10分钟一个设计模式系列-The Observer Pattern

10分钟一个设计模式系列

The Observer Pattern

1. 基础 Basic

    Observer Pattern，说穿了，类似于手机应用里面的“发布-订阅”的形式，有一个Subject接口提供内容的获取，更新，并且Subject需要注册(register)很多个Observer观察者，而具有显示数据功能Display的类将继承Observer接口作为观察者，只有当你在Subject里注册了这个Observer时，Subject一有数据更新就会通知(notify)所有注册的Observers去更新(update)内容。

现在我们来看看一个UML图，摘自《Head First Design Patterns》。

在这里面，我们可以看到有Subject接口和Observer接口，分别有两个ConcreteXX的具体实现接口功能的类。这就是Observer模式的基本概念。

2. 例子 Example

    我们来看一个具体的例子，有一个气象台WeatherStation负责获取天气的数据，天气气象台的类有3个getter，分别获取气温，湿度，气压，getTemperature(),getHumidity(),getPressure()。有很多个设备负责显示这些数据，那么应该如何实现这个例子？

Subject Interface:

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

Observer Interface:

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

WeatherData Class:

import java.util.Vector;

public class WeatherData implements Subject{
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;
    private Vector observers;
    public WeatherData() {
         
    }

    @Override
    public void registerObserver(Observer observer) {
        // TODO Auto-generated method stub
        observers.add(observer);
    }

    @Override
    public void removeObserver(Observer observer) {
        // TODO Auto-generated method stub
        int index = observers.indexOf(observer);
        if (index >= 0)
            observers.remove(index);
    }

    @Override
    public void notifyObservers() {
        // TODO Auto-generated method stub
        for (int i = 0; i < observers.size(); i++) {
            Observer observer = (Observer)observers.get(i);
            observer.update(temperature, humidity, pressure);
        }
    }
    
    public void measurementChanged() {
        notifyObservers();
    }
    
    public void setMeasurement(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        measurementChanged();
    }
}

DisplayElement Interface(将动作抽象与实现分离):

public interface DisplayElement {
  public void display();
}

ConditionDisplay Class:

public class ConditionDisplay implements Observer,DisplayElement{
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;
    private Subject weatherData;
    
    public ConditionDisplay(Subject weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
    }
    
    @Override
    public void display() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("temperature: "+this.temperature);
        System.out.println("humidity: "+this.humidity);
        System.out.println("pressure: "+this.pressure);
    }

    @Override
    public void update(float temp, float humidity, float pressure) {
        // TODO Auto-generated method stub
        this.temperature = temp;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        display();
    }

}

 

3. Java内置API实现 Java Built in Support API - Observable Class & Observer Interface

    其实，Java也有内置帮助实现Observer模式的功能，是java.util包里面的Observable类以及Observer接口。请注意，Observable是一个类，而Observer是一个接口，这两点很重要，稍后会详细解释。我们先看看Observable类。

其实，它就是一个类似的Subject接口的类，但这里面有一个setChanged()方法。当你的Subject数据更新时，你需要先setChanged()，再notifyObservers()，为什么会多出来这个setChanged()方法？暂且不表，我们先看一下notifyObservers()在java里是如何实现的。

public void notifyObservers(Object arg) {
   Object[] arrLocal;
   synchronized (this) {
      if (!changed)
                 return;
      arrLocal = obs.toArray();
      clearChanged();
   }
   for (int i = arrLocal.length-1; i>=0; i--)
       ((Observer)arrLocal[i]).update(this, arg);
}

从这段代码可以看到，它会有一个先判定boolean changed是否改变的过程。然后再一一调用Observer数组中的Observer.update()去更新各个Observer的内容。

那刚才的问题就可以解答了，为什么会多出来这个setChanged()方法？这个方法的好处是，你的subject不一定每时每刻都要去告诉observer观察者去更新内容，只有当想通知时，再通知。这就是好处了，但值得注意的是，如果去看java的源代码，setChanged()是protected，这也就会引起直接用java提供的类和接口实现这个模式会出现的一些不方便的地方。

Java中的Observer是一个接口，也是一个update()方法，所以没什么好说的。

4. Java Observable类的限制 Limitation of the Java Observable Class

    刚才说过，java中Observable是一个类，而且类中的setChanged()是一个protected方法。这就带来了一个问题，因为它是一个类，那么你只能作为一个子类subclass去继承它，但假如我们这个类需要继承别的具体的类呢，或许有人会说new一个Observable实例出来，但这里又有一个问题，它是setChanged()是protected方法，那么new出来的这个实例是无法调用setChanged()方法的，无法调用它，就没办法notifyObservers()。这里提供两种方法来解决这个问题:

1. 照旧继承你原来继承的另外的类，然后直接在这个子类里面重新实现Observable类的内容，或者重新写一个Subject接口，添加Observable的方法。

2. 继承Observable，然后在subclass里面创建一个你原本想继承的那个类的实例作为一个“中介”，去实现具体的其它功能。