的观察者类来实现观察者接口,在这些类中,必须重写观察者接口中的 update() 方法,以应对不同的业务需求

  • UML 类图(圆点表示接口):

松耦合

  • 当两个对象之间松耦合,它们依然可以交互,但是不太清楚彼此的细节,观察者模式提供了一种对象设计,让主题和观察者之间松耦合

  • 对于主题来说,主题只知道观察者实现了某个接口(也就是 Observer)接口,主题不需要知道观察者的具体是谁、做了些什么或其他任何细节

  • 任何时候我们都可以增加新的观察者,因为主题唯一依赖的东西是一个实现 Observer 接口的对象列表,所以我们可以随时增加观察者。事实上,在运行时我们可以用新的观察者取代现有的观察者,主题不会受到任何影响。同样的,也可以在任何时候删除某些观察者

  • 有新类型的观察者出现时,主题的代码不需要修改。也就是说,如果有一个新的具体类想成为某个主题的观察者,我们不需要为了兼容而修改主题的代码,只需要在新的类里实现此观察者接口,然后注册为观察者即可,主题不在乎别的,它只会发送通知给所有实现了观察者接口的对象

  • 我们可以独立地复用主题或观察者,如果我们在其他地方需要使用主题或观察者,可以轻易地复用,因为二者并非紧耦合

  • 改变主题或观察者其中一方,并不会影响另一方,因为两者是松耦合的,所以只要他们之间的接口仍被遵守,我们就可以自由地改变他们

  • 因为对象之间的互相依赖降到了最低,所以松耦合的设计能让我们建立有弹性的 OO 系统,能够应对变化,是因为对象之间的互相依赖降到了最低

模拟案例:气象观测站

  • 此系统的三个部分是气象站(获取实际气象数据的屋里装置)、WeatherData 对象(追踪来自气象站的数据,并更新公告板)和公告板(显示目前天气状况给用户看)

  • WeatherData 对象知道如何和物理气象站联系以取得更新的数据,WeatherData 对象会随即更新三个公告板的显示:目前状况(温度、湿度、气压)、气象统计和天气预报

  • UML 类图:

使用 Java 内置的观察者模式

  • java.util 包内包含了最基本的 Observer 接口与 Observable 类,这和之前设计的 Observer 接口与 Subject 接口很相似,区别是 Subject 接口变为了 Observable (可观察者),本来具体主题是要实现 Subject 接口的,现在变成了扩展(继承) Observable 类

  • 如何把对象变成观察者?

    如同之前一样,实现观察者接口(现在是实现 java 内置的 java.util.Observer 接口),然后调用 某个 Observable 对象的 addObserver() 方法,当不想再当观察者时,调用 deleteObserver() 方法就可以了

  • 可观察者如何送出通知?

    首先,需要继承 java.util.Observable 接口产生“可观察者”类,然后需要两个步骤:

    1. 先调用 setChanged() 方法,标记状态已经改变的事实

    2. 然后调用 notifyObservers() 方法 或者 notifyObservers(Object arg)

  • 观察者如何接受?

    同以前一样,观察者实现了更新的方法,但是方法的签名不太一样:

      update(Observable o, Object arg)
    

    o 主题本身当作第一个变量,好让观察者知道哪个主题通知它

    arg 这正是传入 notifyObservers() 的数据对象

    如果你想推(push)数据给观察者,你可以把数据当作数据对象传送给 notifyObservers(arg) 方法,否则,观察者就必须从可观察者对象中拉(pull)数据

  • UML 类图:

  • 注意:有多个观察者时,不能依赖特定的通知次序

java.util.Observable 的黑暗面

  • 首先它是一个类,而不是一个接口,甚至它都没有实现一个接口

  • 因为它是一个类,所以必须设计一个类来继承它,又因为 Java 只支持单继承,这就限制了 Observer 的复用潜力

  • 因为没有 Observable 接口,你无法建立自己的实现和 Java api 相配合

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