【设计模式】行为型模式(一):模板方法模式、观察者模式

行为型模式(一):模板方法模式、观察者模式

  • 1.模板方法模式(Template)
    • [1.1 主要特点](#1.1 主要特点)
    • [1.2 适用场景](#1.2 适用场景)
    • [1.3 示例](#1.3 示例)
      • [1.3.1 抽象类定义模板方法](#1.3.1 抽象类定义模板方法)
      • [1.3.2 子类实现具体步骤](#1.3.2 子类实现具体步骤)
      • [1.3.3 客户端](#1.3.3 客户端)
      • [1.3.4 结果输出](#1.3.4 结果输出)
  • 2.观察者模式(Observer)
    • [2.1 主要特点](#2.1 主要特点)
    • [2.2 适用场景](#2.2 适用场景)
    • [2.3 示例](#2.3 示例)
      • [2.3.1 观察者](#2.3.1 观察者)
      • [2.3.2 主题](#2.3.2 主题)
      • [2.3.3 具体主题](#2.3.3 具体主题)
      • [2.3.4 具体观察者](#2.3.4 具体观察者)
      • [2.3.5 客户端](#2.3.5 客户端)
      • [2.3.6 结果输出](#2.3.6 结果输出)

1.模板方法模式(Template)

模板方法模式Template Method)是一种行为设计模式,它定义了一个操作中的算法骨架,而将一些步骤延迟到子类中实现。模板方法使得子类可以在不改变算法结构的情况下,重新定义算法的某些特定步骤。

1.1 主要特点

  • 定义算法框架:父类定义了执行某个操作的框架,但具体的实现细节留给子类完成。
  • 防止子类修改:模板方法在父类中定义为 final,防止子类修改算法的总体结构。
  • 钩子方法:父类可以定义一些 钩子 方法,子类可以选择性地实现这些方法,以影响算法的行为。

1.2 适用场景

  • 当你有一个算法的多个变体,但它们的某些步骤是相同的,可以将这些相同的步骤提取到父类中。
  • 当你希望子类能够扩展某个算法的某些特定步骤,但不能改变算法的整体结构。

1.3 示例

假设你有一个制作咖啡和茶的过程,它们的步骤大致相同,但某些细节不同。

1.3.1 抽象类定义模板方法

java 复制代码
// 抽象类定义了模板方法
abstract class Beverage {
    // 模板方法,定义了算法的框架
    final void prepareBeverage() {
        boilWater();
        brew();
        pourInCup();
        addCondiments();
    }

    // 具体步骤,由子类实现
    abstract void brew();
    abstract void addCondiments();

    // 具体步骤,已经在父类中实现
    void boilWater() {
        System.out.println("Boiling water");
    }

    void pourInCup() {
        System.out.println("Pouring into cup");
    }
}

1.3.2 子类实现具体步骤

java 复制代码
// 子类实现具体的步骤
class Coffee extends Beverage {
    void brew() {
        System.out.println("Dripping coffee through filter");
    }

    void addCondiments() {
        System.out.println("Adding sugar and milk");
    }
}

class Tea extends Beverage {
    void brew() {
        System.out.println("Steeping the tea");
    }

    void addCondiments() {
        System.out.println("Adding lemon");
    }
}

1.3.3 客户端

java 复制代码
// 客户端代码
public class TemplateMethodDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Beverage coffee = new Coffee();
        coffee.prepareBeverage();
        System.out.println();

        Beverage tea = new Tea();
        tea.prepareBeverage();
    }
}

1.3.4 结果输出

plain 复制代码
Boiling water
Dripping coffee through filter
Pouring into cup
Adding sugar and milk

Boiling water
Steeping the tea
Pouring into cup
Adding lemon

在这个例子中,Beverage 类定义了制作饮料的模板方法 prepareBeverage,具体的步骤 brewaddCondiments 由子类 CoffeeTea 实现。这样,子类可以在不改变整体算法结构的情况下,实现具体的细节。

2.观察者模式(Observer)

观察者模式Observer)是一种行为设计模式,它定义了对象之间的一对多依赖关系 ,当一个对象(称为 主题发布者)的状态发生变化时,所有依赖于它的对象(称为 观察者订阅者)都会自动得到通知并更新。

2.1 主要特点

  • 主题Subject):维护一个观察者列表,并提供添加、删除和通知观察者的方法。
  • 观察者Observer):定义一个更新接口,当主题状态发生变化时,观察者会收到通知并更新自己的状态。
  • 具体主题Concrete Subject):实现主题接口,当状态发生变化时,通知所有观察者。
  • 具体观察者Concrete Observer):实现观察者接口,根据主题的状态变化更新自己的状态。

2.2 适用场景

  • 当一个对象的改变需要同时改变其他多个对象时,可以使用观察者模式。
  • 当一个对象需要与多个其他对象保持一致,但又不想直接依赖这些对象时,可以使用观察者模式。

2.3 示例

假设你有一个天气站,当天气变化时,需要通知多个显示设备(如温度显示器、湿度显示器等)更新显示。

2.3.1 观察者

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

2.3.2 主题

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

2.3.3 具体主题

java 复制代码
// 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<>();
    }

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

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

    @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();
    }

    private void measurementsChanged() {
        notifyObservers();
    }
}

2.3.4 具体观察者

java 复制代码
// 具体观察者
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");
    }
}

2.3.5 客户端

java 复制代码
// 客户端代码
public class ObserverPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        WeatherData weatherData = new WeatherData();

        CurrentConditionsDisplay currentConditionsDisplay = new CurrentConditionsDisplay();
        weatherData.registerObserver(currentConditionsDisplay);

        weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);
        System.out.println();

        weatherData.setMeasurements(82, 70, 29.2f);
    }
}
  • WeatherData 是主题,维护了一个观察者列表,并提供注册、移除和通知观察者的方法。
  • CurrentConditionsDisplay 是观察者,实现了 Observer 接口,当天气数据变化时,会收到通知并更新显示。
  • 天气站 WeatherData 注册了一个观察者 CurrentConditionsDisplay,当天气数据变化时,观察者会自动更新显示。

2.3.6 结果输出

plain 复制代码
Current conditions: 80.0F degrees and 65.0% humidity

Current conditions: 82.0F degrees and 70.0% humidity

通过观察者模式,可以实现对象之间的解耦,使得一个对象的变化能够自动通知其他对象,而不需要知道这些对象的具体信息。

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