設計模式2：觀察者(Observer)模式

背景問題：假設我們現在接到一個來自氣象臺的軟件開發合約，對方希望我們開發一個天氣預報類的軟件。假設需要建立三種佈告板，分別顯示目前的狀況，氣象統計及簡單的預報。當氣象臺提供的WeatherObject對象獲得最新的測量數據時，三種佈告板必須實時更新。如氣象臺所說，他們的WeatherData源文件中有getTemperature( ),getHumidity( ),getPressure( ),measurementsChanged( )。對於前三個方法各自返回最近的氣象測量數據，我們不用在乎這些方法如何設置變量，WeatherData對象自己知道如何從氣象臺獲取更新。而最後一個方法作爲一個線索提示我們需要在這裏添加代碼，顧名思義一旦三個變量更新，這個方法會被調用。

 

順水推舟：根據氣象臺的暗示，在measurementsChanged( )方法中添加我們的代碼貌似是個不錯的選擇：

public class WeatherData{

   public void measurementsChanged(){
        float temp = getTemperature();
        float humidity = getHumidity();
        float pressure = getPressure();

        currentConditionsDisplay.update(temp,humidity,pressure);
        statisticsDisplay.update(temp,humidity,pressure);
        forecastDisplay.update(temp,humidity,pressure);
   ]
}

 

思考：哪裏出了問題？回想我們在設計模式1博文中討論過的設計原則，顯而易見

currentConditionsDisplay.update(temp,humidity,pressure);
statisticsDisplay.update(temp,humidity,pressure);
forecastDisplay.update(temp,humidity,pressure);

是針對具體實現在編程，這樣會導致我們以後再增加或刪除佈告板時必須修改程序，而至少，update()在這裏看起來像一個統一的接口，參數都是溫度，溼度，氣壓。         

這也就引出了我們博客討論的第三個設計原則：爲了交互對象之間的鬆耦合設計而努力。鬆耦合有利於我們建立有彈性的系統，能夠應對變化，是因爲對象之間的互相依賴降低到了最低。這符合我們這篇博客所論述的主題：觀察者模式。

 

炒冷飯：觀察者模式定義了對象之間的一對多依賴，這樣一來，對一個對象改變狀態時，它的所有依賴者都會收到通知並自動更新。當思考這個定義時，我們會發現很有道理。我們的WeatherData類正是此處所說的“一”，而我們的“多”正是此處使用的天氣預測的各種佈告板。我們還必須記得，每個佈告板都有差異，這也就是爲什麼我們需要一個共同的接口的原因。儘管佈告板的類不一樣，但是它們都應該實現相同的接口，好讓WeatherData對象能夠知道如何把觀測值送給它們。顯而易見：update()方法應該在所有佈告板都實現的共同接口裏定義。

 

解決方案：

方案一：不使用JAVA爲觀察者模式提供的內置支持（理由：自己動手豐衣足食，自己建立的一切都會更具有彈性，況且建立這一切並不是很麻煩）

1.接口部分

a.主題接口(Subject.java)

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

b.觀察者接口(Observer.java)

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

c.顯示接口(DisplayElement)

public interface DisplayElement {
    public void display();
}

2.實現部分

a.主題實現(WeatherData.java) 

import java.util.*;
public class WeatherData implements Subject{ //WeatherData現在實現了Subject接口
    private ArrayList observers;//加上了ArrayList來記錄觀察者,此ArrayList是在構造函數中建立的
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;
    public WeatherData(){
        observers=new ArrayList();
    }
    public void registerObserver(Observer o){
        observers.add(o);//當註冊觀察者時,我們只要把它加到ArrayList的後面即可
    }
    public void removeObserver(Observer o){
        int i=observers.indexOf(o);//同樣地,當觀察者想取消註冊,我們把它從ArrayList中刪除即可
        if(i>0){
            observers.remove(i);
        }
    }
    public void notifyObserver(){//我們把狀態告訴每個觀察者,因爲觀察者都實現了update(),所以我們知道如何通知它們
        for(int i=0;i<observers.size();i++){
            Observer observer=(Observer)observers.get(i);
            observer.update(temperature,humidity,pressure);
        }
    }
    public void measurementsChanged(){
        notifyObserver();//當從氣象站得到更新觀測值時,我們通知觀察者
    }
    public void setMeasurements(float temperature,float humidity,float pressure){
        this.temperature=temperature;//測試佈告板,也可以寫代碼從網站上抓取觀測值
        this.humidity=humidity;
        this.pressure=pressure;
        measurementsChanged();
    }
    public float getTemperature(){
        return temperature;
    }
    public float getHumidity(){
        return humidity;
    }
    public float getPressure(){
        return pressure;
    }

}

b.觀察者即佈告板的實現(CurrentConditionsDisplay.java) 

public class CurrentConditionsDisplay implements Observer,DisplayElement{//實現了Observer接口,所以可以從WeatherData對象中獲得改變
    private float temperature;
    private float humidity;
    private Subject weatherData;
    public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData){//構造器需要weatherData對象(也就是主題)作爲註冊之用
        this.weatherData=weatherData;
        weatherData.registerObserver(this);
    }
    public void update(float temperature,float humidity,float pressure){
        this.temperature=temperature;//當update()被調用時,我們把溫度和溼度保存起來,然後調用display()
        this.humidity=humidity;
        display();
    }
    public void display(){
        System.out.println("Current conditions:"+temperature+"F degrees and "+humidity+"%humidity");
    }
}

3.測試程序(WeatherStation.java) 

import java.util.*;
public class WeatherStation {
    public static void main(String[] args) {
        WeatherData weatherData = new WeatherData();

        CurrentConditionsDisplay currentDisplay =
            new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
        //StatisticsDisplay statisticsDisplay = new StatisticsDisplay(weatherData);
        //ForecastDisplay forecastDisplay = new ForecastDisplay(weatherData);

        weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);
        weatherData.setMeasurements(82, 70, 29.2f);
        weatherData.setMeasurements(78, 90, 29.2f);
    }
}

4.測試界面