观察者模式(从放弃到入门)

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2016-10-20
原文链接:blog.csdn.net

今天分享第二个模式,观察者模式。相信作Android开发或者Java开发的童鞋都听说过这个模式,而且有很多流行的框架都是使用了观察者模式,例如著名的RxJava。而且Java中直接就自带了观察者模式,可见它有多常用。

然后文中的例子也是来自 Head First 设计模式,很棒的一本书,推荐大家看看。

废话不多说了,直接上需求:

需求1:错误示范

系统中有3个东东:气象站(温度,湿地,气压等),WeatherData对象(获取各种消息的变化),广告板(显示变化)。直接上一张书上的图好了:

这里写图片描述

注意一定,公告板只是一种展示,可能还有其他功能的公告板,获取相同的数据,但是做不同的处理。图中是做目前的状态展示,还可能有气候统计天气预测等。
意思就是说:我们可以将 WeatherData对象看作一个消息的来源,它的各项参数会不停的变化,他的每一次变化,都需要通知广告板做出相应的处理。

那么最简单的设计就来了,既然后很多公告板,那么我的WeatherData对象中,存放他们的引用,然后当我的值变化的时候,依次调用公告板的change() 函数通知变化不久搞定了。代码如下:

WeatherData .java

public class WeatherData {

    CurrentConditionDisplay cDisplay;
    StaticsDisplay sDisplay;
    ForecastDisplay fDisplay;

    public WeatherData(){
        cDisplay = new CurrentConditionDisplay();
        sDisplay = new StaticsDisplay();
        fDisplay = new ForecastDisplay();
    }

    
    public void measurementsChanged(){
        double temp = getTemperature();
        double humidity = getHumidity();
        double pressure = getPressure();

        cDisplay.update(temp, humidity, pressure);
        sDisplay.update(temp, humidity, pressure);
        fDisplay.update(temp, humidity, pressure);
    }

    public float getTemperature(){
        
        return 1.0f;
    }

    public float getHumidity(){
        
        return 2.0f;
    }

    public float getPressure(){
        
        return 3.0f;
    }
}

其他代码都不用看,我们关注measurementsChanged() 方法,通过 getXXX() 方法获取到变化之后,通知本类中的3个广告板对象调用 update(…) 方法,做出相应的更新。

IUpdate.java

public interface IUpdate {
    void update(double temp, double humidity, double presure);
}

ForecastDisplay.java

public class ForecastDisplay implements IUpdate{
    public void update(double temp, double humidity, double presure) {
        System.out.println("I doing forecast work:"+temp+","+humidity+","+presure);
    }

}

StaticsDisplay.java

public class StaticsDisplay implements IUpdate{

    public void update(double temp, double humidity, double presure) {
        System.out.println("I doing statics work:"+temp+","+humidity+","+presure);
    }
}

CurrentConditionDisplay .java

public class CurrentConditionDisplay implements IUpdate{

    public void update(double temp, double humidity, double presure) {
        System.out.println("I doing current work:"+temp+","+humidity+","+presure);
    }
}

客户端调用:
Main.java

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        WeatherData wd = new WeatherData();
        wd.measurementsChanged();
    }
}
I doing current work:1.0,2.0,3.0
I doing statics work:1.0,2.0,3.0
I doing forecast work:1.0,2.0,3.0

首先必须说,这样写问题真是太大了:

  1. 没有面相接口编程的思想(WeatherData类中直接使用CurrentConditionDisplay ,其实可以使用 IUpdate接口
  2. 如果还有新的广告板,需要修改WeatherData
  3. 如果通知的信号(温度,湿度,气压)再增加一个风力,那么IUpdate需要修改,所有的广告版都需要修改。

需求2:观察者模式

先上一张图:

这里写图片描述

现在我们要解决上面的3个问题:

认识观察者模式

在上面的示范中,我们其实可以看作,广告板(观察者Observer),时刻关注着 WeatherData (主题Subject) 的变化,如果有变化,则通知广告板更新。看看代码:

首先提供主题和观察者两个接口:

ISubject.java

public interface ISubject {
    void registObserver(IObserver o);
    void removeObserver(IObserver o);
    void notifyObservers();
}

IObserver .java

public interface IObserver {
    public void update(double temp, double humidity, double pressure);
}

WeatherData.java

public class WeatherData implements ISubject {
    private Set observers = new HashSet();

    double temp;
    double humidity;
    double pressure;

    public void registObserver(IObserver o) {
        observers.add(o);
    }

    public void removeObserver(IObserver o) {
        observers.remove(o);
    }

    public void notifyObservers() {
        for (IObserver o : observers) {
            o.update(temp, humidity, pressure);
        }
    }

    public void mesurementsChanged(double temp, double humidity, double pressure) {
        this.temp = temp;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;

        notifyObservers();
    }
}

用一个 Set observers 来装所有关注这个Subject的观察者,在 mesurementsChanged() 中先更新自己的数据,然后通知所有观察者并做出反应。

CurrentConditionDisplay.java

public class CurrentConditionDisplay implements IObserver{

    private ISubject weatherData;

    public CurrentConditionDisplay(ISubject weatherData){
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registObserver(this);
    }

    public void update(double temp, double humidity, double presure) {
        System.out.println("I doing current work:"+temp+","+humidity+","+presure);
    }
}

ForecastDisplay.java

public class ForecastDisplay implements IObserver{

    private ISubject weatherData;

    public ForecastDisplay(ISubject weatherData){
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registObserver(this);
    }

    public void update(double temp, double humidity, double presure) {
        System.out.println("I doing forecast work:"+temp+","+humidity+","+presure);
    }
}

StaticsDisplay.java

public class StaticsDisplay implements IObserver{

    private ISubject weatherData;

    public StaticsDisplay(ISubject weatherData){
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registObserver(this);
    }

    public void update(double temp, double humidity, double presure) {
        System.out.println("I doing statics work:"+temp+","+humidity+","+presure);
    }
}

3个广告板类,每个包含一个要观察的主题,在初始化时添加要观察的主题,并将自己添加到主题的观察者列表中。

客户端调用:

Main.java

public class Main {

    public static void main(String[] args) {

        WeatherData weatherData = new WeatherData();

        IObserver cDisplay = new CurrentConditionDisplay(weatherData);
        IObserver sDisplay = new StaticsDisplay(weatherData);
        IObserver fDisplay = new ForecastDisplay(weatherData);

        weatherData.mesurementsChanged(1.0, 2.0, 3.0);
    }
}

改进的地方:

  1. 首先现在 WeatherData 可以添加任意多个观察者
  2. 主题和观察者解耦,类中保持的是接口对象。
  3. 观察主题的具体内容解耦了,WeatherData获取的信息,和Observer关心的数据分开。(简单的说就是,如果另外一种Observer之关心温度,也可是使用WeatherData,只是update方法不一样就可以了),但是也有不足指出,因为数据是由IObserver中的update方法决定的,这里感觉还可以改进。

需求3:Java中自带的观察者模式

Java 的 java.util包 中自带了 Observer接口和Observable类和我们前面的 Subject接口和Observer接口很像。

我们来看看使用Java的观察者模式,重写上面的例子:

WeatherData.java

public class WeatherData extends Observable {

    private double temperature;
    private double humidity;
    private double pressure;

    public WeatherData() {
    }

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

    public void setMeasurements(double temperature, double humidity,
            double pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;

        measurementsChanged();
    }

    public double getTemperature() {
        return temperature;
    }

    public double getHumidity() {
        return humidity;
    }

    public double getPressure() {
        return pressure;
    }
}

主要修改了几个地方:
1. 继承自Observable,等下讲完,我们来看看Observable里面写了什么。
2. setMeasurements()还是更新数据,然后调用notifyObservers()通知所有注册的Observer修改数据。所以我们应该关注 Observerable类中的两个方法:update()notifyObservers()

CurrentConditionDisplay.java

public class CurrentConditionDisplay implements Observer {

    private Observable observable;

    public CurrentConditionDisplay(Observable observable) {
        this.observable = observable;
        observable.addObserver(this);
    }

    public void update(Observable o, Object arg) {
        if (o instanceof WeatherData) {
            WeatherData wd = (WeatherData) o;
            display(wd.getTemperature(), wd.getHumidity(), wd.getPressure());
        }
    }

    public void display(double temp, double humidity, double presure) {
        System.out.println("I doing current work:" + temp + "," + humidity
                + "," + presure);
    }
}

修改的地方:
1. 与之前一样,首先还是在构造方法中添加 主题对象,并注册自己。
2. 然后看我们重写的方法 void update(Observable o, Object arg),先判断发送update消息的主题对象是不是WeatherData,然后从主题中获取并更新数据。

思考

至于调用和之前一样,看到这里有些童鞋可能看出一掉猫腻,我们在需求2中最后提到,我们关心的消息是由 IObserver中的update 方法中的具体参数决定的,不够完善。但是这里呢?完全跟参数无关,到底从 WeatherData 中获取什么数据,可以任意获取。

我们还可以做一定的解耦,就是说 WeatherData 这个主题现在提供3种数据,但是我们完全可以将3中数据分开为3个主题,然后所有的观察者都关心自己的数据,而不需要通过WeatherData 同时获取3中数据。至于 update 中我们就需要判断 到底是 TemperatureData, HumidityData,还是 PressureData,将关心的消息也解耦了,不知道你理解没有。

源码Observable , Observer 解析

public class Observable {
    private boolean changed = false;
    private Vector obs;

    public Observable() {
        obs = new Vector<>();
    }

    public synchronized void addObserver(Observer o) {
        if (o == null)
            throw new NullPointerException();
        if (!obs.contains(o)) {
            obs.addElement(o);
        }
    }

    public synchronized void deleteObserver(Observer o) {
        obs.removeElement(o);
    }


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


    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);
    }


    public synchronized void deleteObservers() {
        obs.removeAllElements();
    }


    protected synchronized void setChanged() {
        changed = true;
    }


    protected synchronized void clearChanged() {
        changed = false;
    }


    public synchronized boolean hasChanged() {
        return changed;
    }


    public synchronized int countObservers() {
        return obs.size();
    }
}

为了节省篇幅,我狠心的把注释全删掉了,其实有很多注释的。

如果前面的内容都理解的童鞋,看这个代码也应该很好理解。套路一样,但是有一些点我们应该注意:

  1. addObserver(), deleteObserver()添加和删除观察者对象
  2. 代码中用一个 changed 关键字来表示是否有改变,在发送改变前我们需要先使用setChanged()将其设置为true。 在 notifyObservers()之后自动调用 clearChanged() 恢复 changed 为false。所以不需要我们自己来重置。
  3. 我们应该注意所有的方法都是 synchronized 的,而且存储观察者对象的集合类也是 Vector obs,所以整个 Observable 都是线程安全的。

还需要看一下 Observer 接口吗?

public interface Observer {
    void update(Observable o, Object arg);
}

确实精简,只有一个 update 方法。看看 Obsererable 对象中的 notifyObservers 方法 调用的 update:

 ((Observer)arrLocal[i]).update(this, arg);

对没错,就是这样调用的。

一些体会

感觉设计模式确实很有意思,但是上大学的时候,我们居然没有看这门课,我的天!!这个例子完整的结合了书本,自己的思考,以及Java的源码,感觉写下来我自己也受益匪浅。

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