深入理解观察者模式（Observer Pattern）

GeekLiHua

发布于 2025-01-21 14:43:07

3120

文章被收录于专栏：JavaJava

深入理解观察者模式（Observer Pattern）

简介：

观察者模式是一种行为设计模式，它允许对象（称为观察者）订阅另一个对象（称为主题）的状态变化。当主题状态发生改变时，观察者会被通知并进行相应的更新。

为什么使用观察者模式？

在现实生活中，我们经常会遇到这样的情况：当一个对象的状态发生改变时，其他对象也需要做出相应的变化。观察者模式提供了一种松耦合的方式来实现这种通信机制，使得主题和观察者之间的依赖关系更加灵活。

核心概念

主题（Subject）: 主题是被观察的对象，它会维护一组观察者，并提供方法来添加、删除和通知观察者。
观察者（Observer）: 观察者是订阅主题状态变化的对象，当主题状态发生改变时，观察者会接收到通知并执行相应的更新操作。

观察者模式的结构

Subject（主题）:
- 注册和移除观察者的方法
- 通知观察者的方法
Observer（观察者）:
- 更新方法，用于接收主题状态的变化

观察者模式的 UML 类图如下所示：

  +-------------+        +----------------+
  |   Subject   | -----> |   Observer     |
  +-------------+        +----------------+
  | + attach(o) |        | + update()     |
  | + detach(o) |        +----------------+
  | + notify()  |
  +-------------+

假设我们有一个简单的气象站应用，气象站会定期测量温度、湿度和气压。我们希望当气象数据发生变化时，能够实时地通知给注册的观察者。

让我们通过一个简单的气象站应用来演示观察者模式的实现。
WeatherStation.java

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 主题接口
interface Subject {
    // 注册观察者
    void registerObserver(Observer observer);
    // 移除观察者
    void removeObserver(Observer observer);
    // 通知所有观察者
    void notifyObservers();
}

// 观察者接口
interface Observer {
    // 更新观察者状态
    void update(float temperature, float humidity, float pressure);
}

// 具体主题类
class WeatherData implements Subject {
    private List<Observer> observers;
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;

    // 构造函数
    public WeatherData() {
        observers = new ArrayList<>();
    }

    @Override
    public void registerObserver(Observer observer) {
        // 添加观察者到列表
        observers.add(observer);
    }

    @Override
    public void removeObserver(Observer observer) {
        // 从列表中移除观察者
        observers.remove(observer);
    }

    @Override
    public void notifyObservers() {
        // 通知所有观察者
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(temperature, humidity, pressure);
        }
    }

    // 当气象数据发生变化时调用该方法
    public void measurementsChanged() {
        notifyObservers();
    }

    // 设置气象数据
    public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        // 数据变化后通知观察者
        measurementsChanged();
    }
}

// 具体观察者类
class CurrentConditionsDisplay implements Observer {
    private float temperature;
    private float humidity;

    @Override
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        // 更新观察者状态
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        // 显示当前气象数据
        display();
    }

    // 显示当前气象数据
    public void display() {
        System.out.println("Current conditions: " + temperature
                + "F degrees and " + humidity + "% humidity");
    }
}

public class WeatherStation {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建主题对象
        WeatherData weatherData = new WeatherData();

        // 创建观察者对象
        CurrentConditionsDisplay currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay();

        // 注册观察者到主题对象
        weatherData.registerObserver(currentDisplay);

        // 模拟气象数据变化
        weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);
        weatherData.setMeasurements(82, 70, 29.2f);
        weatherData.setMeasurements(78, 90, 29.2f);
    }
}

这段代码实现了一个简单的气象站应用。WeatherData 类是主题，它维护了观察者列表，并提供了方法来注册、移除和通知观察者。CurrentConditionsDisplay 类是具体的观察者，它实现了 Observer 接口，并在更新时显示当前的气象数据。

在 main 方法中，我们创建了一个 WeatherData 对象和一个 CurrentConditionsDisplay 对象，并将后者注册为前者的观察者。然后，我们模拟了几次气象数据的变化，并观察观察者的更新情况。

运行结果以下是代码的运行结果：

Current conditions: 80.0F degrees and 65.0% humidity
Current conditions: 82.0F degrees and 70.0% humidity
Current conditions: 78.0F degrees and 90.0% humidity

这个结果显示了每次调用 setMeasurements() 方法后，CurrentConditionsDisplay 观察者都会接收到通知，并且显示当前的气象条件（温度和湿度）。

在 main 方法中，创建了一个 WeatherData 对象和一个 CurrentConditionsDisplay 对象，并将后者注册为前者的观察者。然后，模拟了几次气象数据的变化，并观察观察者的更新情况。