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Java設計模式之觀察者模式

本文僅是個人觀點，如有錯誤請指正

簡介

當對象間存在一對多關系時，可以考慮使用觀察者模式（Observer Pattern）。比如，當一個對象被修改時，則會自動通知它的依賴對象。觀察者模式屬于行為型模式。

實現

接下來將用三個例子來說明觀察者模式，詳細代碼可以參考文末的地址。

需求

現在有一個氣象站，想對外發布數據，有一個公司知道后想要通過天氣站的數據建立一個天氣看板，這就交給了公司的開發小王，小王拿到需求后，很快就開始行動了，下面就是小王的實現方法

氣象站類，主要提供溫度、壓力、濕度參數，以及數據更新，數據通知，再把需要接收參數的看板加進來指定通知對象。

public class WeatherData {

    /**
     * 溫度
     */
    private float mTemperate;

    /**
     * 壓力
     */
    private float mPressure;

    /**
     * 濕度
     */
    private float mHumidity;

    private CurrentConditions mCurrentConditions;

    /**
     * 加入需要通知的看板
     * @param mCurrentConditions
     */
    public WeatherData(CurrentConditions mCurrentConditions) {
        this.mCurrentConditions = mCurrentConditions;
    }

    public float getTemperature() {
        return mTemperate;

    }

    public float getPressure() {
        return mPressure;

    }

    public float getHumidity() {
        return mHumidity;

    }

    /**
     * 通知數據修改
     */
    public void dataChange() {
        mCurrentConditions.update(getTemperature(), getPressure(), getHumidity());
    }

    /**
     * 數據修改 同時調用通知方法
     *
     * @param mTemperature
     * @param mPressure
     * @param mHumidity
     */
    public void setData(float mTemperature, float mPressure, float mHumidity) {
        this.mTemperate = mTemperature;
        this.mPressure = mPressure;
        this.mHumidity = mHumidity;
        dataChange();
    }

}

然后就是溫度看板，獲取當前的溫度，兩個方法，一個接收數據更新，一個展示數據。

public class CurrentConditions {

    private float mTemperature;
    private float mPressure;
    private float mHumidity;

    public void update(float mTemperature, float mPressure, float mHumidity) {
        this.mTemperature = mTemperature;
        this.mPressure = mPressure;
        this.mHumidity = mHumidity;
        display();
    }

    public void display() {
        System.out.println("***Today mTemperature: " + mTemperature + "***");
        System.out.println("***Today mPressure: " + mPressure + "***");
        System.out.println("***Today mHumidity: " + mHumidity + "***");
    }
}

好了咱們開始測試一下看看效果如何

public class InternetWeather {

    public static void main(String[] args) {
        CurrentConditions mCurrentConditions = new CurrentConditions();
        WeatherData mWeatherData = new WeatherData(mCurrentConditions);
        mWeatherData.setData(30, 150, 40);
    }
}

執行結果

***Today mTemperature: 30.0***
***Today mPressure: 150.0***
***Today mHumidity: 40.0***

好了看起來需求已經滿足了，開始使用吧，然而沒過多久，另外一個公司也和天氣站聯系上了，想要他們提供的天氣數據來展示明天的天氣，小王一聽便說那還不簡單，去weather類里面加上你的看板類，加上通知，加上。。

不對啊，這加一個使用者就這么麻煩了，那以后要是來了更多的使用者怎么辦？又或者有的使用者突然又不使用這個數據了，想要取消通知怎么辦？要是按這樣的話改來改去每次修改都要重新上線，會非常麻煩，數據的及時性也得不到保證。小王頭疼不已，這時候公司里的老李看到了，笑呵呵的說小王，不要著急，我們再重新看看你寫的方法，再想想需要加入的接口和你有什么共同的地方，咱們把它抽離出去，然后再。。。。。小王在老李的幫助下很快做出了第二版實現

首先我們加入數據提供方接口，將我們之前提到了的，新增需求方，刪除需求方，以及通知加入進去

public interface Subject {
  /**
   * 注冊觀察者
   * @param o
   */
  void registerObserver(Observer o);

  /**
   * 移除觀察者
   * @param o
   */
  void removeObserver(Observer o);

  /**
   * 通知觀察者
   */
  void notifyObservers();
}

接著就是需求方的接口，主要用來獲取數據

public interface Observer {

    /**
     * 數據更新
     * @param mTemperate
     * @param mPressure
     * @param mHumidity
     */
    void update(float mTemperate, float mPressure, float mHumidity);
}

接著修改之前的天氣數據類，在這里面我們實現前面的數據提供方的接口，然后重寫里面的方法，注冊接口我們暫時使用list作為存儲觀察者的集合，移除接口就是移除集合中的觀察者，這里我們檢查一下觀察者是否存在集合中再移除，然后是通知接口，我們遍歷集合逐個通知需求方。（這里我們是將數據一個一個的傳給使用方）。

public class WeatherDataSt implements Subject {

    private float mTemperate;
    private float mPressure;
    private float mHumidity;
    private List<Observer> mObservers;

    public WeatherDataSt() {
        mObservers = new ArrayList<>();
    }

    public float getTemperature() {
        return mTemperate;

    }

    public float getPressure() {
        return mPressure;

    }

    public float getHumidity() {
        return mHumidity;

    }

    public void dataChange() {
        notifyObservers();
    }


    public void setData(float mTemperate, float mPressure, float mHumidity) {
        this.mTemperate = mTemperate;
        this.mPressure = mPressure;
        this.mHumidity = mHumidity;
        dataChange();
    }

    @Override
    public void registerObserver(Observer o) {
        mObservers.add(o);
    }

    @Override
    public void removeObserver(Observer observer) {
        if (mObservers.contains(observer)) {
            mObservers.remove(observer);
        }
    }

    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer mObserver : mObservers) {
            mObserver.update(getTemperature(), getPressure(), getHumidity());
            System.out.println("開始通知：" + mObserver.getClass().getSimpleName());
        }
    }

}

天氣看板中實現觀察者接口,實現當中的數據接口

public class CurrentConditions implements Observer {
    private float mTemperate;
    private float mPressure;
    private float mHumidity;

    @Override
    public void update(float mTemperate, float mPressure, float mHumidity) {
        this.mHumidity = mHumidity;
        this.mPressure = mPressure;
        this.mTemperate = mTemperate;
        display();
    }

    public void display() {
        System.out.println("***Today mTemperate:" + mTemperate + "***");
        System.out.println("***Today mPressure:" + mPressure + "***");
        System.out.println("***Today mHumidity:" + mHumidity + "***");
    }

}

在查看明天的天氣面板實現觀察者接口

public class ForcesConditions implements Observer {
    private float mTemperate;
    private float mPressure;
    private float mHumidity;

    @Override
    public void update(float mTemperate, float mPressure, float mHumidity) {
        this.mTemperate = mTemperate;
        this.mPressure = mPressure;
        this.mHumidity = mHumidity;
        display();
    }

    public void display() {
        System.out.println("**明天溫度:" + (mTemperate + Math.random()) + "**");
        System.out.println("**明天氣壓:" + (mPressure + 10 * Math.random()) + "**");
        System.out.println("**明天濕度:" + (mHumidity + Math.random()) + "**");
    }
}

然后我們編寫測試類

public class InternetWeather {

    public static void main(String[] args) {

        CurrentConditions mCurrentConditions= new CurrentConditions();
        ForcesConditions mForcesConditions = new ForcesConditions();
        WeatherDataSt mWeatherDataSt = new WeatherDataSt();

        //注冊天氣看板
        mWeatherDataSt.registerObserver(mCurrentConditions);
        mWeatherDataSt.registerObserver(mForcesConditions);

        mWeatherDataSt.setData(30, 150, 40);
        //移除看板
        mWeatherDataSt.removeObserver(mCurrentConditions);
        mWeatherDataSt.setData(40, 250, 50);
    }

}

打印結果

***Today mTemperate:30.0***
***Today mPressure:150.0***
***Today mHumidity:40.0***
開始通知：CurrentConditions
**明天溫度:30.708855560149452**
**明天氣壓:156.09944964615488**
**明天濕度:40.252322896560706**
開始通知：ForcesConditions
**明天溫度:40.194891069978894**
**明天氣壓:253.89775138044408**
**明天濕度:50.95728186211783**
開始通知：ForcesConditions

我們看到經過老李的一番指導，現在的設計基本上滿足了需求，即使新增看板繼續繼承觀察者接口，不需要的觀察者就可以直接移除，這樣提高了擴展性，去除了之前代碼每次新增需要修改代碼的弊端，實現了開閉原則。

接著老李又說，小王啊，其實java內置對象中就已經實現了觀察者模式我們只需要拿來用就可以了。。。

怎么用呢？請看下面的實現。

天氣數據，這里我們不再實現subject接口，反而繼承java內置對象Observable，在內置對象中已經幫我們實現了通知，注冊，移除等方法，所以我們只需要寫我們自定義的方法就行了。

public class WeatherData extends Observable {
    private float mTemperate;
    private float mPressure;
    private float mHumidity;

    public float getTemperature() {
        return mTemperate;

    }

    public float getPressure() {
        return mPressure;

    }

    public float getHumidity() {
        return mHumidity;

    }

    /**
     * 通知數據已修改
     */
    public void dataChange() {
        //Observable的源碼中setChanged()，設置changed為true表示數據已經修改，只有當changed為true的時候notifyObservers()方法才會通知修改
        this.setChanged();
        this.notifyObservers(new AssembleWeatherData(getTemperature(), getPressure(), getHumidity()));

    }

    /**
     * 修改數據
     * @param mTemperate
     * @param mPressure
     * @param mHumidity
     */
    public void setData(float mTemperate, float mPressure, float mHumidity) {
        this.mTemperate = mTemperate;
        this.mPressure = mPressure;
        this.mHumidity = mHumidity;
        dataChange();
    }

}

同樣天氣看板類只用實現Observer接口，重寫當中的update方法就行了

public class CurrentConditions implements Observer {

    private float mTemperate;
    private float mPressure;
    private float mHumidity;

    @Override
    public void update(Observable arg0, Object arg1) {
        this.mTemperate = ((AssembleWeatherData) (arg1)).mTemperate;
        this.mPressure = ((AssembleWeatherData) (arg1)).mPressure;
        this.mHumidity = ((AssembleWeatherData) (arg1)).mHumidity;
        display();
    }

    public void display() {
        System.out.println("***Today mTemperate:" + mTemperate + "***");
        System.out.println("***Today mPressure:" + mPressure + "***");
        System.out.println("***Today mHumidity:" + mHumidity + "***");
    }
}

另外一個天氣看板，一樣的實現

public class ForecastConditions implements Observer {

    private float mTemperate;
    private float mPressure;
    private float mHumidity;

    /**
     * 數據更新 同時調用展示數據方法
     *
     * @param arg0
     * @param arg1
     */
    @Override
    public void update(Observable arg0, Object arg1) {
        this.mTemperate = ((AssembleWeatherData) (arg1)).mTemperate;
        this.mPressure = ((AssembleWeatherData) (arg1)).mPressure;
        this.mHumidity = ((AssembleWeatherData) (arg1)).mHumidity;
        display();
    }

    /**
     * 展示數據
     */
    public void display() {
        System.out.println("**明天溫度:" + (mTemperate + Math.random()) + "**");
        System.out.println("**明天氣壓:" + (mPressure + 10 * Math.random()) + "**");
        System.out.println("**明天濕度:" + (mHumidity + Math.random()) + "**");
    }


}

為了方便傳遞數據，我們再新建一個AssembleWeatherData類，用于設計返回數據內容

public class AssembleWeatherData {
    public float mTemperate;
    public float mPressure;
    public float mHumidity;

    public AssembleWeatherData(float mTemperate, float mPressure, float mHumidity) {
        this.mTemperate = mTemperate;
        this.mPressure = mPressure;
        this.mHumidity = mHumidity;
    }
}

接著我們新建測試類

public class InternetWeather {
    
    public static void main(String[] args) {
        CurrentConditions mCurrentConditions;
        ForecastConditions mForecastConditions;
        WeatherData mWeatherData;

        mCurrentConditions = new CurrentConditions();
        mForecastConditions = new ForecastConditions();
        mWeatherData = new WeatherData();

        //java內置觀察者模式中的addObserver方法，用于注冊觀察者
        mWeatherData.addObserver(mCurrentConditions);
        mWeatherData.addObserver(mForecastConditions);
        mWeatherData.setData(30, 150, 40);

        //內置方法，用于移除觀察者，重新修改數據
        mWeatherData.deleteObserver(mCurrentConditions);
        mWeatherData.setData(35, 150, 60);

    }
}

打印數據

**明天溫度:30.676433372455936**
**明天氣壓:154.2686999140749**
**明天濕度:40.015042461544155**
***Today mTemperate:30.0***
***Today mPressure:150.0***
***Today mHumidity:40.0***
**明天溫度:35.4090594721898**
**明天氣壓:157.28459919820716**
**明天濕度:60.286781430877525**

果然經過老李一番重構，小王很快就明白了，觀察者模式的好處，看著老李地中海的腦袋心想，這或許就是成為大牛的代價吧。。。。

總結

前面講述了兩種觀察者模式的實現方法，一個是我們自己寫的接口做的實現，另一種是直接使用java中的內置觀察者模式實現，兩者各有各的優勢和缺點，對于一般的情況內置觀察者就能滿足，但是有一點Observable是一個類不是接口所以只能繼承他，但由于java只能對接口多繼承，所以使用內置對象的時候需要多繼承的時候就不能使用了，自定義的方法可以更靈活，但是需要寫更多的代碼，魚和熊掌不可兼得。

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