设计模式之观察者模式

2024-11-26 20:27:24

观察者模式（Observer Pattern）是一种行为型设计模式，它定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听一个主题对象（Subject）。当主题对象的状态发生变化时，所有依赖于它的观察者都会得到通知并自动更新。观察者模式的应用可以减少对象之间的耦合度，促进系统的解耦，使得对象间的协作变得更加灵活。

观察者模式特别适用于那些需要在一个对象状态变化时，通知多个对象并进行相应处理的场景。它通常用于事件驱动的系统、模型-视图-控制（MVC）架构、GUI框架等应用中。

一、观察者模式的定义

在观察者模式中，主题对象（Subject）保持对多个观察者对象（Observer）的引用，并在自身状态改变时通知它们。观察者对象通过订

阅主题对象来接收通知，而无需主动去查询主题对象的状态。主题和观察者之间通过一个简单的接口进行通信，使得它们之间的耦合度降低。

二、观察者模式的组成部分

观察者模式主要由以下几个角色组成：

Subject（主题/被观察者）：
主题对象是观察者模式的核心，它维护一个观察者列表，并定义向观察者发送通知的方法。主题的状态发生变化时，它会通知所有的观察者。
常见的操作有：注册观察者、删除观察者、通知观察者。
Observer（观察者）：
观察者是需要接收主题通知的对象，它定义了接收通知的接口。当主题对象状态发生变化时，观察者会自动调用该接口来更新自身状态。
ConcreteSubject（具体主题）：
具体主题类实现了Subject接口，并维护自己的状态。当它的状态变化时，会调用所有注册的观察者的更新方法。
ConcreteObserver（具体观察者）：
具体观察者类实现了Observer接口，并在接收到通知时更新自己的状态。具体观察者与具体主题密切相关，通常它们的状态依赖于主题的状态。

三、观察者模式的工作原理

观察者模式的工作原理可以总结为以下步骤：

注册观察者：观察者对象通过调用主题对象的attach()方法注册自己，成为主题的观察者。
通知观察者：当主题的状态发生变化时，主题对象调用notify()方法，通知所有注册的观察者。
观察者更新：观察者对象收到通知后，会调用自身的update()方法，根据主题的状态更新自己的状态。
取消订阅：如果观察者不再关心主题的状态变化，它可以通过调用主题的detach()方法注销自己，不再接收通知。

四、观察者模式的代码示例

假设我们有一个简单的天气预报系统，系统需要通知不同的显示设备（如手机、电脑）更新天气信息。当天气变化时，所有已注册的显示设备都会自动接收到天气更新。

定义观察者接口

public interface Observer {
    public void update(String weather);
}

定义主题接口

public interface Subject {
    void attach(Observer observer);
    void detach(Observer observer);
    void notifyObservers();
}

具体主题类：WeatherStation（天气站）

public class WeatherStation implements Subject{
    private List<Observer> observers = new ArrayList<>();
    private String weather;

    public void setWeather(String weather) {
        this.weather = weather;
        notifyObservers();
    }

    @Override
    public void attach(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    @Override
    public void detach(Observer observer) {
        observers.remove(observer);
    }

    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(weather);
        }
    }
}

具体观察者类：PhoneDisplay（手机显示）

public class PhoneDisplay implements Observer{

    @Override
    public void update(String weather) {
        System.out.println("手机端天气变为"+ weather);
    }
}

具体观察者类：ComputerDisplay（电脑显示）

public class ComputerDisplay implements Observer{
    @Override
    public void update(String weather) {
        System.out.println("电脑端天气变为"+weather);
    }
}

客户端代码

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        WeatherStation station = new WeatherStation();
        station.attach(new ComputerDisplay());
        station.attach(new PhoneDisplay());
        station.setWeather("晴天");
    }
}

运行结果

五、观察者模式的优缺点

优点：

降低耦合性：观察者模式使得主题和观察者之间的耦合度降低，观察者无需了解主题的内部实现，主题也无需了解每个观察者的具体细节。只通过接口进行通信。
支持多种观察者：多个观察者可以同时订阅同一个主题对象，在主题对象状态发生变化时，所有观察者都会被通知并做出响应。
增强灵活性：如果主题的状态发生变化，观察者无需主动查询主题，而是通过通知机制自动获取更新。观察者可以随时添加或移除，不影响系统其他部分。
扩展性强：如果需要新增新的观察者，只需要创建新的观察者类，并注册到主题中即可，主题对象不需要做任何修改，符合开放封闭原则。

缺点：

可能引起性能问题：如果观察者非常多，每当主题状态变化时，都会通知所有观察者。如果观察者处理较慢或者状态更新频繁，可能会导致性能问题。
观察者过多时管理困难：如果观察者的数量非常大，管理这些观察者可能变得复杂，特别是在需要追踪哪些观察者已经收到通知时。
难以控制通知的顺序：在一些复杂的场景中，可能希望通知观察者的顺序有一定的控制，而观察者模式通常是按照注册顺序发送通知的。

六、观察者模式的应用场景

事件处理系统：在事件驱动的系统中，事件的发生通常需要通知多个监听者，如图形界面中的按钮点击、鼠标拖拽等事件。
模型-视图-控制（MVC）模式：在MVC架构中，视图（Observer）需要根据模型（Subject）的变化来更新显示。模型的状态变化会通知所有相关的视图进行刷新。
通知推送系统：当数据变化时，通知用户的系统，比如邮件通知、即时通讯应用中的消息推送等。
股票市场监控：投资者或分析师（观察者）订阅股票（主题）信息，当股票价格发生变化时，系统会自动推送通知给所有订阅者。

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