设计模式——观察者模式

简介: 观察者模式介绍、观察者模式优化天气预报案例、JDK 的Observable类和Observer类

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目录

观察者模式

1、天气预报需求

2、天气预报需求方案之普通方案

3、观察者模式介绍

4、观察者模式优化天气预报案例

5、JDK 的Observable类和Observer类


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

image.gif

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

image.gif

  • 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

image.gif

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 ***");
    }
}

image.gif

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();
    }
}

image.gif

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);

image.gif

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 ***

image.gif

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

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

image.gif

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);
        }
    }
}

image.gif

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 ***");
    }
}

image.gif

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 ***

image.gif

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SinaWebSiteBaiDuWebSite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 ***");
    }
}

image.gif

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 ***

image.gif

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 ***

image.gif

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);
}

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