16-观察者模式 VectorX

05 Jan 2022 7955字 27分 次 设计模式
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笔记来源：尚硅谷 Java 设计模式（图解+框架源码剖析）

[TOC]

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

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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WeatherData类

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  • 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

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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

气象网站类

/**
 * 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 ***");
    }
}

气象数据类

/**
 * 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();
    }
}

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);

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 ***

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（新浪网站）
  • 3）违反OCP原则 => 观察者模式

在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、观察者模式原理

观察者模式类似订牛奶业务

  • 1）奶站 / 气象局：Subject
  • 2）用户 / 第三方网站：Observer

Subject：登记注册、移除和通知

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  • 1）registerObserver()：注册
  • 2）removeObserver()：移除
  • 3）notifyObservers()：通知所有的注册的用户，根据不同需求，可以是更新数据，让用户来取，也可能是实施推送，看具体需求定

Observer：接收输入

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观察者模式：对象之间多对一依赖的一种设计方案，被依赖的对象为Subject，依赖的对象为Observer，Subject通知Observer变化，比如这里的奶站是Subject，是 1 的一方。用户是Observer，是多的一方

4、天气预报需求方案之观察者模式

UML 类图

image-20220105201025534

image-20220105205002693

核心代码

观察者对象Observer

/**
 * 观察者接口
 */
public interface Observer {
    void update(Float temperature, Float pressure, Float humidity);
}
/**
 * 观察者实现
 */
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 ***");
    }
}

主体对象Subject

/**
 * 主体对象接口
 */
public interface Subject {
    void registerObserver(Observer o);

    void removeObserver(Observer o);

    void notifyObservers();
}
/**
 * 主体对象实现
 */
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();
    }

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

    @Override
    public void removeObserver(Observer o) {
        if(o!= null && observerList.contains(o)) {
            observerList.remove(o);
        }
    }

    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observerList) {
            observer.update(temperature, pressure, humidity);
        }
    }
}

观察者对象Observer

public interface Observer {
    void update(Float temperature, Float pressure, Float humidity);
}

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 ***

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

例如，我们新增SinaWebSite和BaiDuWebSite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 ***");
    }
}

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 ***

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 ***

5、JDK 源码分析

JDK 中的Observable就使用到了观察者模式

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);
}

角色分析和职责说明

  • 1）Observable即充当了Subject接口及其实现类，其中包括了Observer的集合，并且包括对观察者相关的注册、移除和通知等方法：addObserver()、deleteObserver()和notifyObservers()，这些方法就类似于我们上面例子中的registerObserver()、removeObserver()和notifyObservers()
  • 2）Observer即观察者接口，具有update()方法