设计模式学习之二观察者模式（Observer）——参与气象观测站的设计

业务需求：希望建立下一代Internet气象观测站！该气象站必须建立在我们专利申请中的WeatherData对象上，由WeatherData对象负责追踪目前的天气状况(温度、湿度、气压)。要求：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气象站希望能有一组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。 接下来看WeatherDate类


先看一个错误的示范

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);
}

//这里是其他的WeatherData方法
}

我们的实现有什么不对呢，仔细想想oo的设计原则就知道了

currentConditionsDisplay.update(temp, humidity, pressure);

statisticsDisplay.update(temp, humidity, pressure);

forecastDisplay.update(temp, humidity, pressure);

这里针对了具体实现编程，会使我们在增加或删除布告板时必须修改程序，而且布告板的方法都是update，至少这里看起来应该像是一个统一的接口。改变的地方需要封装滴。。。。

那么先让我们认识一下观察者模式吧，报纸订阅的方式估计大家都能想明白，如果你明白报纸订阅是怎么回事，那么恭喜你，你已经明白观察者模式是怎么回事了。 出版者+订阅者=观察者模式，把名称改一下吧，改的专业一点，出版者改成 主题（Subject）， 订阅之改成 观察者（Observer），改后 主题（Subject）+ 观察者（Observer）=观察者模式（Observer），那么根据报纸的订阅方式可以给观察者模式下定义了：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。稍后你会看到实现观察者模式的方法不止一种，但是以包含Subject和Observer接口的类设计的做法最常见。下面是观察者模式的类图，直接截的图：



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（解耦合），我们可以独立的复用主题或观察者，因为二者并非紧耦合，只要他们之间的接口仍被遵守，我们就可以自由的改变他们。由此，我们又碰到一个设计原则：为了交互对象之间的松耦合（解耦合）设计而努力。OK 看过观察者模式了，那么开始设计气象站吧，设计图如下：



根据上面的类图，来实现气象站吧，先从建立接口开始，代码如下：

public interface Subject {
public void registerObserver(Observer o);
public void removeObserver(Observer o);

//当主题变化时这个方法会被调用，通知所有的观察者
public void notifyObservers();
}

public interface Observer {
public void update(float temperature, float humidity, float pressure);
}

public interface DisplayElement {

//当布告板需要显示时调用此方法
public void display();
}

继续在WeatherData中实现主题接口

：

import java.util.ArrayList;
public class WeatherData implements Subject {
private ArrayList 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(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();
}

//这里是其他的WeatherData方法
}

接下来建立布告板：

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);
}

@Override
public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
this.temperature = temperature;
this.humidity = humidity;
display();
}
@Override
public void display() {
System.out.println("Current conditions: " + temperature + "F degrees and " + humidity + "%humidity");
}
}

最后可以建立一个测试程序来看我们的劳动成果了：

public class WeatherStation {
public static void main(String[] args) {
WeatherData weatherData = new WeatherData();
CurrentConditionsDisplay currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);

//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);
}
}

到此，气象站算初步完成了。但是 Java API 有内置的观察者模式。java.util包内包含最基本的Observer接口与Observable类，这和我们的Subject接口与Observer接口很类似，Observer接口与Observable类使用起来更方便，因为许多功能都已经事先准备好了，上面我们自己实现的只是使用推（push）传送数据，但在内置的模式中可以使用推（push）或拉（pull）的方式传送数据。使用内置的观察者模式重新设计气象站：



我们再做一次气象站，但这次用拉（pull）来传送数据。首先，把WeatherDate改成使用java.util.Observable:

import java.util.Observable;
public class WeatherData extends Observable {
private float temperature;
private float humidity;
private float pressure;

public WeatherData() {
}

public void measurementsChanged() {

//在调用notifyObservers()之前，要先调用setChanged()来指示状态已经改变
setChanged();
notifyObservers();
}

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;
}

}

现在也让我们重做CurrentConditionsDisplay：

import java.util.Observable;
import java.util.Observer;
public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {
Observable observable;
private float temperature;
private float humidity;

public CurrentConditionsDisplay(Observable observable) {
this.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();
}

}
@Override
public void display() {
System.out.println("Current conditions: " + temperature + "F degrees and " + humidity + "%humidity");

}

}

运行WeatherStation.java再次进行测试。。。。不知你注意到了吗，可观察者是一个“类”而不是一个“接口“，违反了针对接口编程，而非针对实现编程。如果你看看Observable的API，你会发现setChanged()方法被保护起来了（被定义成了protected），这意味着：除非你继承自Observable，否则无法创建Observable实例并组合到你自己的对象中来。这个设计违反了：多用组合，少用继承。但是当你熟悉观察者模式之后这一切都不是问题，你可以自己实现的，选择权在于你。其实，并非只有在java.util中才能找到观察者模式，其实在JavaBeans和Swing中，也都实现了观察者模式。