设计模式2——观察者模式

1 模式说明

观察者模式就像报纸出版商和订阅者一样，在观察者模式中出版者叫做“主题”(subject)，订阅者叫做“观察者”（observer）。主题内的数据产生变化时，就会通知已经订阅该主题的观察者，观察者如果订阅了主题，一旦主题发生变化发来通知，观察者就会做出相应的调整。观察者的数量可以是很多，换句话说就是很多人可以同时订阅一个主题。主题和观察者是1对多的关系。

说明
(1)如图1，一共有5个对象，分别为：Subject，Cat，Dog，Mouse，Duck。其中Subject为主题对象，代表食堂，Cat，Dog，Mouse全部订阅了Subject对象：食堂，并且同为观察者。Duck没有订阅Subject:食堂，所以当食堂发出消息：2点吃饭，Duck是接收不到的。

(2)如图2，Duck由于没有订阅食堂的通知，总会错过吃饭的点，饿得受不了，于是决定也注册成为观察者。于是向食堂发送注册请求。

如图3，食堂接受到了Duck的注册请求，于是Duck成为了观察者，食堂又发送了开饭通知：8点吃饭。此时Cat，Dog，Mouse，Duck都收到通知8点吃放，于是Duck准时吃到了饭。

(3)如图4,Mouse觉得食堂的饭不好吃，决定换一家（或许他发现Cat也在吃饭，就赶紧跑了），自己向食堂提出请求，不在这吃了，也就是取消订阅。

如图5，食堂再一次通知：12点开饭。这时就只有Duck，Cat，Dog三人得到消息。Mouse就不知道到了。

(4)观察者类图
如图6:Subject接口中，regitsterObserver()方法是注册观察者，removeObserver()方法是移除列表内的观察者，notifyObserver()方法是通知观察者
Observer接口是观察接口，updata()方法是更新主题变换的方法。

2 引例（气象监测应用）

2.1 需求

如图7，左侧4个设备，都由weather-O-Rama 提供，其中温度计，湿度计，气压计分别测试温度，湿度和气压，气象站负责收集数据，并提供接口对外提供数据。右侧的WeatherData数据对象负责从气象站获取最新的天气数据，同时向三块显示器提供数据，分别是：目前状况显示器，气象统计显示器，天气预报显示器。

Weather-O-Rama将他们设计的WeatherData源文件发送过来，如图8：三个getter方法分别获得当前以获取的测量值，measurementsChange()方法是测量值更新，就调用此方法。

2.2 分析

(1)WeatherData类具有三个getter方法，可以获取三个测量值：温度，湿度，气压
(2)当新的测量值准备好后，measurement()方法就会调用。
(3)需要实现是三个布告板：目前状况，气相统计，天气预告。一旦WeatherData有更新，布告板也要更新。
(4)需要考虑到可扩展性，未来不止这三个布告板，让其他开发人员可以自行定制布告板。

2.3 错误示例

我们可以看到，这个方法中的最后三行update()方法违法设计原则，改变的地方应该封装起来。至少应该是一个统一的接口。

public class WeatherData(){
	//实例变量声明
	public void measurement(){
		float temperature=getTemperature();
		float humidity=getHumidity();
		float pressure=getPressure();
		
		currentConditionsDisplay.update(temperature,humidity,pressure);
		statisticsDisplay.update(temperature,humidity,pressure);
		forecastDisplay.update(temperature,humidity,pressure);
	}
}

2.4 设计气象站

如图9：WeatherData类实现Subject接口，实现接口的三个方法。
三个布告板都分别实现Observer接口和DisplayElement接口。如果开发人员需要定制布告板，只需要实现Observer接口和DisplayElement接口。

2.5 具体代码

点击进入github源码地址>>>

(1)主题接口和WeatherData类

public interface Subject {
    void registerObserver(Observer o);
    void removeObserver(Observer o);
    void notifyObserver();
}

public class WeatherData implements Subject {
    private ArrayList observers;
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;

    public WeatherData() {
        observers = new ArrayList();
    }

    public void registerObserver(Observer o) {
        observers.add(o);
    }

    public void  removeObserver(Observer o) {
        int i = observers.indexOf(o);
        if (i >= 0) {
            observers.remove(i);
        }
    }

    public void notifyObserver() {
        for(int i=0;i<observers.size();i++){
            Observer observer= (Observer) observers.get(i);
            observer.update(temperature,humidity,pressure);
        }
    }

    public void measurementChanged(){
        notifyObserver();
    }

    public void setMeasurements(float temperature,float humidity,float pressure){
        this.temperature=temperature;
        this.humidity=humidity;
        this.pressure=pressure;
        measurementChanged();
    }
}

(2)观察者接口

public interface Observer {
    void update (float temp,float humidity,float pressure);
}

(3)布告板接口和一个实现类，剩下两个自行学习解决（其实是懒了）

public interface Observer {
    void update (float temp,float humidity,float pressure);
}

public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {
    private float temperature;
    private float humidity;
    private Subject weatherData;

    public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registerObserver(this);
    }

    public void display() {
        System.out.println("Current Conditions:" + temperature + "F disgree and " + humidity + "% humidity");
    }

    public void update(float temp, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temp;
        this.humidity = humidity;
        display();
    }
}

(4)测试程序：气象站

public class WeatherStation {
    public static void main(String[] args) {
        WeatherData weatherData = new WeatherData();
        CurrentConditionsDisplay currentConditionsDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
        weatherData.setMeasurements(25.6f, 30.5f, 33.5f);
    }
}

3 java 内置观察者模式

Java中内置了观察者模式，是在java.util包中的Observer和Observable类，java官方将主题作为类出现而不是接口。我们用java内置的观察者模式重新设计。

3.1类图

如图10，WeatherData类由于是继承了Observeable超类，所以自身不用实现registerObserver(),removeObserver()和notifyObserver()三个方法。
可以看到Observeable类中还有一个setChange()方法，这是一个标记更新状态作用，让notifyObserver()知道该不该通知观察者。

3.2内置观察者源码实现

看一下源码实现：可以看到，使用changed成员变量控制是否通知观察者，changed的初始值是false，如果是false,notifyObservers()方法直接返回，不会通知观察者，如果是true,notifyObservers()方法才会起作用。

	private boolean changed = false;

    protected synchronized void setChanged() {
        this.changed = true;
    }

    protected synchronized void clearChanged() {
        this.changed = false;
    }

	public void notifyObservers() {
        this.notifyObservers((Object)null);
    }

    public void notifyObservers(Object var1) {
        Object[] var2;
        synchronized(this) {
            if (!this.changed) {
                return;
            }

            var2 = this.obs.toArray();
            this.clearChanged();
        }

        for(int var3 = var2.length - 1; var3 >= 0; --var3) {
            ((Observer)var2[var3]).update(this, var1);
        }

    }

3.3 内置观察者使用方法

(1) 如何把对象变为观察者
实现观察者接口Observer，然后调用任何Observeable对象的addObserver()方法，如果不想在当观察者了，调用deleteObserver()方法。

(2)可观察者(主题)如何发送通知。
第一步：调用Observeable对象的setChanged()方法。标记状态已经改变。
第二步：调用Observeable对象的两个notifyObservers()方法其中一个。

(3)观察者如何接受通知
和之前的一样，只是方法参数不同,第一个参数是标记是哪个主题，第二个参数是可观察者发送来的数据对象。

update(Observable var1, Object var2)

3.4 内置观察者代码实现

(1)WeatherData类。

public class WeatherData extends Observable {
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;

    public WeatherData() {
    }

    public float getTemperature() {
        return temperature;
    }

    public float getHumidity() {
        return humidity;
    }

    public float getPressure() {
        return pressure;
    }

    public void measurementChanged() {
        setChanged();
        notifyObservers();
    }

    public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        measurementChanged();
    }
}

(2)CurrentConditionsDisplay类和 DisplayElement接口

public interface DisplayElement {
    void display();
}

public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {
    private float temperature;
    private float humidity;
    Observable observable;

    public CurrentConditionsDisplay(Observable observable) {
        this.observable = observable;
        observable.addObserver(this);
    }

    public void display() {
        System.out.println("Current Conditions:" + temperature + "F disgree and " + humidity + "% humidity");
    }

    public void update(Observable observable, Object o) {
        if (observable instanceof WeatherData) {
            WeatherData weatherData = (WeatherData) observable;
            this.humidity = weatherData.getHumidity();
            this.temperature = weatherData.getTemperature();
            display();
        }
    }
}

(3)WeatherStation类，测试代码

public class WeatherStation {
    public static void main(String[] args) {
        WeatherData weatherData = new WeatherData();
        CurrentConditionsDisplay currentConditionsDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
        weatherData.setMeasurements(25.6f, 30.5f, 33.5f);
    }
}