設計模式——觀察者模式

觀察者(Observer)模式

走進觀察者模式

  • 首先,先思考訂閱報紙是怎么回事

    1. 報社的業務就是出版報紙,并把報紙送給那些訂閱報紙的人

    2. 向某家報社訂閱報紙,只要他們有新報紙出版,就會給你送一份來,只要你是他們的客戶,你就會一直收到新報紙

    3. 當你不想訂報紙的時候,取消訂閱,你就再也不會收到他們新出版的報紙了

    4. 只要報社還在運營,總會有人向他們訂閱報紙或取消訂閱報紙

  • 上面這些話看起來像是廢話,但是得把他們拆開來看,觀察者模式的思想就是這樣的

  • 在觀察者模式中,報社(出版者)稱為“主題”(subject),訂閱者稱為“觀察者”(Observer)


  • 定義:觀察者模式定義了對象之間的一對多依賴,這樣一來,當一個對象改變狀態時,它的所有依賴著都會收到通知并自動更新

  • 如何理解一對多的關系?

    利用觀察者模式,主題是具有狀態的對象,并且可以控制這些狀態。也就是說,有“一個”具有狀態的主題。另一方面,觀察者使用這些狀態,雖然這些狀態并不屬于他們。有許多依賴觀察者,以來主題來通知他們狀態改變了。這就產生了關系:“一個”主題對“多個”觀察者的關系。

  • 依賴如何產生?

    因為主題才是真正擁有數據的實體,觀察者是主題的依賴者,當數據變化時更新,這樣比起讓許多對象控制同一份數據來,可以得到更干凈的 OO (object oriented)設計

設計觀察者模式

簡單設計經典的觀察者模式

  • 首先,定義主題接口,該接口內至少提供3個方法:registerObserver()、removeObserver()、notifyObserver()

    顧名思義,對象可以注冊(register)成為觀察者,對象還可以把自己移除(remove),主題還得通知(notify)依賴他的觀察者們

  • 定義了主題接口,接下來可以定義一些具體主題來實現(implements)主題接口,因為是實現接口,所以必須重寫接口中的所有定義方法(注冊、移除、通知),當然具體主題類還可以有 setState()、getState() 方法

  • 主題部分搞定了,接下來是觀察者部分,先定義一個觀察者接口,接口中至少要提供 update() 方法,當主題狀態改變時,該方法會被調用

  • 還可以定義一些具體的觀察者類來實現觀察者接口,在這些類中,必須重寫觀察者接口中的 update() 方法,以應對不同的業務需求

  • UML 類圖(圓點表示接口):

松耦合

  • 當兩個對象之間松耦合,它們依然可以交互,但是不太清楚彼此的細節,觀察者模式提供了一種對象設計,讓主題和觀察者之間松耦合

  • 對于主題來說,主題只知道觀察者實現了某個接口(也就是 Observer)接口,主題不需要知道觀察者的具體是誰、做了些什么或其他任何細節

  • 任何時候我們都可以增加新的觀察者,因為主題唯一依賴的東西是一個實現 Observer 接口的對象列表,所以我們可以隨時增加觀察者。事實上,在運行時我們可以用新的觀察者取代現有的觀察者,主題不會受到任何影響。同樣的,也可以在任何時候刪除某些觀察者

  • 有新類型的觀察者出現時,主題的代碼不需要修改。也就是說,如果有一個新的具體類想成為某個主題的觀察者,我們不需要為了兼容而修改主題的代碼,只需要在新的類里實現此觀察者接口,然后注冊為觀察者即可,主題不在乎別的,它只會發送通知給所有實現了觀察者接口的對象

  • 我們可以獨立地復用主題或觀察者,如果我們在其他地方需要使用主題或觀察者,可以輕易地復用,因為二者并非緊耦合

  • 改變主題或觀察者其中一方,并不會影響另一方,因為兩者是松耦合的,所以只要他們之間的接口仍被遵守,我們就可以自由地改變他們

  • 因為對象之間的互相依賴降到了最低,所以松耦合的設計能讓我們建立有彈性的 OO 系統,能夠應對變化,是因為對象之間的互相依賴降到了最低

模擬案例:氣象觀測站

  • 此系統的三個部分是氣象站(獲取實際氣象數據的屋里裝置)、WeatherData 對象(追蹤來自氣象站的數據,并更新公告板)和公告板(顯示目前天氣狀況給用戶看)

  • WeatherData 對象知道如何和物理氣象站聯系以取得更新的數據,WeatherData 對象會隨即更新三個公告板的顯示:目前狀況(溫度、濕度、氣壓)、氣象統計和天氣預報

  • UML 類圖:

使用 Java 內置的觀察者模式

  • java.util 包內包含了最基本的 Observer 接口與 Observable 類,這和之前設計的 Observer 接口與 Subject 接口很相似,區別是 Subject 接口變為了 Observable (可觀察者),本來具體主題是要實現 Subject 接口的,現在變成了擴展(繼承) Observable 類

  • 如何把對象變成觀察者?

    如同之前一樣,實現觀察者接口(現在是實現 java 內置的 java.util.Observer 接口),然后調用 某個 Observable 對象的 addObserver() 方法,當不想再當觀察者時,調用 deleteObserver() 方法就可以了

  • 可觀察者如何送出通知?

    首先,需要繼承 java.util.Observable 接口產生“可觀察者”類,然后需要兩個步驟:

    1. 先調用 setChanged() 方法,標記狀態已經改變的事實

    2. 然后調用 notifyObservers() 方法 或者 notifyObservers(Object arg)

  • 觀察者如何接受?

    同以前一樣,觀察者實現了更新的方法,但是方法的簽名不太一樣:

      update(Observable o, Object arg)
    

    o 主題本身當作第一個變量,好讓觀察者知道哪個主題通知它

    arg 這正是傳入 notifyObservers() 的數據對象

    如果你想推(push)數據給觀察者,你可以把數據當作數據對象傳送給 notifyObservers(arg) 方法,否則,觀察者就必須從可觀察者對象中拉(pull)數據

  • UML 類圖:

  • 注意:有多個觀察者時,不能依賴特定的通知次序

java.util.Observable 的黑暗面

  • 首先它是一個類,而不是一個接口,甚至它都沒有實現一個接口

  • 因為它是一個類,所以必須設計一個類來繼承它,又因為 Java 只支持單繼承,這就限制了 Observer 的復用潛力

  • 因為沒有 Observable 接口,你無法建立自己的實現和 Java api 相配合

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