《HeadFirst设计模式》读书笔记-第2章-观察者模式

来源：互联网发布：mac双系统修复windows 编辑：程序博客网时间：2024/05/22 07:04

定义

观察者模式(observer pattern)定义了对象之间的一对多依赖，这样一来，当一个对象改变状态时，它的所有依赖者都会接收到通知并自动更新。

类图

代码实现

下面以气象站为例子，说明观察者模式的实现。先给出类图如下。

定义主题接口，所有具体的主题都要实现这个接口。

public interface Subject {    // 注册/注销观察者    public void registerObserver(Observer o);    public void removeObserver(Observer o);    // 当主题内容改变时，通知观察者    public void notifyObservers();}

定义观察者接口。

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

气象站作为具体的主题，实现Subject接口。

import java.util.*;public class WeatherData implements Subject {    private ArrayList observers;    private float temperature;    private float humidity;    private float pressure;    public WeatherData() {        observers = new ArrayList();    }    public void registerObserver(Observer o) {        observers.add(o);    }    public void removeObserver(Observer o) {        int i = observers.indexOf(o);        if (i >= 0) {            observers.remove(i);        }    }    public void notifyObservers() {        for (int i = 0; i < observers.size(); i++) {            Observer observer = (Observer)observers.get(i);            observer.update(temperature, humidity, pressure);        }    }    public void measurementsChanged() {        notifyObservers();    }    public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {        this.temperature = temperature;        this.humidity = humidity;        this.pressure = pressure;        measurementsChanged();    }    // other WeatherData methods here    public float getTemperature() {        return temperature;    }    public float getHumidity() {        return humidity;    }    public float getPressure() {        return pressure;    }}

定义前端显示接口，前端显示是可能发生变化或者扩展的部分，应该独立封装。

public interface DisplayElement {    public void display();}

具体的观察者实现Observer接口。当气象站的数据改变时，主题会通知所有观察者，update()方法被调用，数据更新后显示在前端。

观察者1：显示当前的观测

public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {    private float temperature;    private float humidity;    // 主题接口对象，订阅/取消订阅天气数据    private Subject weatherData;    public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData) {        this.weatherData = weatherData;        weatherData.registerObserver(this);    }    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {        this.temperature = temperature;        this.humidity = humidity;        display();    }    public void display() {        System.out.println("Current conditions: " + temperature             + "F degrees and " + humidity + "% humidity");    }}

观察者2：显示天气预报

import java.util.*;public class ForecastDisplay implements Observer, DisplayElement {    private float currentPressure = 29.92f;      private float lastPressure;    private WeatherData weatherData;    public ForecastDisplay(WeatherData weatherData) {        this.weatherData = weatherData;        weatherData.registerObserver(this);    }    public void update(float temp, float humidity, float pressure) {        lastPressure = currentPressure;        currentPressure = pressure;        display();    }    public void display() {        System.out.print("Forecast: ");        if (currentPressure > lastPressure) {            System.out.println("Improving weather on the way!");        } else if (currentPressure == lastPressure) {            System.out.println("More of the same");        } else if (currentPressure < lastPressure) {            System.out.println("Watch out for cooler, rainy weather");        }    }}

观察者3：显示酷热指数

public class HeatIndexDisplay implements Observer, DisplayElement {    float heatIndex = 0.0f;    private WeatherData weatherData;    public HeatIndexDisplay(WeatherData weatherData) {        this.weatherData = weatherData;        weatherData.registerObserver(this);    }    public void update(float t, float rh, float pressure) {        heatIndex = computeHeatIndex(t, rh);        display();    }    // 计算酷热指数，来自气象学的公式    private float computeHeatIndex(float t, float rh) {        float index = (float)((16.923 + (0.185212 * t) + (5.37941 * rh) - (0.100254 * t * rh)             + (0.00941695 * (t * t)) + (0.00728898 * (rh * rh))             + (0.000345372 * (t * t * rh)) - (0.000814971 * (t * rh * rh)) +            (0.0000102102 * (t * t * rh * rh)) - (0.000038646 * (t * t * t)) + (0.0000291583 *             (rh * rh * rh)) + (0.00000142721 * (t * t * t * rh)) +             (0.000000197483 * (t * rh * rh * rh)) - (0.0000000218429 * (t * t * t * rh * rh)) +            0.000000000843296 * (t * t * rh * rh * rh)) -            (0.0000000000481975 * (t * t * t * rh * rh * rh)));        return index;    }    public void display() {        System.out.println("Heat index is " + heatIndex);    }}

观察者4：显示温度的平均值，最大值，最小值

import java.util.*;public class StatisticsDisplay implements Observer, DisplayElement {    private float maxTemp = 0.0f;    private float minTemp = 200;    private float tempSum= 0.0f;    private int numReadings;    private WeatherData weatherData;    public StatisticsDisplay(WeatherData weatherData) {        this.weatherData = weatherData;        weatherData.registerObserver(this);    }    public void update(float temp, float humidity, float pressure) {        tempSum += temp;        numReadings++;        if (temp > maxTemp) {            maxTemp = temp;        }        if (temp < minTemp) {            minTemp = temp;        }        display();    }    public void display() {        System.out.println("Avg/Max/Min temperature = " + (tempSum / numReadings)            + "/" + maxTemp + "/" + minTemp);    }}

测试启动代码

import java.util.*;public class WeatherStation {    public static void main(String[] args) {        // new 天气主题对象        WeatherData weatherData = new WeatherData();        // new 观察者对象，并注册到主题对象        CurrentConditionsDisplay currentDisplay =             new CurrentConditionsDisplay(weatherData);        StatisticsDisplay statisticsDisplay = new StatisticsDisplay(weatherData);        ForecastDisplay forecastDisplay = new ForecastDisplay(weatherData);        // 更新主题数据，并通知所有观察者对象        weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);        weatherData.setMeasurements(82, 70, 29.2f);        weatherData.setMeasurements(78, 90, 29.2f);    }}

熟悉Java API的朋友可能注意到，Java API有内置的观察者模式，java.util.Observable和java.util.Observer。这两个和我们上面介绍的Subject/Observer接口很类似。我们先给出以Observable/Observer实现的新的气象站设计后，然后对比双方的优缺点。

可观察者实现。

import java.util.Observable;import java.util.Observer;public class WeatherData extends Observable {    private float temperature;    private float humidity;    private float pressure;    public WeatherData() { }    public void measurementsChanged() {        setChanged();        notifyObservers();    }    public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {        this.temperature = temperature;        this.humidity = humidity;        this.pressure = pressure;        measurementsChanged();    }    public float getTemperature() {        return temperature;    }    public float getHumidity() {        return humidity;    }    public float getPressure() {        return pressure;    }}

观察者1：显示当前的观测

import java.util.Observable;import java.util.Observer;public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {    Observable observable;    private float temperature;    private float humidity;    public CurrentConditionsDisplay(Observable observable) {        this.observable = observable;        observable.addObserver(this);    }    public void update(Observable obs, Object arg) {        if (obs instanceof WeatherData) {            WeatherData weatherData = (WeatherData)obs;            this.temperature = weatherData.getTemperature();            this.humidity = weatherData.getHumidity();            display();        }    }    public void display() {        System.out.println("Current conditions: " + temperature             + "F degrees and " + humidity + "% humidity");    }}

观察者2：显示天气预报

import java.util.Observable;import java.util.Observer;public class ForecastDisplay implements Observer, DisplayElement {    private float currentPressure = 29.92f;      private float lastPressure;    public ForecastDisplay(Observable observable) {        observable.addObserver(this);    }    public void update(Observable observable, Object arg) {        if (observable instanceof WeatherData) {            WeatherData weatherData = (WeatherData)observable;            lastPressure = currentPressure;            currentPressure = weatherData.getPressure();            display();        }    }    public void display() {        System.out.print("Forecast: ");        if (currentPressure > lastPressure) {            System.out.println("Improving weather on the way!");        } else if (currentPressure == lastPressure) {            System.out.println("More of the same");        } else if (currentPressure < lastPressure) {            System.out.println("Watch out for cooler, rainy weather");        }    }}

测试启动代码

public class WeatherStation {    public static void main(String[] args) {        WeatherData weatherData = new WeatherData();        CurrentConditionsDisplay currentConditions = 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);    }}

两种观察者模式的对比：

Observable是类，Subject是接口
Observable是类的优点是子类的代码会更加简洁，子类中无需实现addObserver()/deleteObserver()/notifyObservers()等方法，因为父类已经实现了。
缺点是因为Observable是类，所以要设计一个类来继承它。如果某类想同时具有Observable和另一个超类的行为，就会陷入两难，毕竟java不支持多重继承。这限制了Observable的复用潜力。
另外，Observable中的setChanged()方法被设置为protected,这意味着，除非你继承自Observable，否则你无法创建Observable实例并组合到你自己的对象中来(因为组合后的Observable实例无法访问setChanged()方法)。这个违反了OO原则3(多用组合，少用继承)。
Observable有增加setChanged()方法，这样可以让你在更新观察者时，更具有弹性。比如在这个案例中，你可以选择在温度变化超过多少度时，才通知观察者，这样可以避免因为非常微小的温度变化而导致的频繁通知观察者。
Observable提供了notifyObservers()和notifyObservers(Object arg)两个方法通知观察者数据更新。如果你想push数据给观察者，你可以把数据当成数据对象给notifyObservers(Object arg)方法，观察者实现的update(Observable obs, Object arg)方法被调用时，数据对象会传递给a rg参数。当调用notifyObservers()方法时，该参数为空，这时需要观察者通过obs对象pull数据，本案例weatherData.getPressure就是pull数据的例子。

包含的OO原则

原则4
主题(或者可观察者)和观察者之间的依赖降到了最低，主题只要知道观察者实现了Observer接口，观察者只要向可观察者订阅/取消订阅更新即可。对于主题而言，观察者的增加减少，主题不需要任何改变。同样，主题内容的改变，内部实现方式的变化，对于观察者而言没有任何影响。

关于OO原则的说明可参考文章面向对象的设计原则。

本章金句

主题(也就是可观察者)用一个共同的接口来更新观察者。
观察者和可观察者之间用松耦合方式结合，可观察者不需要知道观察者的细节，只需要知道它实现了观察者接口。
观察者可以从可观察者处push/pull数据，push的方式被认为是更好的。因为这样可观察者对象不要提供getXX() API,耦合性会更低。
push/pull数据时，主动方都是可观察者。观察者只有在被通知(update(Observable obs, Object arg)被调用)时，才去push/pull数据。在没有被通知时，不应该去pull数据，虽然这样也可以做到。
有多个观察者时，不可以依赖特定的通知次序。
要注意java.util.Observable实现上带来的一些问题。
Java API包括多种观察者模式的实现，包括了通用的java.util.Observable。
观察者被用在许多地方，如JavaBeans,RMI,Swing。许多GUI框架都大量使用了该模式。

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