設計模式-觀察者模式

氣象檢測應用

我們接到一個任務，現在有一個氣象站，氣象站採集的數據在一個WeatherData對象中，我們的任務是利用WeatherData對象獲取數據，並更新三個佈告板：目前情況、氣象統計和天氣預報

簡單的WeatherData對象

簡單的WeatherData對象應該是這個樣子的

class WeatherData{
	
	private float temperature; // 溫度
	private float humidity; // 溼度
	private float pressure; //氣壓 
	
	// 獲取溫度 溼度 氣壓
	public float getTemperature() {
		// 方法體
	};
	public float getHumidity() {
		// 方法體
	};
	public float getPressure() {
		// 方法體
	};
	
	// 數據發生變化時，獲取最新數據並更新佈告板
	public void measurementsChanged() {
		temperature = getTemperature();
		humidity = getHumidity();
		pressure = getPressure();
		// 三個佈告板分別更新
		Board1.update(temperature, humidity, pressure);
		Board2.update(temperature, humidity, pressure);
		Board3.update(temperature, humidity, pressure);
	}
}

可是我們看到：三個佈告板是分別更新的，而且參數固定，如果以後有新的佈告板需要添加、或者每個佈告板顯示的數據需要添加，代碼維護起來就會很麻煩

// 這一段
// 三個佈告板分別更新   參數（每個佈告板要顯示的數據）固定
Board1.update(temperature, humidity, pressure);
Board2.update(temperature, humidity, pressure);
Board3.update(temperature, humidity, pressure);

在設計模式-策略模式中，我們提到過這樣的設計原則：找出應用中可能需要變化之處，把他們獨立出來，不要和那些不需要變化的代碼混在一起
根據這個原則，在WeatherData對象中，佈告板一定是變化的，所以要把它單獨拿出來

觀察者模式

在修改上面的代碼之前，我們先了解一下什麼是觀察者模式

對於報紙出版商和訂閱者之間

• 只要你訂閱了報紙，你就是訂閱者
• 出版商有了新的新聞就會給你以及其他所有訂閱者發送報紙
• 你不用時時刻刻關注出版商有什麼新聞變化，因爲如果有新聞變化出版商會自動給你派發報紙
• 如果你不想看報紙，就取消訂閱

這種形式就是觀察者模式，在觀察者模式中，出版商叫做“主題”(Subject)，訂閱者叫做“觀察者”(Oberver)

觀察者無需時時刻刻監視主題的變化，主題發生變化時會自動通知觀察者

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，它的所有依賴者都會收到通知並自動更新

實現觀察者模式的方法不止一種，但是以包含SUbject和Observer接口的類設計的做法最常見
我們來看一下

設計氣象站

我們將氣象監測系統分爲兩類，第一類就是WeatherData對象所代表的Subject，第二類就是所有佈告板Board1，2，3……所代表的Observer

首先設計Subject接口，需要的功能：註冊和刪除觀察者，將新信息推送給所有觀察者

public interface Subject{
	// 註冊觀察者
	public void registerObserver(Observer o);
	// 移除觀察者
	public void removeObserver(Observer o);
	// 通知所有佈告板
	public void notifyObservers();
}

Observer接口只要實現更新就可以了

public interface Observer{
	// 數據發生變化時，更新自身的值更新自身的值
	public void update(float temperature, float humidity, float pressure);
}

現在我們的WeatherDate類實現Subject接口

class WeatherData implements Subject{
	private float temperature; // 溫度
	private float humidity; // 溼度
	private float pressure; //氣壓 
	private ArrayList observers; //記錄所有註冊WeatherDate的觀察者,在構造函數中初始化

	public WeatherData(){
		observers = new ArrayList();// 初始化ArrayList
	}
	
	//註冊新的觀察者
	public void registerObserver(Observer o){
		observers.add(o);
	}

	// 移除觀察者
	public void removeObserver(Observer o){
		// 查找觀察者是否已經訂閱，如果訂閱了返回位置，未訂閱返回-1
		int i = observers.indexOf(o);
		if( i>= 0)
			observers.remove(o);
	}
	
	// 通知每個觀察者更新自己
	public void notifyObservers() {
		for(int i=0; i<observers.size(); i++) {
			Observer observer = (Observer)observers.get(i);
			observer.update(temperature, humidity, pressure);
		}
	}
	
	
	// 數據發生改變，調用通知觀察者的方法
	public void measurementsChanged()() {
		notifyObservers();
	}
	
	// 設置新數據
	public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
		this.temperature = temperature;
		this.humidity = humidity;
		this.pressure = pressure;
		// 數據發生了變化
		measurementsChanged();
	}
}

每個佈告板都實現Observer接口，我們就以Board2爲例

public class Board2 implements Observer{
	private float temperature; // 溫度
	private float humidity; // 溼度
	private float pressure; //氣壓 
	private Subject weatherData // 記錄訂閱的是哪個Subject
	
	public Board2 (Subject weatherData){
		// 訂閱WeatherData
		this.weatherData = weatherData;
		// 將自己添加到WeatherData的觀察者列表中
		weatherData.registerObserver(this);
	}
	
	public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
		this.temperature = temperature;
		this.humidity = humidity;
		this.pressure = pressure;
		//顯示數據
		display();
	}
	
	// 顯示數據
	public void display() {
		System.out.println(temperature + " "
				+ humidity + " "
				+ pressure);
	}
}

• 目前來說，當值變化時(update())調用display()時很合理的，然而還有很多更好的方法設計顯示數據的方式，如MVC設計模式
• Subject的引用其實沒必要保存，因爲構造完Board2之後就用不到了，但是以後我們可能想要取消註釋，如果已經有了對Subject的引用會比較方便

到目前爲止我們已經從無到有的完成了觀察者模式

使用Java內置的觀察者模式

JavaAPI有內置的觀察者模式，java.util包中包含最基本的Observer接口和Observerable類，Observable相當於Subject，注意一個是類，一個是接口

註冊觀察者

只要一個類實現了Observaer接口，那麼就可以調用任何Observable對象的addObserver()方法，把自身註冊到該Observalbe上，不想觀察時可以調用Observable對象的deleteObserver()方法

主題(Subject、Observable)發出通知

定義一個類擴展java.util.Observable類，這之後

• 首先調用setChanged()方法，標記爲“當前主題的數據已經發生了變化”
• 然後調用notifyObservers方法中的任意一個：notifyObservers()，或notifyObservers(Object arg)，後者可以傳遞任何類型的數據給觀察者

爲什麼設置setChanged()

如果setChanged()沒有設置，那麼調用notifyObservers就不會通知觀察者，調用notifyObservers之後，又會回到沒有設置setChanged()的狀態

這樣的好處是可以自定義通知頻度，比如氣象觀察站的溫度都是0.01這樣變化的，而且變化極快，每次變化都會通知觀察者

可是佈告板上不需要這麼精細，只需要每1度變化就可以了，那麼我們就可以每當有整整1度的溫度發生變化時再設置setChanged()讓它通知觀察者

觀察者接收通知

觀察者有update(Observable o, Object arg)方法，第一個參數表示是哪個主題通知它的，第二個參數是主題調用其自身的notifyObserves時傳遞的參數

關於主題推送變化和觀察者拉取變化

主題的信息發生變化時，其實這個變化不是主題“推”給觀察者的，而是主題通知觀察者，讓觀察者主動"拉"下來的
Observable源碼大意是這樣的

nottifyObservers(Object arg){
	if(設置了setChanged){
		for( 觀察者列表中的每一個觀察者 ){
			update( this, arg );
		}
		將類設置爲 未設置setChanged 之前的狀態
	}
}

nottifyObservers(){
	nottifyObservers( null );
}

程序不要依賴於通知順序

當Observable的數據發生變化時，Observer被通知到的順序是不一定的，所以你的程序千萬不要建立在某一個特定通知順序的上

java.util.Observable的黑暗面

java.util.Observable是個類！嘿你說氣不氣，甚至它一個接口都沒實現，也就是說，java.util.Observable的的實現會有很多問題，限制了它的使用和複用

• 如果一個類相同時繼承超類和java.util.Observable就不可能了
• 沒有Observable接口，也就說明了你不能創造一個實現Observable的類來和java內置的Observable API搭配使用
• java.util.Observable類中，setChanged()方法是project的，這也就意味着：除非你的類繼承自Observable類，否則無法創造Observable實例組合到自己的對象中，這違背了我們在設計模式-策略模式提到過的設計原則：“多用組合，少用繼承”

觀察者模式遵循設計原則

• 設計原則：找出程序中會變化的方面，然後將其和固定不變的方面分離
  – 觀察者模式中，會改變的是主題的狀態，以及觀察者的數目和類型。用這個模式，你可以改變依賴於主題狀態的對象，卻不必改變主題，這就叫提前規則

• 設計原則：針對接口編程，不針對實現編程
  – 主題與觀察者都使用接口，觀察者利用主體的接口向主題註冊，主題利用觀察者接口通知觀察者，這樣可以讓兩者之間運作正常，又同時鬆耦合的優點

• 設計原則：多用組合，少用繼承
  – 觀察者模式利用“組合”將許多觀察者組合進主題中。對象之間的這種關係不是通過繼承產生的，不是在運行時利用組合的方式產生的

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參考：《Head First 設計模式》