深入理解观察者模式（Observer Pattern）
简介：
观察者模式是一种行为设计模式，它允许对象（称为观察者）订阅另一个对象（称为主题）的状态变化。当主题状态发生改变时，观察者会被通知并进行相应的更新。
为什么使用观察者模式？
在现实生活中，我们经常会遇到这样的情况：当一个对象的状态发生改变时，其他对象也需要做出相应的变化。观察者模式提供了一种松耦合的方式来实现这种通信机制，使得主题和观察者之间的依赖关系更加灵活。
核心概念
- 主题（Subject）: 主题是被观察的对象，它会维护一组观察者，并提供方法来添加、删除和通知观察者。
- 观察者（Observer）: 观察者是订阅主题状态变化的对象，当主题状态发生改变时，观察者会接收到通知并执行相应的更新操作。
观察者模式的结构
- Subject（主题）:
注册和移除观察者的方法
通知观察者的方法
- Observer（观察者）:
更新方法，用于接收主题状态的变化
观察者模式的 UML 类图如下所示：
+-------------+ +----------------+ | Subject | -----> | Observer | +-------------+ +----------------+ | + attach(o) | | + update() | | + detach(o) | +----------------+ | + notify() | +-------------+
假设我们有一个简单的气象站应用，气象站会定期测量温度、湿度和气压。我们希望当气象数据发生变化时，能够实时地通知给注册的观察者。
- 让我们通过一个简单的气象站应用来演示观察者模式的实现。
- WeatherStation.java
import java.util.ArrayList; import java.util.List; // 主题接口 interface Subject { // 注册观察者 void registerObserver(Observer observer); // 移除观察者 void removeObserver(Observer observer); // 通知所有观察者 void notifyObservers(); } // 观察者接口 interface Observer { // 更新观察者状态 void update(float temperature, float humidity, float pressure); } // 具体主题类 class WeatherData implements Subject { private List<Observer> observers; private float temperature; private float humidity; private float pressure; // 构造函数 public WeatherData() { observers = new ArrayList<>(); } @Override public void registerObserver(Observer observer) { // 添加观察者到列表 observers.add(observer); } @Override public void removeObserver(Observer observer) { // 从列表中移除观察者 observers.remove(observer); } @Override public void notifyObservers() { // 通知所有观察者 for (Observer observer : observers) { observer.update(temperature, humidity, pressure); } } // 当气象数据发生变化时调用该方法 public void measurementsChanged() { notifyObservers(); } // 设置气象数据 public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) { this.temperature = temperature; this.humidity = humidity; this.pressure = pressure; // 数据变化后通知观察者 measurementsChanged(); } } // 具体观察者类 class CurrentConditionsDisplay implements Observer { private float temperature; private float humidity; @Override public void update(float temperature, float humidity, float pressure) { // 更新观察者状态 this.temperature = temperature; this.humidity = humidity; // 显示当前气象数据 display(); } // 显示当前气象数据 public void display() { System.out.println("Current conditions: " + temperature + "F degrees and " + humidity + "% humidity"); } } public class WeatherStation { public static void main(String[] args) { // 创建主题对象 WeatherData weatherData = new WeatherData(); // 创建观察者对象 CurrentConditionsDisplay currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay(); // 注册观察者到主题对象 weatherData.registerObserver(currentDisplay); // 模拟气象数据变化 weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f); weatherData.setMeasurements(82, 70, 29.2f); weatherData.setMeasurements(78, 90, 29.2f); } }
这段代码实现了一个简单的气象站应用。WeatherData 类是主题，它维护了观察者列表，并提供了方法来注册、移除和通知观察者。CurrentConditionsDisplay 类是具体的观察者，它实现了 Observer 接口，并在更新时显示当前的气象数据。
在 main 方法中，我们创建了一个 WeatherData 对象和一个 CurrentConditionsDisplay 对象，并将后者注册为前者的观察者。然后，我们模拟了几次气象数据的变化，并观察观察者的更新情况。
- 运行结果
以下是代码的运行结果：
Current conditions: 80.0F degrees and 65.0% humidity Current conditions: 82.0F degrees and 70.0% humidity Current conditions: 78.0F degrees and 90.0% humidity
这个结果显示了每次调用 setMeasurements() 方法后，CurrentConditionsDisplay 观察者都会接收到通知，并且显示当前的气象条件（温度和湿度）。
在 main 方法中，创建了一个 WeatherData 对象和一个 CurrentConditionsDisplay 对象，并将后者注册为前者的观察者。然后，模拟了几次气象数据的变化，并观察观察者的更新情况。
观察者模式的应用场景
1. GUI 开发
在图形用户界面（GUI）开发中，观察者模式被广泛应用。例如，按钮、复选框、滚动条等 GUI 组件可以作为主题，而窗口、文本框等可以作为观察者。当用户与 GUI 组件进行交互时，观察者会接收到通知并执行相应的操作，从而实现 GUI 的实时更新和交互。
2. 股票市场监控系统
股票市场监控系统需要实时监测股票价格的变化，并及时通知相关的投资者或交易员。股票价格变化可以作为主题，而投资者或交易员可以作为观察者。当股票价格发生变化时，观察者会收到通知并做出相应的交易决策。
3. 车辆追踪系统
在车辆追踪系统中，车辆的位置和状态需要实时监测，并及时通知相关的监控中心或用户。车辆的位置和状态可以作为主题，而监控中心或用户可以作为观察者。当车辆的位置或状态发生变化时，观察者会收到通知并进行相应的处理。
4. 观察者模式与事件驱动编程
观察者模式与事件驱动编程密切相关。在事件驱动编程中，事件是主题，而事件处理程序则是观察者。当事件发生时，观察者会收到通知并执行相应的处理逻辑，从而实现程序的事件驱动和响应机制。
