文章目录
- 1、观察者模式设计初衷
- 1.1. 解耦对象之间的依赖关系
- 1.2. 允许动态的依赖关系
- 1.3. 自动通知和更新
- 1.4 设计初衷的详细说明
- 1. 对象之间的解耦
- 2. 动态依赖关系
- 3. 自动更新
- 2、实现细节
- 2.1. Subject 接口和实现
- 2.2. Observer 接口和实现
- 2.3. 主类
- 3、主要角色
- 4、关系示意图
- 5、Java 实现示例
- 使用 Java 内置的 Observable 和 Observer
- Observable 类
- Observer 接口
- 主类
- 6、自定义实现 Observer 和 Subject
- 6.1 Subject 接口
- 6.2 Observer 接口
- 主类
- 7、优缺点分析
- 7.1 优点
- 7.2 缺点
- 8、总结
1、观察者模式设计初衷
1.1. 解耦对象之间的依赖关系
在软件系统中，对象之间往往需要相互依赖。例如，视图对象依赖于数据模型对象，来显示最新的数据状态。直接的依赖关系会导致高耦合，增加维护的复杂性和难度。
设计初衷：
- 松耦合设计：观察者模式通过抽象层（Observer接口）来解耦具体的对象。被观察者（Subject）只知道有观察者存在，不需要了解观察者的具体实现。
- 易于扩展：通过接口解耦，可以方便地增加新的观察者而不影响现有的代码，实现开闭原则（对扩展开放，对修改关闭）。
示例：
一个天气预报系统中，WeatherData类作为被观察者，而CurrentConditionsDisplay、StatisticsDisplay等作为观察者。WeatherData不需要了解具体显示类的实现，只需知道它们实现了Observer接口。
1.2. 允许动态的依赖关系
在运行时，系统的依赖关系可能需要动态变化。例如，用户可能会在运行时订阅或取消订阅某些数据。
设计初衷：
- 动态注册和注销观察者：观察者模式允许在运行时动态地添加和移除观察者，灵活应对变化的需求。
- 灵活性和动态性：被观察者可以在任何时候通知其观察者，无需事先确定所有的观察者。
示例：
在一个股票交易系统中，用户可以随时订阅或取消订阅股票行情。StockData类作为被观察者，当用户订阅时，将其客户端注册为观察者，当用户取消订阅时，将其从观察者列表中移除。
1.3. 自动通知和更新
在一些实时更新的系统中，依赖对象需要在状态变化时自动更新。例如，当数据模型改变时，视图对象需要自动更新以反映最新的数据。
设计初衷：
- 自动通知：被观察者在其状态改变时，自动通知所有注册的观察者，避免手动更新带来的复杂性。
- 一致性：确保所有依赖于被观察者的对象在状态变化后保持一致性，避免数据不同步问题。
示例：
在一个气象站应用中，当气象数据变化时，WeatherData会通知所有的显示组件（观察者），以便它们更新显示最新的气象数据。
1.4 设计初衷的详细说明
1. 对象之间的解耦
问题：
在软件系统中，不同的对象之间往往存在依赖关系。例如，一个数据模型对象（Model）和多个视图对象（View）。当数据模型发生变化时，视图对象需要随之更新。如果每个视图对象都直接依赖于数据模型对象，并且在数据模型中直接调用视图对象的方法，这将导致系统的高耦合，增加维护难度。
解决方案：
通过观察者模式，被观察者（Subject）和观察者（Observer）之间的关系是松耦合的。被观察者只知道有一组观察者实现了某个接口，而不知道具体是什么对象。观察者也只知道被观察者的状态发生了变化，而不知道变化的具体原因。这样就实现了对象之间的解耦。
示例：
在一个气象站应用中，气象数据（WeatherData）是被观察者，而各种显示元素（如当前条件显示、统计显示等）是观察者。气象数据只需要通知观察者数据发生了变化，而具体如何显示是观察者的事情。
2. 动态依赖关系
问题：
系统在运行时可能需要动态地添加或移除依赖关系。例如，在一个实时股票行情系统中，不同的客户端可能在不同的时间段订阅或取消订阅股票行情。
解决方案：
观察者模式允许在运行时动态地注册（添加）或注销（移除）观察者。这使得系统能够灵活地响应不同的需求和变化，而无需在设计时确定所有的依赖关系。
示例：
在一个聊天应用中，当用户加入一个群组时，用户的客户端会成为群组消息的观察者。当用户离开群组时，用户的客户端会被移除出群组消息的观察者列表。
3. 自动更新
问题：
当一个对象的状态变化时，依赖它的所有对象需要同步更新。例如，在一个数据驱动的应用中，当数据模型变化时，所有依赖于该模型的视图都需要更新。
解决方案：
通过观察者模式，当被观察者的状态发生变化时，它会通知所有注册的观察者进行更新。这样，所有依赖于被观察者的对象都能够自动更新，保持系统的一致性。
示例：
在一个股票交易应用中，当股票价格变化时，所有显示该股票价格的视图都会自动更新，以显示最新的价格。
2、实现细节
2.1. Subject 接口和实现
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public interface Subject {
void registerObserver(Observer o);
void removeObserver(Observer o);
void notifyObservers();
}
class WeatherData implements Subject {
private List<Observer> observers;
private float temperature;
private float humidity;
private float pressure;
public WeatherData() {
observers = new ArrayList<>();
}
@Override
public void registerObserver(Observer o) {
observers.add(o);
}
@Override
public void removeObserver(Observer o) {
observers.remove(o);
}
@Override
public void notifyObservers() {
for (Observer observer : observers) {
observer.update(temperature, humidity, pressure);
}
}
public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
this.temperature = temperature;
this.humidity = humidity;
this.pressure = pressure;
measurementsChanged();
}
public void measurementsChanged() {
notifyObservers();
}
}
2.2. Observer 接口和实现
public interface Observer {
void update(float temperature, float humidity, float pressure);
}
class CurrentConditionsDisplay implements Observer {
private float temperature;
private float humidity;
private Subject weatherData;
public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData) {
this.weatherData = weatherData;
weatherData.registerObserver(this);
}
@Override
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");
}
}
2.3. 主类
public class WeatherStation {
public static void main(String[] args) {
WeatherData weatherData = new WeatherData();
CurrentConditionsDisplay currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);
weatherData.setMeasurements(82, 70, 29.2f);
weatherData.setMeasurements(78, 90, 29.2f);
}
}
3、主要角色
-
Subject（被观察者/主题）：
- 保存观察者的列表。
- 向观察者发送通知。
- 提供注册和移除观察者的方法。
-
Observer（观察者）：
- 接收通知并更新状态。
- 包含一个更新方法，用于被主题通知。
4、关系示意图
+----------+ +-----------+
| Subject |<------>| Observer |
+----------+ +-----------+
| attach() | | update() |
| detach() | +-----------+
| notify() |
+----------+
5、Java 实现示例
使用 Java 内置的 Observable 和 Observer
Java 提供了内置的 java.util.Observable 类和 java.util.Observer 接口。
Observable 类
import java.util.Observable;
public class WeatherData extends Observable {
private float temperature;
private float humidity;
private float pressure;
public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
this.temperature = temperature;
this.humidity = humidity;
this.pressure = pressure;
measurementsChanged();
}
public void measurementsChanged() {
setChanged();
notifyObservers();
}
public float getTemperature() {
return temperature;
}
public float getHumidity() {
return humidity;
}
public float getPressure() {
return pressure;
}
}
Observer 接口
import java.util.Observable;
import java.util.Observer;
public class CurrentConditionsDisplay implements Observer {
private float temperature;
private float humidity;
public CurrentConditionsDisplay(Observable observable) {
observable.addObserver(this);
}
@Override
public void update(Observable obs, Object arg) {
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");
}
}
主类
public class WeatherStation {
public static void main(String[] args) {
WeatherData weatherData = new WeatherData();
CurrentConditionsDisplay currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);
weatherData.setMeasurements(82, 70, 29.2f);
weatherData.setMeasurements(78, 90, 29.2f);
}
}
6、自定义实现 Observer 和 Subject
在现代Java编程中，更推荐使用自定义接口和类实现观察者模式，因为 java.util.Observable 已被标记为过时。
6.1 Subject 接口
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public interface Subject {
void registerObserver(Observer o);
void removeObserver(Observer o);
void notifyObservers();
}
class WeatherData implements Subject {
private List<Observer> observers;
private float temperature;
private float humidity;
private float pressure;
public WeatherData() {
observers = new ArrayList<>();
}
@Override
public void registerObserver(Observer o) {
observers.add(o);
}
@Override
public void removeObserver(Observer o) {
int i = observers.indexOf(o);
if (i >= 0) {
observers.remove(i);
}
}
@Override
public void notifyObservers() {
for (Observer observer : observers) {
observer.update(temperature, humidity, pressure);
}
}
public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
this.temperature = temperature;
this.humidity = humidity;
this.pressure = pressure;
measurementsChanged();
}
public void measurementsChanged() {
notifyObservers();
}
}
6.2 Observer 接口
public interface Observer {
void update(float temp, float humidity, float pressure);
}
class CurrentConditionsDisplay implements Observer {
private float temperature;
private float humidity;
@Override
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");
}
}
主类
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);
weatherData.setMeasurements(82, 70, 29.2f);
weatherData.setMeasurements(78, 90, 29.2f);
}
}
7、优缺点分析
7.1 优点
-
松耦合：
- 观察者和被观察者之间是松耦合的，便于维护和扩展。
-
动态注册和注销：
- 可以在运行时动态添加或移除观察者，灵活应对变化的需求。
-
自动通知：
- 被观察者状态变化时，会自动通知所有观察者，保持系统的一致性。
7.2 缺点
-
通知顺序不确定：
- 观察者接收通知的顺序不确定，可能导致一些时序问题。
-
内存泄漏：
- 如果被观察者没有正确地移除不再需要的观察者，可能导致内存泄漏。
-
性能问题：
- 如果观察者数量过多，通知过程可能比较耗时，影响性能。
8、总结
观察者模式的设计初衷主要在于解决对象之间的耦合问题，允许动态依赖关系，并自动通知依赖对象进行更新。这些特性使得观察者模式在需要松耦合、动态依赖和自动更新的场景中非常有用。然而，开发者在使用观察者模式时，也需要注意内存泄漏、性能开销等问题，采取适当的优化措施，如使用弱引用和异步通知，来提升系统的健壮性和效率。
通过合理使用观察者模式，可以使系统更加灵活、可维护性更高，并且能够有效地响应变化。这种模式在GUI应用、实时数据更新、发布-订阅系统等场景中得到了广泛应用，是软件设计中的重要模式之一。
| 欢迎点赞|关注|收藏|评论，您的肯定是我创作的动力 |
