在面向对象设计中，设计模式为我们提供了通用的解决方案，以应对常见的开发问题。观察者设计模式是其中非常经典且实用的一种模式，广泛应用于GUI系统、事件处理、消息推送等场景。今天，我们就深入探讨观察者模式的概念、结构和特点，以及如何在实际项目中使用它。
一、什么是观察者设计模式？
观察者设计模式（Observer Pattern），属于行为型模式。它定义了对象之间的一种一对多依赖关系，当一个对象的状态发生变化时，所有依赖于它的对象都会自动收到通知并更新状态。简而言之，它是一种发布-订阅的机制，其中**主体（Subject）**发布通知，**观察者（Observer）**订阅并接收通知。
主要角色
观察者模式的核心是观察者和被观察者。我们来看一下其主要角色：
Subject（被观察者）：被观察的对象，负责维护所有依赖于它的观察者，并在自身状态改变时通知它们。
主要操作：
addObserver(Observer)、removeObserver(Observer)、notifyObservers()。
Observer（观察者）：接收通知的对象。当被观察者的状态发生变化时，观察者会被自动通知并执行更新逻辑。
主要操作：
update()，用于接收并处理通知。
ConcreteSubject（具体的被观察者）：实现了 Subject 接口，并持有观察者列表。当状态发生变化时，通知所有观察者。
ConcreteObserver（具体的观察者）：实现了 Observer 接口，并注册自己为被观察者的观察者。收到通知时，更新自身的状态。
二、观察者模式的结构与特点
1. 结构分析
观察者模式的结构非常简洁，主要由Subject、Observer、ConcreteSubject和ConcreteObserver构成。
Subject 接口提供了注册、注销观察者和通知观察者的方法。
ConcreteSubject 实现了 Subject 接口，包含实际的状态数据并负责通知观察者。
Observer 接口定义了
update()方法，供观察者实现。ConcreteObserver 实现了 Observer 接口，接收通知并执行自己的更新逻辑。
2. 观察者模式的特点
一对多依赖关系：一个被观察者可以同时通知多个观察者，适用于多个系统组件依赖同一数据源的场景。
松耦合：观察者与被观察者之间仅通过接口进行交互，双方不知道彼此的具体实现，符合“开闭原则”，方便扩展。
自动通知：一旦被观察者的状态变化，所有已注册的观察者会自动接收到通知并进行状态更新，无需额外的操作。
动态订阅/退订：观察者可以在运行时注册或注销，灵活应对不同的业务需求。
三、观察者模式的应用场景
观察者模式广泛应用于以下几种场景：
事件处理系统：例如，在GUI框架中，当用户与界面进行交互时，界面元素（按钮、文本框等）作为观察者监听并响应事件的变化。
消息推送系统：例如，社交媒体平台的通知系统，当某个用户发布内容时，关注此用户的其他用户会收到通知。
实时数据更新系统：例如，股票交易平台，当某个股票价格发生变化时，所有订阅该股票的用户都会被自动通知。
日志系统：多个系统组件可以作为观察者订阅一个日志发布者，日志发布者在运行时生成日志并推送给各个观察者进行显示或存储。
四、代码示例：天气监测系统
让我们通过一个简单的天气监测系统来演示观察者模式的应用。
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
// Observer 接口
interface Observer {
void update(float temperature);
}
// Subject 接口
interface Subject {
void addObserver(Observer observer);
void removeObserver(Observer observer);
void notifyObservers();
}
// ConcreteSubject（具体的被观察者）
class WeatherStation implements Subject {
private List<Observer> observers = new ArrayList<>();
private float temperature;
@Override
public void addObserver(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);
}
}
public void setTemperature(float temperature) {
this.temperature = temperature;
notifyObservers();
}
}
// ConcreteObserver（具体的观察者）
class PhoneDisplay implements Observer {
@Override
public void update(float temperature) {
System.out.println("Phone display updated with temperature: " + temperature);
}
}
class TVDisplay implements Observer {
@Override
public void update(float temperature) {
System.out.println("TV display updated with temperature: " + temperature);
}
}
public class ObserverPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
WeatherStation weatherStation = new WeatherStation();
PhoneDisplay phoneDisplay = new PhoneDisplay();
TVDisplay tvDisplay = new TVDisplay();
weatherStation.addObserver(phoneDisplay);
weatherStation.addObserver(tvDisplay);
weatherStation.setTemperature(25.5f);
weatherStation.setTemperature(30.0f);
}
}
五、展示多个观察者的行为
class AlarmSystem implements Observer {
@Override
public void update(float temperature) {
if (temperature > 35.0) {
System.out.println("Alarm: Temperature too high! Triggering alert...");
} else {
System.out.println("Alarm: Temperature is normal.");
}
}
}
class WeatherApp implements Observer {
@Override
public void update(float temperature) {
System.out.println("Weather App: Showing the updated temperature: " + temperature);
}
}修改
// 扩展观察者模式的演示
public class ObserverPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个天气监测站（被观察者）
WeatherStation weatherStation = new WeatherStation();
// 创建多个观察者
PhoneDisplay phoneDisplay = new PhoneDisplay();
TVDisplay tvDisplay = new TVDisplay();
AlarmSystem alarmSystem = new AlarmSystem();
WeatherApp weatherApp = new WeatherApp();
// 注册观察者
weatherStation.addObserver(phoneDisplay);
weatherStation.addObserver(tvDisplay);
weatherStation.addObserver(alarmSystem);
weatherStation.addObserver(weatherApp);
// 设置温度，模拟状态变化并通知所有观察者
weatherStation.setTemperature(30.0f); // 正常温度
weatherStation.setTemperature(36.5f); // 高温，触发报警
}
}
六、总结
通过这次代码扩展，我们可以清晰地看到观察者模式中的一对多依赖关系。在实际应用中，多个组件（观察者）可以依赖同一个数据源（被观察者），当数据源发生变化时，所有依赖于它的组件都会自动得到更新。这个特性非常适用于需要分发状态变化的系统，如 GUI 界面、事件驱动系统、实时数据更新等场景。
观察者模式的最大优点是实现了松耦合，即被观察者和观察者之间没有直接的依赖关系，便于扩展和维护。如果我们需要添加更多类型的观察者（例如，电子邮件通知、短信提醒等），只需实现 Observer 接口并将其添加到被观察者中即可，不会影响其他部分的代码。