每日知识-设计模式-观察者模式

之前写了每日知识-设计模式-状态机模式，今天来复习一种新的模式，观察者模式，我有的时候喜欢管它叫"订阅模式"。

什么是观察者模式？

在社交网站中，一个人关注了另外一个人，比如张三关注了李四，张三更新了动态，就会出现在李四的信息流中。这就是一种观察者模式的场景。

观察者模式是一种行为型设计模式 ，它定义了一种一对多的依赖关系。当一个对象（称为"主题"或"可观察者"）的状态发生改变时，所有依赖于它的对象（称为"观察者"）都会自动得到通知并被更新。

在设计模式里，具体的实现细节是，观察者把联系方式留给了被观察者，被观察者更新状态的时候，主动推送内容给观察者，观察者被动接受，不用去轮询。观察者通过声明自己观察了被观察者，或者主动向被观察者注册，实质上留下联系方式，从而当信息更新时第一时间可以获得。

如何实现观察者模式？

观察者模式主要包含四个角色：

Subject（主题） ：维护一个观察者列表，提供添加（attach）、删除（detach）观察者的方法，以及通知所有观察者的方法（notify）。
ConcreteSubject（具体主题） ：继承自 Subject。它包含具体的状态数据，当状态改变时，调用父类的通知方法。
Observer（观察者） ：一个接口，通常只定义一个更新方法（update），供主题在通知时调用。
ConcreteObserver（具体观察者） ：实现 Observer 接口。它维护一个对 ConcreteSubject 的引用，以便在接到通知时，能获取主题的状态并做出相应的反应。

举个例子：气象站监测系统

假设我们有一个气象站（主题），它能监测温度、湿度、气压。当这些数据发生变化时，需要实时更新多个布告板（观察者），比如"当前状况布告板"、"气象统计布告板"。

1. 定义主题接口 (Subject)

java 复制代码

// 主题接口
public interface Subject {
    void registerObserver(Observer o); // 注册观察者（订阅）
    void removeObserver(Observer o);   // 移除观察者（取消订阅）
    void notifyObservers();            // 通知观察者
}

2. 定义观察者接口 (Observer)

java 复制代码

// 观察者接口
public interface Observer {
    void update(float temperature, float humidity, float pressure); // 更新方法
}

3. 实现具体主题 (ConcreteSubject) - 气象站

java 复制代码

// 具体主题：气象数据
public 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() {
        // 主题遍历所有观察者，调用它们的update方法
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(temperature, humidity, pressure);
        }
    }

    // 当从传感器得到新的气象测量数据时，调用此方法
    public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        measurementsChanged(); // 数据改变，通知观察者
    }

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

4. 实现具体观察者 (ConcreteObserver) - 布告板

java 复制代码

// 具体观察者：当前状况布告板
public class CurrentConditionsDisplay implements Observer {
    private float temperature;
    private float humidity;
    // 保留对主题的引用，方便以后取消订阅（可选）
    private Subject weatherData;

    // 在构造时，向主题注册自己（订阅）
    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(); // 收到通知后，更新显示
    }

    public void display() {
        System.out.println("当前状况: " + temperature + "°C 和 " + humidity + "% 湿度");
    }
}

5. 测试使用

java 复制代码

public class WeatherStation {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 创建主题（气象站）
        WeatherData weatherData = new WeatherData();

        // 2. 创建观察者（布告板），并在创建时完成订阅
        CurrentConditionsDisplay currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
        // 可以轻松添加更多布告板...
        // StatisticsDisplay statisticsDisplay = new StatisticsDisplay(weatherData);

        // 3. 模拟新的气象测量数据到达
        System.out.println("模拟新数据...");
        weatherData.setMeasurements(26.5f, 65f, 1013.1f);

        System.out.println("\n再次模拟新数据...");
        weatherData.setMeasurements(28.1f, 70f, 1012.5f);
    }
}

输出结果：

erlang 复制代码

模拟新数据...
当前状况: 26.5°C 和 65.0% 湿度

再次模拟新数据...
当前状况: 28.1°C 和 70.0% 湿度

类之间的关系

通过上面的例子可以看出来：

观察者持有被观察者的引用
被观察者持有观察者引用的列表
被观察者负责通知观察者，需要实现通知方法，提供注册和注销的接口方法，当然还有更新数据的方法，在更新数据的方法内部，需要调用通知方法。
观察者提供一个观察者可以被调用的接口方法，用来由被观察者向其推送消息。

双方互相持有对方的引用，被观察者作为1对N的角色，不会特别在意观察者的数量等。

优点与缺点

优点：

开闭原则：你可以引入新的观察者类，而无需修改主题代码（对扩展开放）。
松耦合：主题只知道观察者实现了某个接口，不知道观察者的具体类是谁、做了什么。它们可以独立变化。

缺点：

通知顺序 ：观察者的通知顺序是随机的（例如上面用的 ArrayList），不应依赖特定顺序。
性能开销：如果观察者数量非常多，逐个通知会耗时较长。如果更新操作代价高，可能导致性能问题。