10.观察者模式

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一、介绍

观察者模式是一种行为设计模式，其中一个对象（称为主题）维护其依赖项（称为观察者）的列表，当主题的状态发生变化时，它通知所有的观察者，使得它们能够自动更新。

观察者模式主要涉及三个角色：

1. 主题（Subject）： 维护一组观察者，提供方法来添加和删除观察者，以及通知观察者状态变化的方法。

2. 观察者（Observer）： 定义一个更新接口，以便主题在状态变化时能够通知观察者。

3. 具体主题（ConcreteSubject）： 继承自主题，实现具体的业务逻辑，并在状态发生变化时通知观察者。

4. 具体观察者（ConcreteObserver）： 实现观察者接口，以便在接收到通知时能够执行相应的操作。

二、代码

结构图

场景

假设我们有一个气象站，气象站会定期更新温度，湿度和气压。我们希望设计一个系统，当气象站的数据更新时，所有注册的显示器（观察者）都能够自动更新显示。

代码

// 主题接口：气象站
interface WeatherStation {
    void registerObserver(WeatherObserver observer);
    void removeObserver(WeatherObserver observer);
    void notifyObservers();
}

// 观察者接口：显示器
interface WeatherObserver {
    void update(float temperature, float humidity, float pressure);
}

// 具体主题：具体的气象站
class ConcreteWeatherStation implements WeatherStation {
    private List<WeatherObserver> observers;
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;

    public ConcreteWeatherStation() {
        this.observers = new ArrayList<>();
    }

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

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

    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (WeatherObserver observer : observers) {
            observer.update(temperature, humidity, pressure);
        }
    }

    // 模拟气象站数据更新
    public void setWeatherData(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        notifyObservers();
    }
}

// 具体观察者1：温度显示器
class TemperatureDisplay implements WeatherObserver {
    @Override
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        System.out.println("Temperature Display: Current Temperature = " + temperature);
    }
}

// 具体观察者2：湿度显示器
class HumidityDisplay implements WeatherObserver {
    @Override
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        System.out.println("Humidity Display: Current Humidity = " + humidity);
    }
}

// 客户端
public class ObserverPatternExample {
    public static void main(String[] args) {
        ConcreteWeatherStation weatherStation = new ConcreteWeatherStation();

        // 注册观察者
        WeatherObserver temperatureDisplay = new TemperatureDisplay();
        WeatherObserver humidityDisplay = new HumidityDisplay();
        weatherStation.registerObserver(temperatureDisplay);
        weatherStation.registerObserver(humidityDisplay);

        // 模拟气象站数据更新，观察者自动更新显示
        weatherStation.setWeatherData(25.5f, 60.0f, 1012.0f);

        // 移除一个观察者
        weatherStation.removeObserver(temperatureDisplay);

        // 模拟气象站数据更新，仅湿度显示器会更新
        weatherStation.setWeatherData(26.0f, 65.0f, 1010.5f);
    }
}

在客户端，我们创建了一个具体的气象站对象，并注册了温度显示器和湿度显示器作为观察者。随后，通过模拟气象站数据的更新，观察者自动更新了显示

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总结

优点

1. 松耦合： 观察者模式实现了目标和观察者之间的松耦合。主题（目标）和观察者之间相互独立，它们只是通过接口进行通信。

2. 可扩展性： 新的观察者可以随时被加入到系统中，而无需修改主题的代码。这使得系统更容易扩展和维护。

3. 通知机制： 主题发生变化时，会自动通知所有的观察者。这种通知机制使得观察者能够实时获取目标的最新状态。

缺点

1. 可能引起性能问题： 如果观察者非常多，而且通知频繁，可能会影响性能。因为每个观察者都需要被通知，而且通知是同步的。

2. 可能导致循环依赖： 当观察者之间存在相互依赖时，可能导致循环依赖的问题。这样的情况下，系统可能需要被重新设计。

3. 可能造成内存泄漏： 如果观察者没有被正确地移除，可能导致对观察者的引用一直存在，造成内存泄漏。