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目录:
- 简单目标任务实现
- 观察者模式介绍
- 观察者模式代码实现
观察者模式是JDK中使用最多的模式之一,非常有用。我们也会一并介绍一对多关系,以及松耦合(对,没错,我们说耦合)。有了观察者,你将会消息灵通。
文章首先从一个案例入手开始介绍。这个案例是这样的,团队承包了一个气象站的气象发布系统。
工作合约 恭喜贵公司获选为敝公司建立下一代Internet气象观测站! 该气象站必须建立在我们专利申请中的W eatherD ata对象 上,由W eatherD ata对象负责追踪目前的天气状况(温度、 湿度、气压)。我们希望贵公司能建立一个应用,有三种 布告板,分别显示目前的状况、气象统计及简单的预报。 当WeatherObject对象获得最新的测量数据时,三种布告板 必须实时更新。 而且,这是一个可以扩展的气象站,Weather-O-Rama气象 站希望公布一组API,好让其他开发人员可以写出自己的 气象布告板,并插入此应用中。我们希望贵公司能提供这 样的API。 Weathe r - O-Ra m a 气象站有很好的商业营运模式:一旦客 户上钩,他们使用每个布告板都要付钱。最好的部分就是, 为了感谢贵公司建立此系统,我们将以公司的认股权支付 你。 我们期待看到你的设计和应用的alpha版本。 真挚的 Johnny Hurricane——Weather-O-Rama气象站执行长 附注:我们正通宵整理WeatherData源文件给你们。
此系统中的三个部分是气象站(获取实际气象数据的物理装置)、WeatherData对象(追踪来自气象站的数据,并更新布告板)和布告板(显示目前天气状况给用户看)。如下图:
1.简单的实现
再次理清思路:WeatherData对象可以获取天气信息(温度,湿度,气压等),然后将这些天气信息发送给布告板。那么我们可以很简单的实现:
public class WeatherData { // 实例变量声明 public void measurementsChanged() { float temp = getTemperature(); float humidity = getHumidity(); float pressure = getPressure(); currentConditionsDisplay.update(temp, humidity, pressure); statisticsDisplay.update(temp, humidity, pressure); forecastDisplay.update(temp, humidity, pressure); } // 这里是其他WeatherData方法 }
很直观,很容易理解,currentConditionsDisplay等代表三块布告板,通过measurementsChanged方法告诉三个布告板天气信息。然而,有以下几个问题:
A. 我们是针对具体实现编程,而非针对接
B. 对于每个新的布告板,我们都得修改代码。
C. 我们无法在运行时动态地增加(或删除)布告板
D. 布告板没有实现一个共同的接口。
E. 我们尚未封装改变的部分。
F. 我们侵犯了WeatherData类的封装。
2.观察者模式
简单的认识下观察者模式。比如报纸,客户订阅报纸,然后报社发送报纸到订阅的用户手里。报社就是一个主题,而订阅的客户就是观察者。
定义:
观察者模式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收到通知并自动更新。
主题和观察者定义了一对多的关系。观察者依赖于此主题,只要主题状态一有变化,观察者就会被通知。根据通知的风格,观察者可能因此而更新。稍后你会看到,实现观察者模式的方法不只一种,但是以包含Subject与Observer接口的类设计的做法最常见。
那么,气象数据更新便可以这样设计为观察者模式:
利用观察者模式,主题是具有状态的对象,并且可以控制这些状态。也就是说,有“一个”具有状态的主题。另一方面,观察者使用这些状态,虽然这些状态并不属于他们。有许多的观察者,依赖主题来告诉他们状态何时改变了。这就产生一个关系:“一个”主题对“多个”观察者的关系。
从结果往前看很容易理解观察者模式,但如果接到了需求怎么适配到观察者模式呢?首先,明显的是一对多的订阅模式,主题天气更新后,观察者们布告板因此而更新天气。需要考虑的是布告板是不同的,风格不同,但主题只有一个或者说主题的通知方式只有一个,怎样才能使布告板统一接受规则呢?那就是接口,只要所有的布告板实现了接口的update方法,通过update方法便可以获取天气信息。由此可以获得最终设计:
刚开始看书看到这些类图可能有点头晕,别担心,那只是因为对内容还不熟悉,只要跟着敲一遍代码,一切就很容易理解了。下面就是代码实现了。
3.代码实现
3.1Subject接口
先定义主题的接口,气象站有多个,这些气象站都是一个个的主题,每个主题都可以发送天气信息给它的订阅者。为了规范信息发送格式,我们需要规定这些主题必须实现一些固定格式的方法。
/** * 主题:天气变化管理接口 * Created by mrf on 2016/3/1. */ public interface Subject { //注册观察者 public void registerObserver(Observer o); //移除观察者 public void removeObserver(Observer o); //当天气改变时,这个方法会被调用,以通知所有的观察者 public void notifyObservers(); }
3.2Observer接口
同样,观察者有多个,这些观察者各不相同,但都要以相同的方式接收天气信息,那么就必须实现一个观察者的接口:
/** * 观察者接口 * Created by mrf on 2016/3/1. */ public interface Observer { /** * 天气更新通知 * @param temp 气象观测值:温度 * @param humidity 气象观测值:湿度 * @param pressure 气象观测值:压强 */ public void update(float temp, float humidity, float pressure); }
3.3Diplay接口
根据得到的信息展示可以统一成一个方式,即实现Display的显示方法,当然,各自也可以自己添加自己的方法。
/** * 显示信息接口:当布告板需要显示时调用此方法 * Created by mrf on 2016/3/1. */ public interface DisplayElement { public void display(); }
3.4WeatherData主题
接下来就是天气主题,天气主题需要实现Subject接口以统一信息管理标准
/** * 观察者模式--天气更新 * 角色:主题发布者 * Created by mrf on 2016/3/1. */ 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(); } // WeatherData的其他方法 }
3.5一个布告板的实现CurrentConditionsDisplay
那么,最重要的观察者来了。布告板实现了接受标准和显示标准两个接口:
/** * 显示天气信息的布告板 * 角色:观察者,订阅者 * 实现Observer接口以从WeatherData中获取天气信息 * 实现DisplayElement以显示信息 * Created by mrf on 2016/3/1. */ public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement { private float temperature; private float humidity; 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"); } }
3.6测试
万事俱备,就来测试一下结果
/** * 观察者模式测试 * Created by mrf on 2016/3/1. */ public class WeatherStationTest { public static void main(String[] args) { WeatherData weatherData = new WeatherData(); CurrentConditionsDisplay currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData); //其他布告板 // 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); } }
结果:
Current conditions: 80.0F degrees and 65.0% humidity Current conditions: 82.0F degrees and 70.0% humidity Current conditions: 78.0F degrees and 90.0% humidity
4.松耦合的威力
设计原则:为了交互对象之间的松耦合设计而努力。
当两个对象之间松耦合,它们依然可以交互,但是不太清楚彼此的细节。观察者模式提供了一种对象设计,让主题和观察者之间松耦合。为什么呢?
关于观察者的一切,主题只知道观察者实现了某个接口(也就是Observer接口)。主题不需要知道观察者的具体类是谁、做了些什么或其他任何细节。任何时候我们都可以增加新的观察者。因为主题唯一依赖的东西是一个实现Observer接口的对象列表,所以我们可以随时增加观察者。事实上,在运行时我们可以用新的观察者取代现有的观察者,主题不会受到任何影响。同样的,也可以在任何时候删除某些观察者。有新类型的观察者出现时,主题的代码不需要修改。假如我们有个新的具体类需要当观察者,我们不需要为了兼容新类型而修改主题的代码,所有要做的就是在新的类里实现此观察者接口,然后注册为观察者即可。主题不在乎别的,它只会发送通知给所有实现了观察者接口的对象。
我们可以独立地复用主题或观察者。如果我们在其他地方需要使用主题或观察者,可以轻易地复用,因为二者并非紧耦合。改变主题或观察者其中一方,并不会影响另一方。因为两者是松耦合的,所以只要他们之间的接口仍被遵守,我们就可以*地改变他们。
松耦合的设计之所以能让我们建立有弹性的OO系统,能够应对变化,是因为对象之间的互相依赖降到了最低。
5.使用java内置的观察者模式
java.util下包含了Observer接口和Observable类,这和我们之前的Subject、Observer接口很类似。使用java内置的只要做些简单修改:
这里要注意,主题要继承内置实现的Observable类,观察者实现Observer接口,而且如果主题要通知观察者必须设置setChanged()来告诉系统需要通知,这一设置的意思是为了避免某些不想发送通知的情况。比如温都每0.1更新一次,但观察者不需要这么频繁,只需要到1度以上才更新等。控制通知很重要。这里的get方法是为了实现让观察者自己拉取数据。由此,数据可以通知,也可以拉取。下面看代码实现,注意导入的包的类型:
5.1WeatherData修改
/** * 观察者模式 * 角色:主题 * 通过继承java内置的对象来实现 * Created by mrf on 2016/3/1. */ public class WeatherData extends Observable { private float temperature; private float humidity; private float pressure; public WeatherData() { } public void measurementsChanged() { setChanged();//设置通知标识 notifyObservers();//通知 } 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; } }
5.2接收通知的观察者
/** * 观察者模式 * 角色:观察者 * 通过实现java内置的方法实现观察功能 * Created by mrf on 2016/3/1. */ public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement { Observable observable; private float temperature; private float humidity; public CurrentConditionsDisplay(Observable observable) { this.observable = observable; observable.addObserver(this);//注册为观察者 } /** * 更新 * @param obs 主题 * @param arg 这里没有用到 */ public void update(Observable obs, Object arg) {//通过主题对象来更新 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"); } }
5.3自己拉取数据的观察者
/** * Created by mrf on 2016/3/1. */ public class ForecastDisplay implements Observer, DisplayElement { Observable observable; private float lastPresure; private float currentPresure =12.5f; public ForecastDisplay(Observable observable) { this.observable =observable; } @Override public void display() { System.out.println("当前压强:"+currentPresure+"; 上一次压强:"+lastPresure); } @Override public void update(Observable obs, Object arg) { if (obs instanceof WeatherData) { lastPresure = currentPresure; currentPresure = ((WeatherData) obs).getPressure(); display(); } } }
5.4测试
/** * 测试拉取数据 * Created by mrf on 2016/3/1. */ public class ForecastDisplayTest { public static void main(String[] args) { WeatherData weatherData = new WeatherData(); CurrentConditionsDisplay currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData); ForecastDisplay forecastDisplay = new ForecastDisplay(weatherData); weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f); //拉取 forecastDisplay.update(weatherData,forecastDisplay); currentDisplay.update(weatherData,forecastDisplay); weatherData.setMeasurements(82, 70, 29.2f); forecastDisplay.update(weatherData,forecastDisplay); weatherData.setMeasurements(78, 90, 39.2f); forecastDisplay.update(weatherData,forecastDisplay); } }
结果:
Current conditions: 80.0F degrees and 65.0% humidity 当前压强:30.4; 上一次压强:12.5 Current conditions: 80.0F degrees and 65.0% humidity Current conditions: 82.0F degrees and 70.0% humidity 当前压强:29.2; 上一次压强:30.4 Current conditions: 78.0F degrees and 90.0% humidity 当前压强:39.2; 上一次压强:29.2
6.java.util.Observable的黑暗面
Observable是一个类
是的,你注意到了!如同你所发现的,可观察者是一个“类”而不是一个“接口”,更糟的是,它甚至没有实现一个接口。不幸的是,java.util.Observable的实现有许多问题,限制了它的使用和复用。这并不是说它没有提供有用的功能,我们只
是想提醒大家注意一些事实。
你已经从我们的原则中得知这不是一件好事,但是,这到底会造成什么问题呢?首先,因为Observable是一个“类”,你必须设计一个类继承它。如果某类想同时具有Observable类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(而增加复用潜力不正是我们使用模式最原始的动机吗?)。再者,因为没有Observable接口,所以你无法建立自己的实现,和Java内置的Observer API搭配使用,也无法将java.util的实现换成另一套做法的实现(比方说,
Observable将关键的方法保护起来
如果你能够扩展java.util.Observable,那么Observable“可能”可以符合你的需求。否则,你可能需要像本章开头的做法那样自己实现这一整套观察者模式。不管用哪一种方法,反正你都已经熟悉观察者模式了,应该都能善用它们。如果你看看Observable API,你会发现setChanged()方法被保护起来了(被定义成protected)。那又怎么样呢?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。这个设计违反了第二个设计原则:“多用组合,少用继承”。
唯有不断学习方能改变! -- Ryan Miao