一起學(xué)設(shè)計(jì)模式 - 觀察者模式

cpupro 發(fā)布于2019-08-16 10:56 / 1778人閱讀

摘要：觀察者模式是一種使用頻率非常高的設(shè)計(jì)模式，無(wú)論是移動(dòng)應(yīng)用應(yīng)用或者桌面應(yīng)用，觀察者模式幾乎無(wú)處不在，它為實(shí)現(xiàn)對(duì)象之間的聯(lián)動(dòng)提供了一套完整的解決方案，凡是涉及到一對(duì)一或者一對(duì)多的對(duì)象交互場(chǎng)景都可以使用觀察者模式。

觀察者模式（Observer Pattern）屬于對(duì)象行為型模式的一種，定義對(duì)象之間的一種一對(duì)多依賴關(guān)系，使得每當(dāng)一個(gè)對(duì)象狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，其相關(guān)依賴對(duì)象皆得到通知并被自動(dòng)更新。

概述

觀察者模式是一種使用率極高的模式，用于建立一種對(duì)象與對(duì)象之間的依賴關(guān)系，一個(gè)對(duì)象發(fā)生改變時(shí)將自動(dòng)通知其他對(duì)象，其他對(duì)象將相應(yīng)作出反應(yīng)。在觀察者模式中，發(fā)生改變的對(duì)象稱為觀察目標(biāo)，而被通知的對(duì)象稱為觀察者，一個(gè)觀察目標(biāo)可以對(duì)應(yīng)多個(gè)觀察者，而且這些觀察者之間可以沒(méi)有任何相互聯(lián)系，可以根據(jù)需要增加和刪除觀察者，使得系統(tǒng)更易于擴(kuò)展。

觀察者模式的別名包括發(fā)布-訂閱（Publish/Subscribe）模式、模型-視圖（Model/View）模式、源-監(jiān)聽(tīng)器（Source/Listener）模式或從屬者（Dependents）模式。

案例

前言：觀察者模式有兩種方模型，分別是推模型和拉模型

推模型： 主題對(duì)象向觀察者推送主題的詳細(xì)信息，不管觀察者是否需要，推送的信息通常是主題對(duì)象的全部或部分?jǐn)?shù)據(jù)。該模式下如果推送數(shù)據(jù)變了觀察者都得改

拉模型： 主題對(duì)象在通知觀察者的時(shí)候，只傳遞少量信息。如果觀察者需要更具體的信息，由觀察者主動(dòng)到主題對(duì)象中獲取，相當(dāng)于是觀察者從主題對(duì)象中拉數(shù)據(jù)。一般這種模型的實(shí)現(xiàn)中，會(huì)把主題對(duì)象自身通過(guò)update()方法傳遞給觀察者，這樣在觀察者需要獲取數(shù)據(jù)的時(shí)候，就可以通過(guò)這個(gè)引用來(lái)獲取了。

UML結(jié)構(gòu)圖

抽象主題(Subject)角色： 將觀察者對(duì)象的引用保存在一個(gè)聚集（比如ArrayList對(duì)象）里，每個(gè)主題都可以有任何數(shù)量的觀察者。抽象主題提供接口，可以增加和刪除觀察者對(duì)象。抽象主題角色又叫做抽象被觀察者(Observable)角色。

具體主題(ConcreteSubject)角色： 將有關(guān)狀態(tài)存入具體觀察者對(duì)象；在具體主題的內(nèi)部狀態(tài)改變時(shí)，給所有登記過(guò)的觀察者發(fā)出通知。具體主題角色又叫做具體被觀察者(Concrete Observable)角色。

抽象觀察者(Observer)角色： 為所有的具體觀察者定義一個(gè)更新接口，在得到主題的通知時(shí)更新自己。

具體觀察者(ConcreteObserver)角色： 觀察者的具體實(shí)現(xiàn)對(duì)象，實(shí)現(xiàn)抽象觀察者角色所要求的更新接口，以便使本身的狀態(tài)與主題的狀態(tài)相協(xié)調(diào)。如果需要，具體觀察者角色可以保持一個(gè)指向具體主題對(duì)象的引用。

推模式

1.定義目標(biāo)對(duì)象，它知道觀察它的觀察者，并提供注冊(cè)和刪除觀察者的接口

class Subject {
    /**
     * 用來(lái)保存注冊(cè)的觀察者對(duì)象
     */
    private List observers = new ArrayList<>();

    /**
     * 注冊(cè)觀察者對(duì)象
     *
     * @param observer 觀察者對(duì)象
     */
    void attach(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    /**
     * 通知所有注冊(cè)的觀察者對(duì)象
     */
    void notifyObservers(String newState) {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(newState);
        }
    }
}

2.具體的目標(biāo)對(duì)象，負(fù)責(zé)把有關(guān)狀態(tài)存入到相應(yīng)的觀察者對(duì)象，并在自己狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，通知各個(gè)觀察者

class ConcreteSubject extends Subject {

    private String subjectState;

    public String getSubjectState() {
        return subjectState;
    }

    public void change(String subjectState) {
        this.subjectState = subjectState;
        //狀態(tài)發(fā)生改變，通知各個(gè)觀察者
        this.notifyObservers(subjectState);
    }
}

3.創(chuàng)建觀察者接口，定義一個(gè)更新的接口給那些在目標(biāo)發(fā)生改變的時(shí)候被通知的對(duì)象

interface Observer {
    /**
     * 更新的接口
     *
     * @param subject 傳入目標(biāo)對(duì)象，好獲取相應(yīng)的目標(biāo)對(duì)象的狀態(tài)
     */
    void update(String subject);
}

4.具體觀察者對(duì)象，實(shí)現(xiàn)更新的方法，使自身的狀態(tài)和目標(biāo)的狀態(tài)保持一致

class ConcreteObserver implements Observer {

    @Override
    public void update(String newState) {
        //具體的更新實(shí)現(xiàn)
        //這里可能需要更新觀察者的狀態(tài)，使其與目標(biāo)的狀態(tài)保持一致
        System.out.println("接收到：" + newState);
    }
}

5.創(chuàng)建推模型客戶端，用于測(cè)試

public class PushClient {
    
    public static void main(String[] args) {
        //創(chuàng)建主題對(duì)象
        ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();
        //創(chuàng)建觀察者對(duì)象
        Observer observer = new ConcreteObserver();
        //將觀察者對(duì)象登記到主題對(duì)象上
        subject.attach(observer);
        //改變主題對(duì)象的狀態(tài)
        subject.change("push state");
    }
    
}

6.運(yùn)行結(jié)果

接收到：push state

拉模式

1.定義目標(biāo)對(duì)象，它知道觀察它的觀察者，并提供注冊(cè)和刪除觀察者的接口

class Subject {
    /**
     * 用來(lái)保存注冊(cè)的觀察者對(duì)象
     */
    private List observers = new ArrayList<>();

    /**
     * 注冊(cè)觀察者對(duì)象
     *
     * @param observer 觀察者對(duì)象
     */
    public void attach(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    /**
     * 通知所有注冊(cè)的觀察者對(duì)象
     */
    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            // 注意這句代碼"
            observer.update(this);
        }
    }
}

class ConcreteSubject extends Subject {
    /**
     * 示意，目標(biāo)對(duì)象的狀態(tài)
     */
    private String subjectState;

    public String getSubjectState() {
        return subjectState;
    }

    public void change(String subjectState) {
        this.subjectState = subjectState;
        //狀態(tài)發(fā)生改變，通知各個(gè)觀察者
        this.notifyObservers();
    }
}

3.創(chuàng)建觀察者接口，定義一個(gè)更新的接口給那些在目標(biāo)發(fā)生改變的時(shí)候被通知的對(duì)象

interface Observer {
    /**
     * 更新的接口
     *
     * @param subject 傳入目標(biāo)對(duì)象，好獲取相應(yīng)的目標(biāo)對(duì)象的狀態(tài)
     */
    void update(Subject subject);
}

4.具體觀察者對(duì)象，實(shí)現(xiàn)更新的方法，使自身的狀態(tài)和目標(biāo)的狀態(tài)保持一致

class ConcreteObserver implements Observer {
    /**
     * 示意，觀者者的狀態(tài)
     */
    private String observerState;

    @Override
    public void update(Subject subject) {
        //具體的更新實(shí)現(xiàn)
        //這里可能需要更新觀察者的狀態(tài)，使其與目標(biāo)的狀態(tài)保持一致
        observerState = ((ConcreteSubject) subject).getSubjectState();
        System.out.println("接收到：" + observerState);
    }
}

5.創(chuàng)建拉模型客戶端，用于測(cè)試

public class PullClient {

    public static void main(String[] args) {
        //創(chuàng)建主題對(duì)象
        ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();
        //創(chuàng)建觀察者對(duì)象
        Observer observer = new ConcreteObserver();
        //將觀察者對(duì)象登記到主題對(duì)象上
        subject.attach(observer);
        //改變主題對(duì)象的狀態(tài)
        subject.change("pull state");
    }

}

6.運(yùn)行結(jié)果

接收到：pull state

上文說(shuō)過(guò)推模型是假定主題對(duì)象知道觀察者需要的數(shù)據(jù)，這種模型下如果數(shù)據(jù)發(fā)生變更會(huì)造成極大的影響；而拉模型是主題對(duì)象不知道觀察者具體需要什么數(shù)據(jù)，沒(méi)有辦法的情況下，干脆把自身傳遞給觀察者，讓觀察者自己去按需要取值。由此可見(jiàn)：拉模式的適用范圍更廣；

JDK中應(yīng)用

對(duì)于觀察者模式，其實(shí)Java已經(jīng)為我們提供了已有的接口和類。對(duì)于訂閱者（Subscribe，觀察者）Java為我們提供了一個(gè)接口。

UML圖

在JAVA語(yǔ)言的 java.util 庫(kù)里面，提供了一個(gè)Observable類以及一個(gè)Observer接口，構(gòu)成JAVA語(yǔ)言對(duì)觀察者模式的支持。

Observer： 只定義了一個(gè) update() 方法，當(dāng)被觀察者對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，被觀察者對(duì)象的 notifyObservers() 方法就會(huì)調(diào)用這一方法。

public interface Observer {
    void update(Observable o, Object arg);
}

Observable： 充當(dāng)觀察目標(biāo)類，在Observable中定義了一個(gè)向量Vector來(lái)存儲(chǔ)觀察者對(duì)象。一個(gè)觀察目標(biāo)類可以有多個(gè)觀察者對(duì)象，每個(gè)觀察者對(duì)象都是實(shí)現(xiàn)Observer接口的對(duì)象。在被觀察者發(fā)生變化時(shí)，會(huì)調(diào)用Observable的notifyObservers()方法，此方法調(diào)用所有的具體觀察者的update()方法，從而使所有的觀察者都被通知更新自己。

setChanged() 設(shè)置一個(gè)內(nèi)部標(biāo)記變量，代表被觀察者對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生了變化。

notifyObservers()調(diào)用所有登記過(guò)的觀察者對(duì)象的update()方法，使這些觀察者對(duì)象可以更新自己。

public class Observable {
    private boolean changed = false; //是否改變狀態(tài)，每次都需要設(shè)置,表示內(nèi)容發(fā)生變化
    private Vector obs; //Vector利用同步方法來(lái)線程安全，線程安全在多線程情況下不會(huì)造成數(shù)據(jù)混亂

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

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


    public synchronized void addObserver(Observer o) {
        if (o == null)
            throw new NullPointerException();
        if (!obs.contains(o)) {
            obs.addElement(o);
        }
    }


    public synchronized void deleteObserver(Observer o) {
        obs.removeElement(o);
    }

    //通知方法，用于在方法內(nèi)部循環(huán)調(diào)用向量中每一個(gè)觀察者的update()方法。
    public void notifyObservers() {
        notifyObservers(null);
    }


    public void notifyObservers(Object arg) {

        Object[] arrLocal;

        synchronized (this) {
            if (!changed) //狀態(tài)值未改變時(shí)返回，不通知
                return;
            arrLocal = obs.toArray(); //將Vector轉(zhuǎn)換成數(shù)組
            clearChanged(); //重置狀態(tài)
        }

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

    public synchronized void deleteObservers() {
        obs.removeAllElements();
    }

    protected synchronized void setChanged() {
        changed = true;
    }

    protected synchronized void clearChanged() {
        changed = false;
    }

    public synchronized boolean hasChanged() {
        return changed;
    }


    public synchronized int countObservers() {
        return obs.size();
    }
}

小案例

1.定義兩個(gè)實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)java.util.Observer接口的觀察者

class SubscribeReader implements Observer {
    @Override
    public void update(Observable o, Object arg) {
        System.out.println("開(kāi)始讀取:" + ((Publish) o).getMessage());
    }
}

class SubscribeWrite implements Observer {
    @Override
    public void update(Observable o, Object arg) {
        System.out.println("開(kāi)始寫入:" + ((Publish) o).getMessage());
    }
}

2.創(chuàng)建繼承java.util.Observable的通知者

class Publish extends Observable {
    private String message;

    public String getMessage() {
        return message;
    }

    public void setMessage(String message) {
        this.message = message;
        //改變通知者的狀態(tài)
        super.setChanged();
        //調(diào)用父類Observable方法，通知所有觀察者
        super.notifyObservers();
    }
}

3.創(chuàng)建測(cè)試客戶端

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Publish publish = new Publish();
        // 遵循FIFO 模型 先進(jìn)后出
        SubscribeWrite write = new SubscribeWrite();
        SubscribeReader reader = new SubscribeReader();
        publish.addObserver(reader);
        publish.addObserver(write);
        publish.setMessage("Hello Battcn");
        publish.setMessage("QQ：1837307557");
        publish.setMessage("Email：1837307557@qq.com");
    }

}

4.運(yùn)行結(jié)果

開(kāi)始寫入:Hello Battcn
開(kāi)始讀取:Hello Battcn
開(kāi)始寫入:QQ：1837307557
開(kāi)始讀取:QQ：1837307557
開(kāi)始寫入:Email：1837307557@qq.com
開(kāi)始讀取:Email：1837307557@qq.com

觀察者模式與MVC

在當(dāng)前流行的MVC(Model-View-Controller)架構(gòu)中也應(yīng)用了觀察者模式，MVC是一種架構(gòu)模式，它包含三個(gè)角色：模型(Model)，視圖(View)和控制器(Controller)。其中模型可對(duì)應(yīng)于觀察者模式中的觀察目標(biāo)，而視圖對(duì)應(yīng)于觀察者，控制器可充當(dāng)兩者之間的中介者。當(dāng)模型層的數(shù)據(jù)發(fā)生改變時(shí)，視圖層將自動(dòng)改變其顯示內(nèi)容。

總結(jié)

實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是要建立觀察者和被觀察者之間的聯(lián)系、比如在被觀察者類中有個(gè)集合是用于存放觀察者的、當(dāng)被檢測(cè)的東西發(fā)生改變的時(shí)候就要通知所有觀察者。在被觀察者中要提供一些對(duì)所有觀察者管理的一些方法.目的是添加或者刪除一些觀察者.這樣才能讓被觀察者及時(shí)的通知觀察者關(guān)系的狀態(tài)已經(jīng)改變、并且調(diào)用觀察者通用的方法將變化傳遞過(guò)去。

在實(shí)現(xiàn)觀察者模式，如果JDK的Observable類和一個(gè)Observer接口能滿足需求，直接復(fù)用即可，無(wú)需自己編寫抽象觀察者、抽象主題類；

但是，java.util.Observable是一個(gè)類而不是接口，你必須設(shè)計(jì)一個(gè)類繼承它。如果某個(gè)類想同時(shí)具有Observable類和另一個(gè)超類的行為，由于java不支持多重繼承。所以這個(gè)時(shí)候就需要自己實(shí)現(xiàn)一整套觀察者模式。

優(yōu)點(diǎn)

可實(shí)現(xiàn)表示層和數(shù)據(jù)邏輯層的分離，定義了穩(wěn)定的消息更新傳遞機(jī)制，并抽象了更新接口，使得可以有各種各樣不同的表示層充當(dāng)具體觀察者角色（Model/View）。

支持廣播通信，觀察目標(biāo)會(huì)向所有已注冊(cè)的觀察者對(duì)象發(fā)送通知，簡(jiǎn)化了一對(duì)多系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度（Publish/Subscribe）。

實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)。由于觀察者模式對(duì)觀察者注冊(cè)實(shí)行管理，那就可以在運(yùn)行期間，通過(guò)動(dòng)態(tài)的控制注冊(cè)的觀察者，來(lái)控制某個(gè)動(dòng)作的聯(lián)動(dòng)范圍，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)。

缺點(diǎn)

如果一個(gè)被觀察者對(duì)象有很多直接和間接的觀察者，那么將所有的觀察者都通知到會(huì)花費(fèi)很多時(shí)間。

如果在觀察者和被觀察者之間有循環(huán)依賴的話，被觀察者會(huì)觸發(fā)它們形成循環(huán)調(diào)用，可能導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

觀察者模式?jīng)]有相應(yīng)的機(jī)制讓觀察者知道被觀察者對(duì)象是怎么發(fā)生變化的，而僅僅只是知道被觀察者發(fā)生了變化。

觀察者模式是一種使用頻率非常高的設(shè)計(jì)模式，無(wú)論是移動(dòng)應(yīng)用、Web應(yīng)用或者桌面應(yīng)用，觀察者模式幾乎無(wú)處不在，它為實(shí)現(xiàn)對(duì)象之間的聯(lián)動(dòng)提供了一套完整的解決方案，凡是涉及到一對(duì)一或者一對(duì)多的對(duì)象交互場(chǎng)景都可以使用觀察者模式。

說(shuō)點(diǎn)什么

參考文獻(xiàn)：http://www.cnblogs.com/JsonShare/p/7270546.html

全文代碼：https://gitee.com/battcn/design-pattern/tree/master/Chapter17/battcn-observer

個(gè)人QQ：1837307557

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