设计模式之——观察者模式

1. 什么是观察者模式?

观察者模式,又称为【发布-订阅模式】,可以理解为报刊社发布新刊,订阅者获取新期刊,订阅者就相当于是观察者,而且可以有很多观察者,报刊社就是被观察的对象。
用现实中的例子比喻一下,学校里面有一个小报刊亭(被观察者),有些学生(观察者)在报刊亭订阅报刊。那具体怎么订阅呢?就是你交了钱,然后留下姓名和手机号给老板(注册过程)。当期刊有更新,报刊亭老板就给你打电话,告诉你期刊更新了,
然后你就可以去取报刊(通知过程)。当然,看了大概半年后你不想再订阅,那么你告诉老板说不再订阅了,也就是不再续费了。老板会将你的姓名和电话从他的小本本中删除了,即以后不再通知你报刊更新的信息了(取消注册过程)。
这就是观察者模式的一个小例子,应该很好理解吧!

2. 观察者模式练习例子

(1)举《Head First设计模式》中的例子,天气情况更细。不过这里我做了更改,改为天气更新,学生和工人接收天气信息变化。
气象站--->被观察者,学生--->观察者,工人--->观察者,天气若更新,学生和工人就能获取到最新的气象信息,观察者模式的好处就是,不管有多少观察者只要注册后,就可以获取被观察者对象的信息,即被观察者的代码可以不用跟着变化做修改了。

(2)两个接口类设计

仿照源码中的模式,也设计Observer接口和Subject接口,然后由具体的类去实现。
下面看一下类图关系

类图

Observer接口,只有一个天气更新的接口函数

public interface Observer {
    public void update(Subject subject,Object o);
}

Subject接口,设计注册,移除,通知观察者三个函数。


public interface Subject {

    public void registerObserver(Observer o);
    public void removeObserver(Observer o);
    public void notifyObservers(Object args);
}

(3)设计实现子类,其中WeatherSender实现Subject借口哦,Student和Worker实现Observer接口

WeatherSender类

public class WeatherSender implements Subject{

    private Weather weather;
    private List<Observer> observers;
    private static WeatherSender weatherSender;
    private boolean isChanged;

    private WeatherSender(){
        if(this.observers == null){
            this.observers = new ArrayList<>();
        }
    }
    public static WeatherSender getWeatherSender(){

        if(weatherSender == null){
            return new WeatherSender();
        }
        else return weatherSender;

    }

    public void registerObserver(Observer o) {

        this.observers.add(o);
    }

    public void removeObserver(Observer o) {
        if(observers.contains(o)){
            this.observers.remove(o);
        }
    }

    private void setChanged(){
        isChanged = true;
    }

    /**
     * 采用“push”方式通知观察者(主动式)
     * @param obj
     */
    public void notifyObservers(Object obj) {
        if(isChanged){
            for(Observer observer : observers){
                observer.update(this, obj);
            }
        }
    }

    /**
     * 采用“pull”方式通知观察者(被动式)
     */
    public void notifyObservers(){
        notifyObservers(null);
    }

    /**
     * "pull"方式下供观察者调用获取天气
     * @return
     */
    public Weather getWeather(){
        return this.weather;
    }

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

    /**
     * 供外面调用的接口
     * @param weather
     */
    public void setWeatherChanged(Weather weather){

        setChanged();
        notifyObservers(weather);//push方式

        /*
        setWeather(weather);
        notifyObservers();//pull方式
        */
    }
}

注意:在notifyObserver()方法设计上,在head First设计模式中提到了两种方式,push和pull方式。这里我把它们称为主动式(push)和被动式(pull)

  • 主动式(push):由Subject将weather通过notifyObservers(Object obj)方法传递给Observer,即将weather推给Observer
  • 被动式(pull):Subject不传递weather变量,而是Observer通过获取WeatherSender,通过它提供的方法自己获取天气信息,即由Observer自己将weather拉过来

Student类

public class Student implements Observer{

    private Weather weather;
    private Subject subject;

    public Student(Subject subject){
        this.subject = subject;
        subject.registerObserver(this);
    }
    public Weather getWeather() {
        return weather;
    }

    @Override
    public void update(Subject subject, Object o) {

        //push方式
        if(o instanceof Weather){
            this.weather = (Weather)o;
        }

        /*
        //pull方式
        if(subject instanceof WeatherSender){
            this.weather = ((WeatherSender) subject).getWeather();
        }
        */

    }

    public void displayWeather(){
        System.out.println("我是Student,当前天气情况:温度 "
                + weather.getTemperature()+ " 压力 " + weather.getPressure());
    }

}

Worker 类

public class Worker implements Observer{

    private Weather weather;
    private Subject subject;

    public Worker(Subject subject){
        this.subject = subject;
        subject.registerObserver(this);
    }
    public Weather getWeather() {
        return weather;
    }

    @Override
    public void update(Subject subject, Object o) {
        if(o instanceof Weather){
            this.weather = (Weather)o;
        }

    }

    public void displayWeather(){
        System.out.println("我是Worker,当前天气情况:温度 "
                + weather.getTemperature()+ " 压力 " + weather.getPressure());
    }

}

(4)剩下就是一个Weather类和测试类

WeatherSender类

public class Weather {

    private String temperature;
    private String pressure;
    public String getTemperature() {
        return temperature;
    }
    public Weather(String temperature,String pressure){

        this.temperature = temperature;
        this.pressure = pressure;
    }
    public void setTemperature(String temperature) {
        this.temperature = temperature;
    }
    public String getPressure() {
        return pressure;
    }
    public void setPressure(String pressure) {
        this.pressure = pressure;
    }

}

测试类Test


public class Test {

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {

        //创建被观察者
        WeatherSender weatherSender = WeatherSender.getWeatherSender();

        //创建观察者,并注册
        Student student = new Student(weatherSender);
        Worker worker = new Worker(weatherSender);

        //第一天
        Weather weatherFirstDay = new Weather("23℃","1.01*10^5 Pa");
        weatherSender.setWeatherChanged(weatherFirstDay);
        System.out.println("第一天 天气情况");
        student.displayWeather();
        System.out.println("------------------");
        worker.displayWeather();
        System.out.println("------------------");
        //第二天
        Weather weatherSecondDay = new Weather("24℃","1.02*10^5 Pa");
        weatherSender.setWeatherChanged(weatherSecondDay);

        System.out.println("第二天 天气情况");
        student.displayWeather();
        System.out.println("------------------");
        worker.displayWeather();
        System.out.println("------------------");
        //第三天
        Weather weatherThirdDay = new Weather("25℃","1.03*10^5 Pa");
        weatherSender.setWeatherChanged(weatherThirdDay);

        System.out.println("第三天 天气情况");
        student.displayWeather();
        System.out.println("------------------");
        worker.displayWeather();
        System.out.println("------------------");
    }

}

3.源码分析

源码Observer接口,这个和上面自己写的例子是一样的

/**
 * A class can implement the <code>Observer</code> interface when it
 * wants to be informed of changes in observable objects.
 *当一个类在它所观察的对象变化时能够得到通知,它需要实现Observer接口
 */
public interface Observer {
    void update(Observable o, Object arg);
}

源码Observable抽象类,源码中并没有将Observable设计成接口,个人认为主要是里面公用的方法不要由子类去实现,减少代码重复吧!
下面把源码粘贴过来,看一下。


/**
 * This class represents an observable object, or "data"
 * in the model-view paradigm. It can be subclassed to represent an
 * object that the application wants to have observed.
 这个类是被观察的对象,或者说是MV模型中的数据。它可以被子类化,作为程序中需要观察的对象
 * <p>
 * An observable object can have one or more observers. An observer
 * may be any object that implements interface <tt>Observer</tt>. After an
 * observable instance changes, an application calling the
 * <code>Observable</code>'s <code>notifyObservers</code> method
 * causes all of its observers to be notified of the change by a call
 * to their <code>update</code> method.
 * 被观察的对象有一个或者多个观察者。观察者可能需要实现Observer接口,当被观察对象实例发生变化时
 * ,程序会调用Observable的notifyObservers方法,并通过回调观察者的update方法,来通知观察者
 * <p>
 * The order in which notifications will be delivered is unspecified.
 * The default implementation provided in the Observable class will
 * notify Observers in the order in which they registered interest, but
 * subclasses may change this order, use no guaranteed order, deliver
 * notifications on separate threads, or may guarantee that their
 * subclass follows this order, as they choose.
 * 通知发送的顺序是不固定的。Observable 类中所提供的默认实现将按照其注册的顺序来通知观察者,
 * 但是子类可能改变此顺序,从而使用非固定顺序在单独的线程上发送通知,
 * 或者也可能保证其子类遵从其所选择的顺序。
 * <p>
 * Note that this notification mechanism has nothing to do with threads
 * and is completely separate from the <tt>wait</tt> and <tt>notify</tt>
 * mechanism of class <tt>Object</tt>.
 * 注意这个通知机制和线程无关,并且要和Object的等待唤醒机制区分开
 * <p>
 * When an observable object is newly created, its set of observers is
 * empty. Two observers are considered the same if and only if the
 * <tt>equals</tt> method returns true for them.
 *当一个被观察对象创建后,它的观察者集合时空的。
 *两个观察者当且仅当equals方法返回true时认为他们是同一个观察者
 */
public class Observable {
    private boolean changed = false;
    private Vector<Observer> obs;//源码中使用Vector,保证线程安全

    /** Construct an Observable with zero Observers. */

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

    /**
     * Adds an observer to the set of observers for this object, provided
     * that it is not the same as some observer already in the set.
     * The order in which notifications will be delivered to multiple
     * observers is not specified. See the class comment.
     *
     * @param   o   an observer to be added.
     * @throws NullPointerException   if the parameter o is null.
     */
    public synchronized void addObserver(Observer o) {
        if (o == null)
            throw new NullPointerException();
        if (!obs.contains(o)) {
            obs.addElement(o);
        }
    }

    /**
     * Deletes an observer from the set of observers of this object.
     * Passing <CODE>null</CODE> to this method will have no effect.
     * @param   o   the observer to be deleted.
     */
    public synchronized void deleteObserver(Observer o) {
        obs.removeElement(o);
    }

        //这个方法就是采用“pull”的方法
    public void notifyObservers() {
        notifyObservers(null);
    }

        //这个方法是采用“push”的方法
    public void notifyObservers(Object arg) {
        /*
         * a temporary array buffer, used as a snapshot of the state of
         * current Observers.
         */
        Object[] arrLocal;

        synchronized (this) {
            /* We don't want the Observer doing callbacks into
             * arbitrary code while holding its own Monitor.
             * The code where we extract each Observable from
             * the Vector and store the state of the Observer
             * needs synchronization, but notifying observers
             * does not (should not).  The worst result of any
             * potential race-condition here is that:
             * 1) a newly-added Observer will miss a
             *   notification in progress
             * 2) a recently unregistered Observer will be
             *   wrongly notified when it doesn't care
                         * 从被观察对象的Vector中取出的code,包含观察者的状态,需要线程同步,但是在
                         * 通知观察者时,不需要同步。潜在的资源争夺下,最糟糕的情况:
                         * (1)一个新加入的观察者将会错过正在进行消息通知
                         * (2)一个刚刚取消注册的观察者将会“很无奈的”接收他不想接受的消息
             */
            if (!changed)
                return;
            arrLocal = obs.toArray();
            clearChanged();
        }

        for (int i = arrLocal.length-1; i>=0; i--)
            ((Observer)arrLocal[i]).update(this, arg);
    }

    /**
     * Clears the observer list so that this object no longer has any observers.
     */
    public synchronized void deleteObservers() {
        obs.removeAllElements();
    }

    /**
     * Marks this <tt>Observable</tt> object as having been changed; the
     * <tt>hasChanged</tt> method will now return <tt>true</tt>.
     */
    protected synchronized void setChanged() {
        changed = true;
    }

    /**
     * Indicates that this object has no longer changed, or that it has
     * already notified all of its observers of its most recent change,
     * so that the <tt>hasChanged</tt> method will now return <tt>false</tt>.
     * This method is called automatically by the
     * <code>notifyObservers</code> methods.
     *
     * @see     java.util.Observable#notifyObservers()
     * @see     java.util.Observable#notifyObservers(java.lang.Object)
     */
    protected synchronized void clearChanged() {
        changed = false;
    }

    /**
     * Tests if this object has changed.
     *
     * @return  <code>true</code> if and only if the <code>setChanged</code>
     *          method has been called more recently than the
     *          <code>clearChanged</code> method on this object;
     *          <code>false</code> otherwise.
     * @see     java.util.Observable#clearChanged()
     * @see     java.util.Observable#setChanged()
     */
    public synchronized boolean hasChanged() {
        return changed;
    }

    /**
     * Returns the number of observers of this <tt>Observable</tt> object.
     *
     * @return  the number of observers of this object.
     */
    public synchronized int countObservers() {
        return obs.size();
    }
}

4. 总结

源码和上面自己写的例子中的基本思路是一致,源码中设计的更加全面,加入了线程安全。

观察者模式在java源码和android源码中都有很多应用,如在android中的监听器,控件设置点击事件,注册监听器,就是观察者模式。所以理解设计模式对于读源码有很大帮助!

参考 《Head First设计模式》

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