Java设计模式之观察者模式（Observer模式）介绍

观察者模式，也叫做发布订阅模式，是一种常用的设计模式。它定义了一种一对多的关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象，当一个对象发生改变时，所有依赖于它的对象都将得到通知并被自动更新。

观察者模式的结构

观察者模式由四个角色组成：抽象主题角色、具体主题角色、抽象观察者角色和具体观察者角色。

• 抽象主题角色：抽象主题角色定义了主题对象的基本操作，如增加、删除和通知观察者对象的方法。
• 具体主题角色：具体主题角色引用具体观察者对象，并实现抽象主题角色中的增加、删除和通知观察者的方法。通常具体主题角色是一个类，其中包含方法来设置和获取状态，并在状态改变时通知观察者对象。
• 抽象观察者角色：抽象观察者角色声明了更新的方法，当被通知时调用以更新自己。
• 具体观察者角色：具体观察者角色实现抽象观察者角色中定义的更新方法。通常具体观察者角色使用具体主题角色通知观察者对象状态的变化。

观察者模式的示例

下面我们通过两个示例来演示观察者模式的使用：

示例1：气象站

假设我们要开发一个气象站程序，该程序能够实时显示当前气温、湿度和气压。

需要考虑的问题是如何方便地扩展该程序——比如增加日志模块，将信息记录到文件中；增加短信提醒模块，将信息发送给用户等等。

这时候我们可以使用观察者模式。将气象站作为主题对象，将日志模块和用户模块作为观察者对象进行注册，当气象站数据发生更新时，会通知所有的观察者对象。

具体实现需要定义四个角色：

• 抽象主题角色：气象站主题，定义主题对象应该具有的操作。
• 具体主题角色：气象站，继承抽象主题角色，实现具体的操作方法。
• 抽象观察者角色：观察者，定义观察者对象应该具有的操作。
• 具体观察者角色：日志模块和用户模块，继承抽象观察者角色，实现更新方法。

示例代码如下：

// 抽象主题角色：气象站
interface WeatherStation {
    void addObserver(Observer observer); // 增加观察者
    void removeObserver(Observer observer); // 删除观察者
    void notifyObservers(); // 通知观察者
}

// 具体主题角色：气象站
class ConcreteWeatherStation implements WeatherStation {
    private List<Observer> observers; // 观察者列表
    private float temperature; // 当前温度
    private float humidity; // 当前湿度
    private float pressure; // 当前气压

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

    @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, humidity, pressure);
        }
    }

    public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        notifyObservers();
    }
}

// 抽象观察者角色：观察者
interface Observer {
    void update(float temperature, float humidity, float pressure); // 更新方法
}

// 具体观察者角色：日志模块
class LogModule implements Observer {
    @Override
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        // 将气象数据记录到日志文件中
        System.out.println("Logging: temperature=" + temperature + ", humidity=" + humidity + ", pressure=" + pressure);
    }
}

// 具体观察者角色：用户模块
class UserModule implements Observer {
    @Override
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        // 将气象数据发送给用户
        System.out.println("User: temperature=" + temperature + ", humidity=" + humidity + ", pressure=" + pressure);
    }
}

示例2：游戏角色属性

假设我们正在开发一款RPG游戏，游戏中有多种属性，如生命值、攻击力、防御力等。当游戏中角色的属性发生变化时，游戏内的各种界面需要及时更新这些变化。

这时候我们同样可以使用观察者模式。将游戏角色作为主题对象，将各种属性界面作为观察者对象进行注册，当角色属性发生更新时，会通知所有的观察者对象。

具体实现需要定义四个角色：

• 抽象主题角色：游戏角色，定义主题对象应该具有的操作。
• 具体主题角色：具体游戏角色，继承抽象主题角色，实现具体的操作方法。
• 抽象观察者角色：属性界面，定义观察者对象应该具有的操作。
• 具体观察者角色：生命值界面、攻击力界面和防御力界面，继承抽象观察者角色，实现更新方法。

示例代码如下：

// 抽象主题角色：游戏角色
interface GameCharacter {
    void addObserver(Observer observer); // 增加观察者
    void removeObserver(Observer observer); // 删除观察者
    void notifyObservers(); // 通知观察者
}

// 具体主题角色：具体游戏角色
class ConcreteGameCharacter implements GameCharacter {
    private List<Observer> observers; // 观察者列表
    private int hp; // 当前生命值
    private int attack; // 当前攻击力
    private int defense; // 当前防御力

    public ConcreteGameCharacter() {
        observers = new ArrayList<>();
    }

    @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(hp, attack, defense);
        }
    }

    public void setHp(int hp) {
        this.hp = hp;
        notifyObservers();
    }

    public void setAttack(int attack) {
        this.attack = attack;
        notifyObservers();
    }

    public void setDefense(int defense) {
        this.defense = defense;
        notifyObservers();
    }
}

// 抽象观察者角色：属性界面
interface Observer {
    void update(int hp, int attack, int defense); // 更新方法
}

// 具体观察者角色：生命值界面
class HpPanel implements Observer {
    @Override
    public void update(int hp, int attack, int defense) {
        // 刷新生命值界面
        System.out.println("HpPanel: hp=" + hp);
    }
}

// 具体观察者角色：攻击力界面
class AttackPanel implements Observer {
    @Override
    public void update(int hp, int attack, int defense) {
        // 刷新攻击力界面
        System.out.println("AttackPanel: attack=" + attack);
    }
}

// 具体观察者角色：防御力界面
class DefensePanel implements Observer {
    @Override
    public void update(int hp, int attack, int defense) {
        // 刷新防御力界面
        System.out.println("DefensePanel: defense=" + defense);
    }
}