《Head First 设计模式》[02] 观察者模式

1、观察者模式

1.1 形象地认识观察者模式

• 报社的业务是出版报纸
• 用户像某家报社订阅了报纸，那么一旦报社有新的报纸，就会送到用户处。只要是订户，就一直会收到新报纸；
• 当用户不再想看报纸时，取消订阅，报社则不再送新的报纸来

去订阅报纸，也可以理解为“一直在观察新的报纸是否发布”，所以订阅的人也就是“观察者”，被观察的对象，也就是“主题”。

这种场景很常见，再比如求职者和猎头（是不是和Servlet的事件监听器很像呢？）：

1.2 定义观察者模式

观察者模式，实际上定义了对象之间的一对多依赖，这样一来，当一个对象的状态发生改变时，它的所有依赖者都会收到通知并自动更新。

1.3 网络气象站的建立故事

1.3.1 故事背景

气象站将建立新一代的网络气象观测站，这个业务外包给了某公司，业务要求是这样的：

• 气象站会提供WeatherData对象，由其追踪目前的天气情况
• 外包公司要建立一个应用，有三种布告板，分别显示目前的状况、气象统计、简单预报
• 当WeatherData对象获取到新的数据时，三种布告板必须更新
• 要求可拓展，能让其他开发者根据API自定义公告板

1.3.2 目前有什么

WeatherData类有getter方法，分别获取温度、湿度和气压：

• getTemperature()
• getHumidity()
• getPressure()

WeatherData类有measurementsChanged()方法：

• 气象测量数据更新时，该方法会被调用（你不需要关心怎么调用的，这里只是条件，你只需要知道该方法会被调用即可）
• 该方法需要外包公司实现具体代码

1.3.3 要做什么

• 实现三个基本的布告板，且WeatherData有数据更新时，布告板的信息也必须更新
• 系统可扩展，让其他开发人员可以自定义布告板，且可随意添加和删除

1.3.4 错误的示范

直接实现WeatherData类的measurementsChanged()方法：

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

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

9

1

public void measurementChanged() { 

2

    float temp = getTemperature();

3

    float humidity = getHumidity();

4

    float pressure = getPressure();

5

6

    currentConditionsDisplay.update(temp, humidity, pressure);

7

    statisticsDisplay.update(temp, humidity, pressure);

8

    forecastDisplay.update(temp, humidity, pressure);

9

}

这种方式，增减布告板时必须修改此处的代码，同时update方法看上去，完全也可以做成统一的接口，出现变动的情况下，会变动太多的代码，耦合性太强。

1.3.5 观察者模式的威力

建立主题接口：

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

5

1

public interface Subject {

2

    void registerObserver(Observer o);

3

    void removeObserver(Observer o);

4

    void notifyObservers();

5

}

建立观察者接口：

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

3

1

public interface Observer {

2

    void update(float temp, float humidity, float pressure);

3

}

建立展示接口：

public interface DisplayElement {
    void display();
}

3

1

public interface DisplayElement {

2

    void display();

3

}

在WeatherData中，新增观察者的集合属性，再实现主题接口：

public class WeatherData implements Subject{
    //新增订阅者集合属性
    private ArrayList<Observer> observerList = new ArrayList<Observer>();
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;

    public float getTemperature() {
        return temperature;
    }

    public float getHumidity() {
        return humidity;
    }

    public float getPressure() {
        return pressure;
    }

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

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

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

    public void measurementChanged() {
        notifyObservers();
    }
}

44

1

public class WeatherData implements Subject{

2

    //新增订阅者集合属性

3

    private ArrayList<Observer> observerList = new ArrayList<Observer>();

4

    private float temperature;

5

    private float humidity;

6

    private float pressure;

7

8

    public float getTemperature() {

9

        return temperature;

10

    }

11

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    public float getHumidity() {

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        return humidity;

14

    }

15

16

    public float getPressure() {

17

        return pressure;

18

    }

19

20

    @Override

21

    public void registerObserver(Observer o) {

22

        if (!observerList.contains(o)) {

23

            observerList.add(o);

24

        }

25

    }

26

27

    @Override

28

    public void removeObserver(Observer o) {

29

        if (observerList.contains(o)) {

30

            observerList.remove(o);

31

        }

32

    }

33

34

    @Override

35

    public void notifyObservers() {

36

        for (Observer o : observerList) {

37

            o.update(temperature, humidity, pressure);

38

        }

39

    }

40

41

    public void measurementChanged() {

42

        notifyObservers();

43

    }

44

}

建立布告板（以CurrentConditionsDisplay为例）：

public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {

    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;
    private Subject weatherData;

    public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData) {
        //保留Subject的引用，将来取消注册时会比较方便
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registerObserver(this);
    }

    @Override
    public void update(float temp, float humidity, float pressure) {
        //把温度、湿度、压力先保存一下，再调用display方法展示
        this.temperature = temp;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        display();
    }

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("currentConditionsDisplay:");
        System.out.println("  temperature:" + this.temperature);
        System.out.println("  humidity:" + this.humidity);
        System.out.println("  pressure:" + this.pressure);
    }
}

30

1

public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {

2

3

    private float temperature;

4

    private float humidity;

5

    private float pressure;

6

    private Subject weatherData;

7

8

    public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData) {

9

        //保留Subject的引用，将来取消注册时会比较方便

10

        this.weatherData = weatherData;

11

        weatherData.registerObserver(this);

12

    }

13

14

    @Override

15

    public void update(float temp, float humidity, float pressure) {

16

        //把温度、湿度、压力先保存一下，再调用display方法展示

17

        this.temperature = temp;

18

        this.humidity = humidity;

19

        this.pressure = pressure;

20

        display();

21

    }

22

23

    @Override

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    public void display() {

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        System.out.println("currentConditionsDisplay:");

26

        System.out.println("  temperature:" + this.temperature);

27

        System.out.println("  humidity:" + this.humidity);

28

        System.out.println("  pressure:" + this.pressure);

29

    }

30

}

通过以上，我们可以看到，当new一个CurrentConditionsDisplay对象时，其实例会被注册到WeatherData类的observerList属性中去，一旦测量值发生变化，我们提到过，会调用measurementChanged()方法，这个方法则通知其观察者集合observerList中的所有观察者，并执行他们的update()方法，也就是最终会调用的display()方法。

1.4 JDK内置的观察者模式 Observer和Observable

Java API有内置的观察者模式，在java.util包中，包含基本的Observer接口和Observable类，对应我们上述提到过的Observer接口和Subject接口。

其中：

• Observable是类，进行了方法的拓展，不再是单纯的接口
• Observable包含setChange()方法，用来标记状态已经改变的事实，且notifyObservers()仅在change为true时通知
• 以更好自定义推送粒度
• 如温度控制很精确每一点点都在变化，会造成持续不断地通知
• 如果我们希望温度变化在1度以上才进行通知，那么就可以在温度变化达到1度时，调用setChange()
• notifyObservers()有重载
• notifyObservers()
• notifyObservers(Object arg)
• 如果需要推“push”数据，则将数据自定义封装为某个数据对象arg（即主动通知观察者，改变的数据是什么）
• 则Observer的update(Observable o, Object arg)可以直接使用arg
• 如果需要拉“pull”数据，则调用notifyObservers()，实际调用notifyObservers(null)，观察者需要什么数据，自己去"拉pull"
• 则Observer的update(Observable o, Object arg)需要通过参数Observable的getter获取想要的信息

将以上示例修改为JDK内置的观察者模式（此例为pull拉的形式），那么：

WeatherData：

• 继承Observable，而不再是实现接口
• 不再需要“为了记住观察者们而新增观察者的集合属性”，因为Observable中已经有了
• 通知观察者前必须调用setChanged()方法

public class WeatherData extends Observable{
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;

    public WeatherData() {
    }

    public float getTemperature() {
        return temperature;
    }

    public float getHumidity() {
        return humidity;
    }

    public float getPressure() {
        return pressure;
    }

    public void measurementChanged() {
        setChanged();
        notifyObservers();
    }
}

25

1

public class WeatherData extends Observable{

2

    private float temperature;

3

    private float humidity;

4

    private float pressure;

5

6

    public WeatherData() {

7

    }

8

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    public float getTemperature() {

10

        return temperature;

11

    }

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    public float getHumidity() {

14

        return humidity;

15

    }

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    public float getPressure() {

18

        return pressure;

19

    }

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21

    public void measurementChanged() {

22

        setChanged();

23

        notifyObservers();

24

    }

25

}

CurrentConditionsDisplay：

• 因为是拉pull，所以先确定被观察者的类型

public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {

    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;
    private Observable weatherData;

    public CurrentConditionsDisplay(Observable weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.addObserver(this);
    }

    @Override
    public void update(Observable o, Object arg) {
        if (o instanceof WeatherData) {
            WeatherData weatherData = (WeatherData) o;
            this.temperature = weatherData.getTemperature();
            this.humidity = weatherData.getHumidity();
            this.pressure = weatherData.getPressure();
        }
        display();
    }

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("currentConditionsDisplay:");
        System.out.println("  temperature:" + this.temperature);
        System.out.println("  humidity:" + this.humidity);
        System.out.println("  pressure:" + this.pressure);
    }
}

x

1

public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {

2

3

    private float temperature;

4

    private float humidity;

5

    private float pressure;

6

    private Observable weatherData;

7

8

    public CurrentConditionsDisplay(Observable weatherData) {

9

        this.weatherData = weatherData;

10

        weatherData.addObserver(this);

11

    }

12

13

    @Override

14

    public void update(Observable o, Object arg) {

15

        if (o instanceof WeatherData) {

16

            WeatherData weatherData = (WeatherData) o;

17

            this.temperature = weatherData.getTemperature();

18

            this.humidity = weatherData.getHumidity();

19

            this.pressure = weatherData.getPressure();

20

        }

21

        display();

22

    }

23

24

    @Override

25

    public void display() {

26

        System.out.println("currentConditionsDisplay:");

27

        System.out.println("  temperature:" + this.temperature);

28

        System.out.println("  humidity:" + this.humidity);

29

        System.out.println("  pressure:" + this.pressure);

30

    }

31

}

JDK内置观察者模式的缺点：

• Observable是一个类而不是接口，而Java不能多继承，限制了它的使用
• setChanged()方法是protected修饰，所以除非你继承自Observable，否则你无法创建一个Observable实例并组合到你自己的对象中

2、再多叨叨两句

明白了观察者模式，现在回想起来Servlet的事件监听器，可以说是很相似了。

在上述关于观察者模式的示例中可以发现，作为观察者，必须主动通过主题类来调用其方法进行注册，如上例中展示板CurrentConditionsDisplay的构造函数中调用了weatherData.registerObserver(this)方法。

但是在Servlet监听器中我们知道，实现监听器接口的方法中，并没有要求自己调用所谓的类似注册的方法，那么服务器如Tomcat又是如何知道我是否“订阅”了呢？它是如何确定“需要接收推送事件的对象们”的呢？实际上我们做了这个步骤的，但不是在类里，而是在web.xml中，配置了监听器的信息，那么Tomcat内部自然在读取web.xml以后，就可以执行类似观察者注册的操作了。

当然，至于像Tomcat中是不是以这种观察者模式的方式来执行的监听器，这里因为笔者尚未去阅读源码，所以以上只是一种推断，或者说是一种认为可以根据以上实现监听器的一种方法。哪天看看源码，如果确实如此，就再写篇博文唠唠吧。

3、本文涉及的设计原则

• 为了交互对象之间的松耦合设计而努力

4、相关好文推荐

• Java帝国之观察者模式

5、其他参考链接

• java的Observable类中，notifyObservers(Object arg)和notifyObservers()的区别