设计模式 -- 观察者模式（Observer Pattern）

1 问题引出

1.1 天气预报项目需求

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)。

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。

提供温度、气压和湿度的接口

测量数据更新时，要能实时的通知给第三方

1.2 传统的设计方案

说明：

通过 getxxx() 方法，可以让第三方接入，并得到相关信息.
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。
Currentconditions(当前的天气情况) 可以理解成是我们气象局的网站

3 组件和结构

主题（Subject）：又称被观察者或可观察对象。它是具有状态的对象，并维护一个观察者列表。主题提供了添加、删除和通知观察者的方法。
观察者（Observer）：是接收主题通知的对象。每一个观察者都需要实现一个更新接口，以便在收到主题通知时进行相应的操作。
具体主题（ConcreteSubject）：具体实现了主题接口，管理观察者列表，并在状态改变时通知它们。
具体观察者（ConcreteObserver）：实现了观察者接口的具体类，定义了在收到主题通知时需要执行的具体操作。

4 应用实例

4.1实现原理

Ø Subject：登记注册、移除和通知

registerObserver 注册

removeObserver 移除

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

Ø Observer：接收输入

4.2 类图

4.3 代码实现

Client

public class Client {
public static void main(String[] args) {//  创建一个 WeatherDataWeatherData weatherData = new WeatherData();
//  创建观察者CurrentConditions currentConditions = new CurrentConditions();
BaiduSite baiduSite = new BaiduSite();
//  注册到 weatherData weatherData.registerObserver(currentConditions);weatherData.registerObserver(baiduSite);
//  测试System.out.println("通知各个注册的观察者, 看看信息");weatherData.setData(10f, 100f, 30.3f);
weatherData.removeObserver(currentConditions);//  测试System.out.println();System.out.println("通知各个注册的观察者, 看看信息");weatherData.setData(10f, 100f, 30.3f);}

}

BaiduSite

public class BaiduSite implements Observer {
//  温度，气压，湿度private float temperature;private float pressure;
private float humidity;
//  更新 天气情况，是由 WeatherData 来调用，我使用推送模式public void update(float temperature, float pressure, float humidity) {this.temperature = temperature;
this.pressure = pressure;this.humidity = humidity;display();}
//  显示public void display() {System.out.println("===百度网站====");System.out.println("***百度网站 气温 : " + temperature + "***");System.out.println("***百度网站 气压: " + pressure + "***");System.out.println("***百度网站 湿度: " + humidity + "***");}

}

Observer

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

Subject

// 接口, 让 WeatherData 来实现
public interface Subject {public void registerObserver(Observer o); public void removeObserver(Observer o); public void notifyObservers();
}

WeatherData


/*** 类是核心* 1. 包含最新的天气情况信息* 2. 含有 观察者集合，使用 ArrayList 管理* 3. 当数据有更新时，就主动的调用 ArrayList, 通知所有的（接入方）就看到最新的信息*/
public class WeatherData implements Subject {private float temperatrue;private float pressure;
private float humidity;//  观察者集合private ArrayList<Observer> observers;
//  加入新的第三方public WeatherData() {observers = new ArrayList<Observer>();}
public float getTemperature() {return temperatrue;}
public float getPressure() {return pressure;}
public float getHumidity() {return humidity;}
public void dataChange() {//  调用 接入方的 updatenotifyObservers();}
//  当数据有更新时，就调用 setDatapublic void setData(float temperature, float pressure, float humidity) {this.temperatrue = temperature;this.pressure = pressure;this.humidity = humidity;//  调用 dataChange， 将最新的信息 推送给 接入方 currentConditionsdataChange();}
//  注册一个观察者@Overridepublic void registerObserver(Observer o) {observers.add(o);}
//  移除一个观察者@Overridepublic void removeObserver(Observer o) {if(observers.contains(o)) {observers.remove(o);}//  遍历所有的观察者，并通知@Overridepublic void notifyObservers() {for (int i = 0; i < observers.size(); i++) {observers.get(i).update(this.temperatrue, this.pressure, this.humidity);}}
}

5 优缺点

5.1 优点

支持松耦合：观察者模式允许主题和观察者独立变化，只要他们之间的通信遵守约定的接口，变化不会相互影响。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。
动态订阅：观察者可以动态地订阅或取消订阅主题，这意味着可以在运行时改变通知的对象集，提供了高度的灵活性。
支持广播通信：当主题状态改变时，所有注册的观察者都会收到通知，这大大简化了一对多的消息传递机制。
能力集中：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。

5.2 缺点

性能问题：如果观察者数量众多，通知过程可能会耗费较长时间，影响性能。
循环依赖问题：如果观察者和主题之间存在循环依赖，可能导致系统崩溃。
信息不足：观察者可能只能知道主题发生了变化，但无法获取更多关于变化细节的信息。

6 应用场景

GUI事件处理：在图形用户界面编程中，各种控件（如按钮、滑块等）可以被视为主题，而响应用户交互的动作（如点击、移动等）则由观察者（如事件处理器）来处理。
数据同步：当数据在一端发生变化时，可以使用观察者模式自动更新所有依赖于此数据的对象。
实时系统：在实时系统中，多个对象可能需要对某个对象的状态变化做出响应，观察者模式提供了一个高效的框架来实现这一点。

7 总结

观察者模式是解决对象间一对多依赖关系的强大工具，通过状态改变的通知机制，它使得系统更加灵活和动态。然而，设计时也要注意其潜在的性能问题和循环依赖的问题。正确应用观察者模式，可以使你的系统更加模块化和易于扩展。