First Head 设计模式之观察者模式（Observer Pattern）

前言：

这一节开始学习观察者模式，开始讲之前会先像第一节那样通过一个应用场景来引入该模式。具体场景为：气象站提供了一个WeatherData对象，该对象可以追踪获取天气的温度、气压、湿度信息，WeatherData对象会随即更新三个布告板的显示：目前状况（温度、湿度、气压）、气象统计和天气预报。

1. 基本需求：利用WeatherData对象获取数据、并更新三个布告板：目前状况、气象统计和天气预报

WeatherData类图如下：

说明：

GetTemperature()、GetHumidity()、GetPressure()分别用来获取天气温度、湿度气压，MeasurementsChanged()当气象测量更新此方法会被调用。

分析：

可以通过WeatherData的Getter方法获取三个测量值：温度、湿度、气压
气象测量更新时会调用MeasurementsChanged（）方法
需要实现三个天气数据布告板：“目前状况”、“气象统计”、“天气预报”，一旦WeatherData测到新值，这些布告也马上更新
此系统可扩展，可以随意的添加或者删除任何布告板。

实现：

public class WeatherData
{
    public void MeasurementsChanged()
    {
        float temp = GetTemperature();
        float humidity = GetHumidity();
        float pressure = GetPressure();
        currentConditionDisplay.update(temp, humidity, pressure);
        statisticsDisplay.update(temp, humidity, pressure);
        forecastDisplay.update(temp, humidity, pressure);
    }
    //其他方法
}

反思：

我们的这种实现有何不妥？

结合我们第一节中的一些面向对象的原则，这种实现方式会有如下问题：

l 针对具体实现编程，后续新增或者删除布告板必须修改程序

l 未将改变的地方封装起来

这种实现方式与面向对象的一些基本原则是相违背的，目前暂时是实现了用户的需求，但是在后续不具备可扩展行。

2. 引入观察者模式

2.1 出版者+订阅者=观察者模式

出版者：就相当于“主题”（Subject），订阅者相当于“观察者”（Observer）

当出版者（主题）发行新的报纸的时候，所有的观察者（订阅者）就可以收到最新的报纸，同时，当新的观察者（订阅者）加入时，也可以收到最新的报纸，当观察者（订阅者）退订报纸后，就再也收不到新的报纸。

2.2 定义观察者模式

观察者模式定义了对象之间一对多依赖，这样一来，当一个对象状态改变时，它的所有依赖者都会收到通知并自动更新。

主题和观察者定义一对多的关系。观察者依赖于此主题，只要主题状态一有变化，观察者就会被通知，根据通知的风格，观察者可能因此新值而更新。

观察者模式：类图

2.3设计原则：为了交互对象之间的松耦合设计而努力

松耦合的威力

l 当两个对象之间松耦合，它们依然可以交互，但是不清楚彼此的细节。

l 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。

说明：

主题只知道观察者实现了某个接口（IObserver接口），不需要知道观察者是谁，或其他细节。
任何时候都可以增加或者删除的观察者，主题唯一依赖的是一个实现了IObserver接口的对象列表。
新的类型观察者出现时，主题代码不需要修改，只需要在新类型里实现观察者接口，然后注册为观察者即可。
可以独立的复用主题或观察者，因为二者松耦合。
改变主题或者观察者，并不会影响另一方。因为二者松耦合。

松耦合的设计之所以能让我们建立有弹性的OO系统，能够应对变化，是因为对象之间的相互依赖讲到了最低。

3. 利用观察者模式设计并实现气象站

3.1 设计气象站

类图：

3.2具体实现

3.2.1主题、观察者、显示接口

/// Description:对象、观察者、显示接口
    /// </summary>
    public interface ISubject
    {
        void RegisterObserver(IObserver o);//注册观察者
        void RemoveObserver(IObserver o);//删除观察者
        void NotifyObervers();//通知观察者
    }

    public interface IObserver
    {
        void Update(float temp, float humidity, float pressure);
    } 

    public interface IDisplayElement
    {
        void Display();
    }

3.2.2 WeatherData类：注册、删除、通知观察者

    /// Description:WeatherData 注册、删除、通知观察者
    /// </summary>
    public class WeatherData:ISubject
    {
        private ArrayList observers;
        private float temperature;
        private float humidity;
        private float pressure;

        public WeatherData()
        {
            observers = new ArrayList();//初始化obervers，用来存储注册的观察者
        }

        /// <summary>
        /// 注册观察者
        /// </summary>
        /// <param name="o"></param>
        public void RegisterObserver(IObserver o)
        {
            observers.Add(o);
        }

       /// <summary>
       /// 删除观察者
        /// </summary>
        /// <param name="o"></param>
        public void RemoveObserver(IObserver o)
       {
            int i = observers.IndexOf(o);
            if (i >= 0)
                observers.Remove(o);
        }

        /// <summary>
        /// 通知观察者
        /// </summary>
        public void NotifyObervers()
        {
            foreach (IObserver o in observers)
            {
                o.Update(temperature, humidity, pressure);
            }
        }

        /// <summary>
        /// 当从气象站得到更新观测值时，通知观察者
        /// </summary>
        public void MeasurementsChanged()
        {
            NotifyObervers();
        }

        /// <summary>
        ///
        /// </summary>
        /// <param name="temperature"></param>
        /// <param name="humidity"></param>
       /// <param name="pressure"></param>
        public void SetMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure)
        {
            this.temperature = temperature;
            this.humidity = humidity;
            this.pressure = pressure;
            MeasurementsChanged();
        }
    }

3.2.3 布告板类，实现了IObserver、IDisplayElement接口

    /// Description:创建布告板
    /// </summary>
    public class CurrentConditionsDisplay:IObserver,IDisplayElement
    {
        private float temperature;
        private float humidity;
        private ISubject weatherData;

        public CurrentConditionsDisplay(ISubject weatherData)
        {
            this.weatherData = weatherData;
            weatherData.RegisterObserver(this);
        }

        public void Update(float temperature, float humidity, float pressure)
        {
            this.temperature = temperature;
            this.humidity = humidity;
            Display();
        }
        public void Display()
        {
            Console.WriteLine("Current coditions: " + temperature + "F degress and " + humidity + "% humidity");
        }
    }

3.2.4 测试

WeatherStation.WeatherData weatherData = new WeatherStation.WeatherData();
WeatherStation.CurrentConditionsDisplay currentDisplay = new WeatherStation.CurrentConditionsDisplay(weatherData);
weatherData.SetMeasurements(10, 20, 30);

结果如下：

4.
Java内置的观察者模式

Java内置的观察者模式，许多功能都已经事先准备好了，甚至可以用推（push）或拉（pull）的方式传送数据。

使用java内置观察者模式实现气象站的OO设计类图，如下：

Java内置观察者模式与我们在3小节中明显的差异是WeatherData继承自Observable类，并集成了一些增加、删除、通知观察者的方法。

l 将对象变成观察者

首先还是要实现Observer（观察者）接口，其次调用Observable对象的addObserver()方法即可。

l 可观察者（主题）送出通知

先调用setChanged()方法，标记状态已经改变的事实。
调用notifyObservers()方法（该方法有2个，任意一个皆可）：notifyObservers()或notifyObservers(Object arg)

l 观察者接收通知

观察者实现了Observer的接口，方法签名如下：

update(Observable o,Object arg)

第一个参数为主题本身，让观察者知道是哪个主题通知它的

第二个参数是传入notifyObservers()的数据对象

如果想用“推”的方式将数据给观察者，则可以把数据当做数据对象的方式传给notifyObservers(arg)

如果想用“拉”的方式将数据给观察者，则需要在update（）中，通过WeatherData的getTemperature()等方法获取对应的气象值。

缺陷：

Java内置的观察者模式中Observable是一个类，你必须设计一个类去继承它。如果某类相同时具有Observable类和另一个超类的行为，就无法实现，因为java不支持多继承。

同时也限制了Observable的复用能力。

同时，Observable API将setChanged()方法保护了起来，除非继承自Observable类，否则无法创建Observable实例组合到自己的对象中，也违背了面向对象设计的第二个原则：多用组合，少用继承。

5.
总结

l OO原则：

封装变化

多用组合，少用继承

针对接口编程，不针对实现编程

对交互对象之间的松耦合设计而努力（新的OO原则，松耦合的设计更有弹性，更能应对变化）

l OO模式：

观察者模式—在对象之间定义一对多的依赖，这样一来，当一个对象改变状态，依赖它的对象都会收到通知，并自动更新。

时间： 2025-01-01 14:01:23