设计模式—观察者模式与发布订阅

观察者设计模式

观察者设计模式（Observer Design Pattern）是一种常用的软件设计模式，它是一种行为型模式。该模式用于定义对象之间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都将得到通知并自动更新。

结构

观察者模式通常涉及以下几个角色：

Subject（主题）：主题是被观察的对象，它包含了需要被观察的状态。当主题状态发生变化时，它会通知所有的观察者对象。

Observer（观察者）：观察者是依赖于主题的对象，它们将在主题状态发生变化时得到通知，并进行相应的更新操作。

ConcreteSubject（具体主题）：具体主题是主题的具体实现，它维护了一组观察者对象，并在状态发生改变时通知它们。

ConcreteObserver（具体观察者）：具体观察者实现了观察者接口，在收到主题通知时执行特定的更新操作。

示例

以下是一个简单的观察者模式的示例，假设我们有一个主题（Subject）代表气象站，而观察者（Observer）是一组天气显示板，它们会在气象站更新数据时自动更新显示：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 主题接口
interface Subject {
    void registerObserver(Observer observer);
    void removeObserver(Observer observer);
    void notifyObservers();
}

// 观察者接口
interface Observer {
    void update(float temperature, float humidity, float pressure);
}

// 具体主题
class WeatherData implements Subject {
    private List<Observer> observers;
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;

    public WeatherData() {
        observers = new ArrayList<>();
    }

    public void registerObserver(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    public void removeObserver(Observer observer) {
        observers.remove(observer);
    }

    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            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();
    }
}

// 具体观察者
class CurrentConditionsDisplay implements Observer {
    private float temperature;
    private float humidity;

    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");
    }
}

// 测试
public class WeatherStation {
    public static void main(String[] args) {
        WeatherData weatherData = new WeatherData();
        
        CurrentConditionsDisplay currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay();
        
        weatherData.registerObserver(currentDisplay);
        
        weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);
    }
}

发布订阅者模式

发布-订阅者模式（Publish-Subscribe Pattern）是一种软件设计模式，用于实现消息的发布和订阅机制，也被称为观察者模式的变体。在发布-订阅者模式中，消息的发布者（发布者）和消息的接收者（订阅者）之间没有直接的依赖关系，它们通过一个称为"消息代理"或"事件总线"的中介来进行通信。这种模式允许组件之间松耦合地通信，从而提高系统的可扩展性和灵活性。

结构

发布-订阅者模式通常包括以下几个关键部分：

发布者（Publisher）：负责发布消息或事件到消息代理。

订阅者（Subscriber）：注册对特定类型的消息或事件感兴趣，并在消息到达时执行相应的操作。

消息代理（Message Broker）：作为发布者和订阅者之间的中介，负责管理消息的路由和传递。它维护了发布者和订阅者之间的关系，并在消息到达时将消息传递给所有订阅者。

示例

以下是一个简单的发布-订阅者模式的示例，假设我们有一个新闻发布系统，包括新闻发布者和新闻订阅者：

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;

// 消息代理
class MessageBroker {
    private Map<String, List<Subscriber>> topics = new HashMap<>();

    public void subscribe(String topic, Subscriber subscriber) {
        topics.computeIfAbsent(topic, k -> new ArrayList<>()).add(subscriber);
    }

    public void publish(String topic, String message) {
        List<Subscriber> subscribers = topics.get(topic);
        if (subscribers != null) {
            for (Subscriber subscriber : subscribers) {
                subscriber.receive(message);
            }
        }
    }
}

// 订阅者接口
interface Subscriber {
    void receive(String message);
}

// 新闻订阅者
class NewsSubscriber implements Subscriber {
    private String name;

    public NewsSubscriber(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void receive(String message) {
        System.out.println(name + " received news: " + message);
    }
}

// 新闻发布者
class NewsPublisher {
    private MessageBroker messageBroker;

    public NewsPublisher(MessageBroker messageBroker) {
        this.messageBroker = messageBroker;
    }

    public void publishNews(String topic, String news) {
        messageBroker.publish(topic, news);
    }
}

// 测试
public class NewsSystem {
    public static void main(String[] args) {
        MessageBroker messageBroker = new MessageBroker();
        
        NewsPublisher publisher = new NewsPublisher(messageBroker);
        publisher.publishNews("sports", "New record set in 100m sprint!");
        publisher.publishNews("technology", "New smartphone announced!");
        
        NewsSubscriber subscriber1 = new NewsSubscriber("John");
        NewsSubscriber subscriber2 = new NewsSubscriber("Alice");
        
        messageBroker.subscribe("sports", subscriber1);
        messageBroker.subscribe("technology", subscriber2);
        
        publisher.publishNews("sports", "Team wins championship!");
    }
}

发布-订阅者模式在事件驱动的系统中非常有用，它可以使系统中的各个组件彼此解耦，并提供一种灵活的通信机制。