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【Java笔记+踩坑汇总】Java基础+JavaWeb+SSM+SpringBoot+SpringCloud+瑞吉外卖/谷粒商城/学成在线+设计模式+面试题汇总+性能调优/架构设计+源码解析
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观察者模式
1、天气预报需求
具体要求如下：
- 1）气象站可以将每天测量到的温度，湿度，气压等等以公告的形式发布出去（比如发布到自己的网站或第三方）
- 2）需要设计开放型 API，便于其他第三方也能接入气象站获取数据
- 3）提供温度、气压和湿度的接口
- 4）测量数据更新时，要能实时的通知给第三方
2、天气预报需求方案之普通方案
WeatherData类
通过对气象站项目的分析，我们可以初步设计出一个天气数据类WeatherData类
- 1）通过
getXxx方法，可以让第三方接入，并得到相关信息
- 2）当数据有更新时，气象站通过调用dataChange()去更新数据，当第三方再次获取时，就能得到最新数据，当然也可以推送
CurrentConditions（当前的天气情况）可以理解成是我们气象局的网站
核心代码
当前天气状况类，即气象网，用于展示天气数据
/** * 当前的天气情况：可以理解成是气象局的网站 */ public class CurrentConditions { private Float temperature; private Float pressure; private Float humidity; /** * 更新天气情况，通过推送的方式，由 WeatherData 调用 * * @param temperature * @param pressure * @param humidity */ public void update(Float temperature, Float pressure, Float humidity) { // 更新最新天气数据 this.temperature = temperature; this.pressure = pressure; this.humidity = humidity; // 展示最新天气数据 display(); } /** * 公告板展示天气情况 */ public void display() { System.out.println("============最新天气============"); System.out.println("*** 当前温度：" + this.temperature + " ℃ ***"); System.out.println("*** 当前气压：" + this.pressure + " kPa ***"); System.out.println("*** 当前湿度：" + this.humidity + " %RH ***"); } }
天气数据类
/** * 核心类 * 1、包含最新的天气信息情况 * 2、含有 CurrentConditions 对象 * 3、当数据更新时，主动调用 CurrentConditions 的 update() 方法 */ public class WeatherData { private Float temperature; private Float pressure; private Float humidity; private CurrentConditions conditions; /** * 传入 CurrentConditions 对象 * * @param conditions */ public WeatherData(CurrentConditions conditions) { this.conditions = conditions; } public Float getTemperature() { return temperature; } public Float getPressure() { return pressure; } public Float getHumidity() { return humidity; } /** * 推送天气数据到网站 */ public void dataChange() { conditions.update(getTemperature(), getPressure(), getHumidity()); } /** * 当天气数据发生变化时进行更新 * * @param temperature * @param pressure * @param humidity */ public void setData(Float temperature, Float pressure, Float humidity) { this.temperature = temperature; this.pressure = pressure; this.humidity = humidity; dataChange(); } }
客户端调用
// 创建气象网站对象 CurrentConditions currentConditions = new CurrentConditions(); // 创建气象数据对象，并传入气象网站对象 WeatherData weatherData = new WeatherData(currentConditions); // 天气发生变化时，更新最新的气象数据 weatherData.setData(10f, 150f, 40f); //weatherData.setData(15f, 130f, 60f); //weatherData.setData(13f, 160f, 20f);
测试结果
============最新天气============ *** 当前温度：10.0 ℃ *** *** 当前气压：150.0 kPa *** *** 当前湿度：40.0 %RH *** ============最新天气============ *** 当前温度：15.0 ℃ *** *** 当前气压：130.0 kPa *** *** 当前湿度：60.0 %RH *** ============最新天气============ *** 当前温度：13.0 ℃ *** *** 当前气压：160.0 kPa *** *** 当前湿度：20.0 %RH ***
问题分析
- 1）其他第三方接入气象站获取数据的问题
- 2）无法在运行时动态的添加第三方（如xx网站）
- 3）违反
OCP原则 => 观察者模式
在WeatherData中增加第三方时，都需要创建对应的第三方公台板对象并加入到dataChange()方法中，既不是动态加入，也不利于维护
3、观察者模式介绍
观察者模式是一种行为型设计模式（用于描述对象之间的通信和责任分配），它定义了对象之间一对多的依赖关系，使得当主题对象状态发生改变时，所有依赖于它的观察者对象都能够得到通知并自动更新。该模式的核心是抽象对象与观察者之间的耦合度达到了最小化，从而使系统更加灵活且易于扩展。
实现方法：
主题对象实现主题接口的注册、移除、通知方法，并管理资源和观察者列表；
观察者对象实现观察者接口的更新方法，并管理资源；
主题对象通知方法：遍历观察者列表执行更新方法。
在观察者模式中，主题对象（也称为被观察者）维护一个观察者列表，并提供方法用于添加、删除和通知观察者。当主题状态发生改变时，它会遍历观察者列表并调用每个观察者的更新方法，从而通知它们状态已经改变。
主题接口：有注册、移除和通知功能；
主题实现类：实现主题接口，管理资源和观察者列表；
观察者接口：发起更新资源请求；
观察者实现类：发起更新资源请求、使用资源
优点：
1. 降低了对象之间的耦合度，因为主题对象不需要知道观察者的具体实现，只需要知道观察者实现了一个特定接口即可。
2. 可以动态扩展观察者列表，方便灵活。
3. 实现了对象之间的一对多依赖关系，提高了系统的可维护性和可重用性。遵守了ocp原则（开闭原则：对扩展开放，对修改关闭）。
缺点：
1. 当观察者过多时，通知过程需要花费较多的时间，会影响系统的性能。
2. 如果观察者与主题对象之间存在循环依赖，可能会出现死循环。
观察者模式在Java中的应用非常广泛，例如Swing中的Listener、Servlet中的Listener、Spring中的事件监听、JDK的Observable等等。
4、观察者模式优化天气预报案例
Subject接口：主体接口，有注册、移除和通知功能；
WeatherData类：主体实现类，实现Subject接口，聚合观察者列表，管理天气信息和观察者列表；
Observer接口：观察者接口，发起更新天气信息请求；
CurrentCondition类：观察者实现类，发起更新天气信息请求和使用天气
主题Subject
/** * 主体对象接口，有注册、移除和通知功能； */ public interface Subject { //注册某观察者 void registerObserver(Observer o); //移除某观察者 void removeObserver(Observer o); //通知 void notifyObservers(); } /** * 主体对象实现，聚合观察者列表，管理天气信息和观察者列表； */ public class WeatherData implements Subject { private Float temperature; private Float pressure; private Float humidity; private List<Observer> observerList; public WeatherData() { observerList = new ArrayList<>(); } public Float getTemperature() { return temperature; } public Float getPressure() { return pressure; } public Float getHumidity() { return humidity; } /** * 推送天气数据到网站 */ public void dataChange() { notifyObservers(); } /** * 当天气数据发生变化时进行更新 * * @param temperature * @param pressure * @param humidity */ public void setData(Float temperature, Float pressure, Float humidity) { this.temperature = temperature; this.pressure = pressure; this.humidity = humidity; dataChange(); } //注册某观察者 @Override public void registerObserver(Observer o) { observerList.add(o); } //移除某观察者 @Override public void removeObserver(Observer o) { if(o!= null && observerList.contains(o)) { observerList.remove(o); } } //通知 @Override public void notifyObservers() { for (Observer observer : observerList) { observer.update(temperature, pressure, humidity); } } }
观察者对象Observer
/** * 观察者接口，发起更新天气信息请求； */ public interface Observer { void update(Float temperature, Float pressure, Float humidity); } /** * 观察者实现，发起更新天气信息请求和使用天气 */ public class CurrentConditions implements Observer { private Float temperature; private Float pressure; private Float humidity; @Override public void update(Float temperature, Float pressure, Float humidity) { // 更新最新天气数据 this.temperature = temperature; this.pressure = pressure; this.humidity = humidity; // 展示最新天气数据 display(); } /** * 公告板展示天气情况 */ public void display() { System.out.println("============最新天气============"); System.out.println("*** 当前温度：" + this.temperature + " ℃ ***"); System.out.println("*** 当前气压：" + this.pressure + " kPa ***"); System.out.println("*** 当前湿度：" + this.humidity + " %RH ***"); } }
调用测试
// 创建气象网站对象 CurrentConditions currentConditions = new CurrentConditions(); // 创建气象数据对象 WeatherData weatherData = new WeatherData(); // 注册气象网站对象 weatherData.registerObserver(currentConditions); // 天气发生变化时，更新最新的气象数据 weatherData.setData(10f, 150f, 40f); //============最新天气============ //*** 当前温度：10.0 ℃ *** //*** 当前气压：150.0 kPa *** //*** 当前湿度：40.0 %RH ***
观察者模式的好处
- 1）观察者模式设计后，会以集合的方式来管理用户
Observer，包括注册、移除和通知
- 2）这样，我们增加观察者（这里可以理解成一个新的公告板），就不需要去修改核心类
WeatherData不会修改代码，遵守了ocp原则（开闭原则）
例如，我们新增SinaWebSite和BaiDuWebSite两个三方网站，接口气象局。此时三方只需实现相应接口即可，WeatherData不需要有任何的改变
/** * 新增的三方观察者对象——新浪网 */ public class SinaWebSite implements Observer { private Float temperature; private Float pressure; private Float humidity; /** * 更新天气情况，通过推送的方式，由 WeatherData 调用 * * @param temperature * @param pressure * @param humidity */ @Override public void update(Float temperature, Float pressure, Float humidity) { // 更新最新天气数据 this.temperature = temperature; this.pressure = pressure; this.humidity = humidity; // 展示最新天气数据 display(); } /** * 公告板展示天气情况 */ public void display() { System.out.println("============新浪网-最新天气============"); System.out.println("*** 新浪网-当前温度：" + this.temperature + " ℃ ***"); System.out.println("*** 新浪网-当前气压：" + this.pressure + " kPa ***"); System.out.println("*** 新浪网-当前湿度：" + this.humidity + " %RH ***"); } } /** * 新增的三方观察者对象——百度网 */ public class BaiDuWebSite implements Observer { private Float temperature; private Float pressure; private Float humidity; /** * 更新天气情况，通过推送的方式，由 WeatherData 调用 * * @param temperature * @param pressure * @param humidity */ @Override public void update(Float temperature, Float pressure, Float humidity) { // 更新最新天气数据 this.temperature = temperature; this.pressure = pressure; this.humidity = humidity; // 展示最新天气数据 display(); } /** * 公告板展示天气情况 */ public void display() { System.out.println("============百度网-最新天气============"); System.out.println("*** 百度网-当前温度：" + this.temperature + " ℃ ***"); System.out.println("*** 百度网-当前气压：" + this.pressure + " kPa ***"); System.out.println("*** 百度网-当前湿度：" + this.humidity + " %RH ***"); } }
调用测试
// 新增三方气象网站，只需注册即可 weatherData.registerObserver(new SinaWebSite()); weatherData.registerObserver(new BaiDuWebSite()); // 天气发生变化时，更新最新的气象数据 weatherData.setData(15f, 120f, 80f); //============最新天气============ //*** 当前温度：15.0 ℃ *** //*** 当前气压：120.0 kPa *** //*** 当前湿度：80.0 %RH *** //============新浪网-最新天气============ //*** 新浪网-当前温度：15.0 ℃ *** //*** 新浪网-当前气压：120.0 kPa *** //*** 新浪网-当前湿度：80.0 %RH *** //============百度网-最新天气============ //*** 百度网-当前温度：15.0 ℃ *** //*** 百度网-当前气压：120.0 kPa *** //*** 百度网-当前湿度：80.0 %RH ***
当三方网站不再需要时，只要做相应的移除即可
// 移除气象网站 weatherData.removeObserver(currentConditions); weatherData.setData(20f, 160f, 30f); //============新浪网-最新天气============ //*** 新浪网-当前温度：20.0 ℃ *** //*** 新浪网-当前气压：160.0 kPa *** //*** 新浪网-当前湿度：30.0 %RH *** //============百度网-最新天气============ //*** 百度网-当前温度：20.0 ℃ *** //*** 百度网-当前气压：160.0 kPa *** //*** 百度网-当前湿度：30.0 %RH ***
5、JDK 的Observable类和Observer类
JDK提供观察者模式基础功能的主题抽象类和观察者接口：
Observable抽象类
JDK中的Observable抽象类可以作为实现观察者模式的一种工具，用于构建主题（被观察者）对象，并且可以将多个观察者对象添加到主题中。当主题发生变化时，通过调用Observable类的notifyObservers()方法，可以通知所有的观察者对象进行更新，从而实现一对多依赖关系。
Observable类的主要作用是简化观察者模式的实现过程，将观察者模式的基础部分已经实现，程序员只需要编写具体的业务逻辑即可。addObserver()、deleteObserver()和notifyObservers()。
但是需要注意的是，JDK中的Observable类并不是非常灵活和易于扩展，它只提供了简单的实现方式。因此，在实际的项目中，我们有时会采用其他的方案来实现观察者模式，例如使用事件模型、Spring框架中的ApplicationEvent等。
总之，JDK中的Observable类可以作为一种工具来支持观察者模式的实现，它简化了观察者模式的编写，提高了代码的可读性和可维护性。但是在实际应用中，我们需要根据实际情况选择最适合的实现方案。
Observer类
Observer即观察者接口，具有update()方法
public class Observable { private boolean changed = false; private Vector<Observer> obs = new Vector(); public Observable() { } public synchronized void addObserver(Observer var1) { if (var1 == null) { throw new NullPointerException(); } else { if (!this.obs.contains(var1)) { this.obs.addElement(var1); } } } public synchronized void deleteObserver(Observer var1) { this.obs.removeElement(var1); } public void notifyObservers() { this.notifyObservers((Object)null); } //... } public interface Observer { void update(Observable o, Object arg); }
