HeadFirst设计模式（二）观察者模式

为什么80%的码农都做不了架构师&＃xff1f;>>>

HeadFirst设计模式&＃xff08;二&＃xff09; - 观察者模式

有趣的事情发生时&＃xff0c;可千万别错过了&＃xff01;

观察者模式是JDK中使用最多的模式之一&＃xff0c;非常有用。我们也会一并介绍一对多关系&＃xff0c;以及松耦合。有个观察者&＃xff0c;你将会消息灵通。

工作合约

某软件公司接到一个工作合约&＃xff0c;内容如下&＃xff1a;

恭喜贵公司获选为敝公司&＃xff08;Weather-O-Rama气象站&＃xff09;建立下一代Internate气象站&＃xff01;

该气象站必须建立在我们专利申请中的WeatherData对象上&＃xff0c;由WeatherData负责监测目前的天气情况&＃xff08;温度、湿度和气压等&＃xff09;。我们希望贵公司建立一个应用&＃xff0c;有三种布告板&＃xff0c;分别显示目前的情况&＃xff0c;气象统计及简单的预报。当WeatherData对象获得最新的监测数据时&＃xff0c;三种布告板实时更新。

而且&＃xff0c;这是一个可以拓展的气象站&＃xff0c;Weather-O-Rama气象站希望发布一组API&＃xff0c;好让其他开发人员可以写出自己的气象布告板&＃xff0c;并插入次应用中。我们希望贵公司提供这样的API。

气象监测站应用的概况

此系统中的三个部分是气象站&＃xff08;获取实际气象数据的物理装置&＃xff09;、WeatherData对象&＃xff08;最终来自气象站的数据&＃xff09;和布告板&＃xff08;显示目前天气状况给用户看&＃xff09;。如图&＃xff1a;

WeatherData对象知道如何跟物理气象站联系&＃xff0c;以获得监控的实施气象数据。WeatherData对象会随即更新三个布告板的显示&＃xff1a;目前状况&＃xff08;温度、湿度、气压&＃xff09;、气象统计和天气预报。

我们的工作就是建立一个应用&＃xff0c;利用WeatherData对象获得数据&＃xff0c;并更新三个布告板。

瞧一瞧客户给提供的WeatherData类吧。

我们的工作是实现measurementsChanged()方法&＃xff0c;好让它更新目前的状况、气象统计和天气预报的显示布告板。

我们目前知道什么&＃xff1f;

Weather-O-Rama气象站的要求说明并不是很清楚&＃xff0c;我们必须搞懂该做些什么&＃xff0c;那么&＃xff0c;我们目前知道些什么呢&＃xff1f;

WeatherData类具有getter方法&＃xff0c;可以取得三个测量值&＃xff1a;温度、湿度与气压。
当新的测量数据准备好时&＃xff0c;measurementsChanged()方法就会被调用&＃xff08;我们不在乎次方法是如何被调用的&＃xff0c;我们只在乎它被调用了&＃xff0c;也许被某个其他的程序调用的&＃xff0c;比如硬件采集&＃xff0c;这是Weather-O-Rama气象站提供的WeatherData类已经实现的功能&＃xff09;。
我们需要实现三个使用天气数据的布告板&＃xff0c;一旦WeatherData有新的测量数据就马上更新。
次系统必须可拓展&＃xff0c;让其他开发人员自定义布告板。

先看一个错误的示范

如果不进行思考&＃xff0c;直接进入开发阶段&＃xff0c;只为了完成工作而工作&＃xff0c;那么这是第一个可能的实现。我们依照Weather-O-Rama气象站开发人员的暗示&＃xff0c;在客户提供的类的measurementsChanged()方法中添加我们的代码&＃xff1a;

package cn.net.bysoft.observer;/*** 这是一个没有经过任何思考而写的代码。* */ public class WeatherData {// 该方法在硬件有最新监测数据时被调用。public void measurementsChanged() {// 该类中的代码又我们公司实现。// 调用三个getter方法获得最新的监测数据。float temp &＃61; getTemperature();float humidity &＃61; getHumidity();float pressure &＃61; getPressure();// 更新三个我们公司自己开发的布告板类。currentConditionsDispaly.update(temp, humidity, pressure);statisticsDisplay.update(temp, humidity, pressure);forecastDispaly.update(temp, humidity, pressure);}public float getTemperature() {return temperature;}public float getHumidity() {return humidity;}public float getPressure() {return pressure;}// 这三个setter方法可能会在硬件监测到最新的气象数据时被赋值。// 然后硬件会调用measurementsChanged()方法。public void setTemperature(float temperature) {this.temperature &＃61; temperature;}public void setHumidity(float humidity) {this.humidity &＃61; humidity;}public void setPressure(float pressure) {this.pressure &＃61; pressure;}private float temperature;private float humidity;private float pressure; }

在我们的第一个实现中&＃xff0c;存在一下的缺点&＃xff1a;

我们是针对具体实现编程&＃xff0c;而非针对接口&＃xff1b;
对于每个新的布告版&＃xff0c;我们都得修改代码&＃xff1b;
我们无法在运行时动态地添加或删除布告板&＃xff1b;
我们尚未封装改变的部分&＃xff1b;

我们的实现有什么不对&＃xff1f;

针对具体实现编程&＃xff0c;会导致我们以后在添加或删除布告板时必须修改程序。而且&＃xff0c;布告板的update()方法看起来是一个统一的接口&＃xff0c;布告板的方法名称都是update()&＃xff0c;参数都是温度、湿度和气压。

现在就来看看观察者模式&＃xff0c;然后再回来看看如何将此模式应用到气象观测站。

观察者就好像订阅报纸或者杂志。

报社的业务就是出版报纸。
向某家报社订阅报纸&＃xff0c;只要他们有新报纸出版&＃xff0c;就会给你送来。只要你是他们的订户&＃xff0c;你就会一直收到新报纸。
当你不想再看报纸的时候&＃xff0c;取消订阅&＃xff0c;他们就不会再送新报纸来。
只要报社还在运营&＃xff0c;就会一直有人向他们订阅报纸或取消订阅。

订阅者&＃43;出版者&＃61;观察者模式&＃xff0c;只是名称不太一样。

出版者改为主题(Subject)&＃xff0c;订阅者改为观察者(Observer)&＃xff0c;一个主题对应多个观察者&＃xff0c;是一个一对多的关系。来看一下观察者的类图&＃xff1a;

这里有一个设计原则&＃xff1a;

设计原则&＃xff1a;

为了交互对象之间的松耦合设计而努力。

松耦合的威力

当两个对象之间松耦合&＃xff0c;他们依然可以交互&＃xff0c;但是不太清楚彼此的细节。

观察者模式提供了一种对象设计&＃xff0c;让主题和观察者之间松耦合。

关于观察者的一切&＃xff0c;主题值知道观察者实现了某个接口。主题不需要知道观察者的具体类是谁&＃xff0c;做了些什么或其他任何细节。

任何时候我们都可以添加新的观察者。因为主题唯一依赖的东西是一个实现Observer接口的对象列表&＃xff0c;所以我们可以随时添加观察者。事实上&＃xff0c;在运行时我们可以用新的观察者取代现有的观察者&＃xff0c;主题不会受到任何影响。同样的&＃xff0c;也可以在任何时候删除某些观察者。

有新类型出现的观察者出现时&＃xff0c;主题的代码不需要修改。我们可以独立地复用主题或观察者。如果我们在其他任何地方需要使用主题或观察者&＃xff0c;可以轻易地复用&＃xff0c;因为二者并非紧耦合&＃xff0c;而是松耦合。

松耦合的设计之所以能让我们建立有弹性的OO系统&＃xff0c;能够应对变化&＃xff0c;是因为对象之间的互相依赖降到了最低。

设计与实现气象站

了解了这么多&＃xff0c;开始设计与实现气象站吧。

设计类图如上图所示&＃xff0c;让我们从建立接口开始吧&＃xff01;

package cn.net.bysoft.observer;/*** 布告板显示信息接口。* */ public interface DisplayElement {/*** 当布告板需要显示时&＃xff0c;调用次方法。* */public void display(); }

package cn.net.bysoft.observer;/*** 观察者接口。* */ public interface Observer {/*** 当气象监测数据改变时&＃xff0c;主题会把这些状态值当作方法的参数&＃xff0c;传送给观察者。* */public void update(float temp, float humidity, float perssure); }

package cn.net.bysoft.observer;/*** 主题接口。* */ public interface Subject {/*** registerObserver和removeObserver方法都需要一个观察者作为变量&＃xff0c;该观察者是用来注册或被删除的。* */public void registerObserver(Observer ob);public void removeObserver(Observer ob);/*** 当主题的状态改变时&＃xff0c;这个方法会被调用&＃xff0c;已通知所有的观察者。* */public void notifyObservers(); }

接下来&＃xff0c;我们要用观察者模式实现WeatherData类了。

package cn.net.bysoft.observer;import java.util.ArrayList;public class WeatherData implements Subject {public WeatherData() {observers &＃61; new ArrayList();}/*** 注册观察者。* */public void registerObserver(Observer ob) {observers.add(ob);}/*** 移除观察者。* */public void removeObserver(Observer ob) {int index &＃61; observers.indexOf(ob);if (index >&＃61; 0)observers.remove(index);}/*** 当有最新的气象监测数据时被调用。↓下面的函数调用。* */public void notifyObservers() {for (Observer ob : observers) {ob.update(this.temperature, this.himidity, this.pressure);}}/*** 气象站硬件监测到新数据会调用该方法。↓下面的函数调用。* */public void measurementsChanged() {notifyObservers();}/*** 因为没有气象站&＃xff0c;所以模拟一个硬件&＃xff0c;获得气象数据调用measurementsChanged()方法。* 在main()函数中使用。* */public void setMeasurements(float temperature, float himidity, float pressure) {this.temperature &＃61; temperature;this.himidity &＃61; himidity;this.pressure &＃61; pressure;measurementsChanged();}public ArrayList getObservers() {return observers;}public void setObservers(ArrayList observers) {this.observers &＃61; observers;}public float getTemperature() {return temperature;}public void setTemperature(float temperature) {this.temperature &＃61; temperature;}public float getHimidity() {return himidity;}public void setHimidity(float himidity) {this.himidity &＃61; himidity;}public float getPressure() {return pressure;}public void setPressure(float pressure) {this.pressure &＃61; pressure;}private ArrayList observers;private float temperature;private float himidity;private float pressure; }

最后&＃xff0c;编写布告板吧&＃xff01;

我们已经把WeatherData类写出来了&＃xff0c;现在轮到布告板了。Weather-O-Rama气象站订购了三个布告板&＃xff0c;首先来实现其中一个布告板。

package cn.net.bysoft.observer;public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {public CurrentConditionsDisplay() {}public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData) {// 实例化布告板的时候&＃xff0c;传入一个主题&＃xff0c;将自己注册到主题中。this.weatherData &＃61; weatherData;weatherData.registerObserver(this);}public void display() {System.out.println("当前conditions:" &＃43; temperature &＃43; "F degrees and "&＃43; himidity &＃43; "% humidity");}public void update(float temp, float humidity, float perssure) {this.temperature &＃61; temp;this.himidity &＃61; humidity;// 更新数据后刷新布告板。display();}private float temperature;private float himidity;// 要观察的主题。private Subject weatherData; }

布告板已经实现完毕&＃xff0c;编写一个main()方法测试一下观察者模式吧&＃xff01;

package cn.net.bysoft.observer;public class Main {public static void main(String[] args) {// 首先&＃xff0c;创建一个主题。// 这里应该使用Subject weatherData &＃61; new WeatherData();来创建主题。// 但是我们在WeatherData中添加了一个模拟硬件发送气象数据的函数&＃xff0c;Subject中并没有这个函数。// 所以使用了WeatherData来创建主题。WeatherData weatherData &＃61; new WeatherData();// 建立一个观察者&＃xff08;也就是布告板&＃xff09;&＃xff0c;把主题传给观察者&＃xff0c;在观察者的构造函数中订阅主题。Observer ccDisplay &＃61; new CurrentConditionsDisplay(weatherData);// 模拟一个气象变化的情况。weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);System.out.println("\n&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;\n");// 又变化了&＃xff01;weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);/*** output: * 当前conditions:80.0F degrees and 65.0% humidity* * &＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;&＃61;* * 当前conditions:80.0F degrees and 65.0% humidity* * */}}

另外两个布告板如上代码&＃xff0c;另外&＃xff0c;Java中提供了内置的观察者模式接口&＃xff0c;它们是&＃xff1a;