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Java设计模式之观察者模式详解
在软件开发中，我们常常会遇到这样的场景：当一个对象的状态发生变化时，需要自动通知其他相关对象。这种场景下，观察者模式就派上了用场。观察者模式是一种行为型设计模式，它定义了对象之间的一对多依赖关系，当一个对象状态发生改变时，所有依赖于它的对象都会得到通知并被自动更新。接下来，我们将深入探讨Java中的观察者模式，并结合图文和代码示例进行详细讲解。
一、观察者模式概念
观察者模式（Observer Pattern）也被称为发布 - 订阅（Publish/Subscribe）模式。在该模式中，有两种主要角色：主题（Subject）和观察者（Observer）。主题是被观察的对象，它维护了一组观察者，并提供方法来添加、删除观察者以及通知所有观察者状态的改变。观察者则是关注主题状态变化的对象，当主题状态改变时，观察者会收到通知并执行相应的操作 。
二、观察者模式结构（Mermaid类图）
我们使用Mermaid来绘制观察者模式的类图，通过类图可以更直观地理解观察者模式中各个角色之间的关系。
在上述类图中：
- Subject（主题）：定义了添加、删除观察者以及通知观察者的接口。
- Observer（观察者）：定义了更新接口，当收到主题通知时，观察者会调用该接口进行相应的操作。
- ConcreteSubject（具体主题）：实现了Subject接口，维护具体的状态，并在状态改变时通知所有观察者。
- ConcreteObserver（具体观察者）：实现了Observer接口，持有对具体主题的引用，在接收到通知时，根据主题的状态进行相应的处理。
三、Java代码示例
下面我们通过一个具体的Java代码示例来实现观察者模式。假设我们有一个天气数据中心（主题），有多个天气展示面板（观察者），当天气数据中心的天气数据（温度、湿度、气压）发生变化时，所有的天气展示面板都需要更新显示。
1. 定义Observer接口
public interface Observer {void update(float temperature, float humidity, float pressure);
}
2. 定义Subject接口
public interface Subject {void registerObserver(Observer o);void removeObserver(Observer o);void notifyObservers();
}
3. 实现具体主题类WeatherData
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class WeatherData implements Subject {private List<Observer> observers;private float temperature;private float humidity;private float pressure;public WeatherData() {observers = new ArrayList<>();}@Overridepublic void registerObserver(Observer o) {observers.add(o);}@Overridepublic void removeObserver(Observer o) {int i = observers.indexOf(o);if (i >= 0) {observers.remove(i);}}@Overridepublic 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();}
}
4. 实现具体观察者类CurrentConditionsDisplay
public class CurrentConditionsDisplay implements Observer {private float temperature;private float humidity;private Subject weatherData;public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData) {this.weatherData = weatherData;weatherData.registerObserver(this);}@Overridepublic 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");}
}
5. 测试代码
public class WeatherStation {public static void main(String[] args) {WeatherData weatherData = new WeatherData();CurrentConditionsDisplay currentConditionsDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);weatherData.setMeasurements(82, 70, 30.2f);}
}
在上述代码中：
Observer接口定义了update方法，用于接收主题传递的更新数据。Subject接口定义了管理观察者和通知观察者的方法。WeatherData类实现了Subject接口，负责维护观察者列表，当天气数据发生变化时，调用notifyObservers方法通知所有观察者。CurrentConditionsDisplay类实现了Observer接口，在update方法中接收天气数据并更新显示。- 在
WeatherStation的main方法中，创建了天气数据中心和天气展示面板，并模拟了天气数据的变化，此时天气展示面板会自动更新显示。
四、观察者模式的优缺点
优点
- 松耦合：主题和观察者之间是松耦合的，它们只依赖于抽象接口，而不依赖于具体实现。这使得我们可以很容易地添加新的观察者或修改主题的实现，而不会影响其他部分。
- 可扩展性：由于主题和观察者之间的关系是一对多的，因此可以方便地扩展系统，添加更多的观察者来满足不同的需求。
- 实时更新：当主题状态发生变化时，观察者能够及时得到通知并进行更新，保证了数据的实时性。
缺点
- 内存占用：如果观察者数量过多，并且长时间保持引用，可能会导致内存占用过高的问题。
- 通知顺序不确定：在通知观察者时，由于没有规定具体的顺序，可能会导致观察者接收到通知的顺序不符合预期。
五、应用场景
- 事件监听：在图形用户界面（GUI）编程中，事件监听机制就是观察者模式的典型应用。例如，按钮的点击事件、鼠标的移动事件等，当事件发生时，相应的监听器（观察者）会得到通知并执行相应的操作。
- 消息推送：在消息推送系统中，服务器作为主题，客户端作为观察者。当有新的消息产生时，服务器会将消息推送给所有订阅的客户端。
- 股市行情系统：股市行情数据作为主题，各个股票交易软件或行情展示界面作为观察者。当股市行情数据发生变化时，所有的行情展示界面都会更新显示。