Java设计模式：观察者模式

在生活实际中，经常会遇到多种对象关注一个对象数据变化的情况。例如，生活中有温度记录仪，当温度发生变化时，需要完成如下功能：记录温度日志，显示温度变化曲线，当温度越界时扬声器发出声音。可能写出以下程序段。

While(温度变化){

　　记录温度日志;

　　显示温度变化曲线;

　　当温度越界时扬声器发出声音;

}

这种方法把所有功能集成字一起，但是当需求发生变化，例如新增新的温度监测功能或者要删除某种功能，程序都得修改，这就是我们不希望看到的结果。观察者设计模式则是解决这类问题的有效办法。

观察者模式设计两种角色：主题和观察者。在上面的例子中，温度无疑就是主题，而记录温度日志，显示温度变化曲线，当温度越界时扬声器发出声音 即是三个观察者。观察者需要时刻“关注”主题的变化而作出不同的工作，就好像程序员都要围绕着开发需求一样编写代码，需求一改，我们需要立马改代码！明白了这两种角色之后，下面来仔细看看这两者之间的关系需要有什么功能。

开发需求是经理定的，对于经理来说，他需要知道有哪几个程序员为它工作，并且它根据需求可以新增或者剔除为它工作的程序员。那由此可以得出下面几个重要结论。

1）主题要知道有哪些观察者对其进行监测，所以主题类里面需要有集合类成员集合。

2）既然包含观察者对象集合，那么观察者必须是多态的，这就要求有共同的接口。

3）主题应该有的功能：添加观察者，撤销观察者，并向观察者发送消息，特别是“推数据”（下文会讨论）的模式。这三个功能固定，主题类可以从固定接口派生。

根据以上编写观察者设计模式，需要完成以下功能类。

1.主题ISubject接口定义

2.主题类编写

3.观察者接口IObserve定义

4.观察者类实现

UML图如下

关键代码如下

1）观察者接口IObserver

public interface IObserver {
    //观察者接口
    public void refresh(String data);
}

2）主题接口ISubject

public interface ISubject{
    public void register(IObserver obs);            //注册观察者
    public void unregister(IObserver obs);          //撤销观察者
    public void notifyObservers();                  //通知所有观察者
}

3）主题实现类Subject

public class Subject implements ISubject {
    private Vector<IObserver> vec = new Vector<IObserver>();
    private String data;
    public String getData(){
        return data;
    }
    public void setData(String data){
        this.data = data;
    }
    public void register(IObserver obs){            //主题添加观察者
        vec.add(obs);
    }
    public void unregister(IObserver obs){          //主题撤销观察者
        vec.remove(obs);
    }
    public void notifyObservers(){                  //主题通知所有观察者进行数据响应
        for(int i=0;i<vec.size();i++){
            IObserver obs = vec.get(i);
            obs.refresh(data);
        }
    }
}

4）具体观察者Observer

public class Observer implements IObserver {
    public void refresh(String data){
        System.out.println("I have received the data:" + data);
    }
}

5）测试类Test

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有了基本的了解之后，下面再深入地剖析一下观察者模式ba

1.推数据与拉数据

推数据，简单理解就是当主题的数据变动时主动发送数据给观察者，提醒观察者数据有所变动。而拉数据，顾名思义也就是观察者主动索取主题的数据，并不由主题主动发送。那上面我们的代码样例，你说是推数据还是拉数据？当然是推数据（这应该不难看出来）。

在拉数据模式中，观察者子类对象必须能获取主题Subject对象，代码示例如下。

IObserver

public interface IObserver{
    //观察者接口
    public void refresh(ISubject obj);          //采用“拉”数据方式
}

ISubject 同上这里就不再重复列出

Subject

public class Subject implements ISubject {
    private Vector<IObserver> vec = new Vector<IObserver>();
    private String data;
    public String getData(){
        return data;
    }
    public void setData(String data){
        this.data = data;
    }
    public void register(IObserver obs){            //主题添加观察者
        vec.add(obs);
    }
    public void unregister(IObserver obs){          //主题撤销观察者
        vec.remove(obs);
    }
    public void notifyObservers(){                  //主题通知所有观察者进行数据响应
        for(int i=0;i<vec.size();i++){
            IObserver obs = vec.get(i);
            obs.refresh(this);                             //这里有所不同
        }
    }
}
    

Observer

public class Observer implements IObserver {
    public void refresh(ISubject obj){
        Subject subject = (Subject)obj;
        System.out.println("I have received the data:" + subject.getData();
    }
}

UML如下

 

2.增加抽象类层AbstractSubject

在前面我们已经分析了主题应该有的功能，而大部分主题都有类似的功能，因为是比较通用的方法。那么每个主题类的代码就显得重复了，所以用一个中间层来解决代码重复问题是一个比较好的方法。

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3.泛型的设计

上面的代码中，有一个欠缺的问题就是，主题的数据data并不一定是String类型，于是我们想到应该把接口代码改为泛型。不仅仅主题ISubject需要更改，当然IObserver也要改为泛型接口。这里就不演示代码了。

4.JDK中的观察者设计模式

JDK的java.util包提供了系统的主题类Observable类以及观察者Observer，其（部分）UML类图如下

很明显，Observer类相当于上面的IObserver观察者接口类，其中的update方法中第一个参数是Observable类型，表明采用“拉”数据方式；Observable相当于上面的主题类Subject。需要主要的是hasChange()方法主要是设置或获得changed成员变量的值或者状态，changed为true时表明主题中心的数据发生了变化。

下面我们利用JDK中的Observer，Observable完成观察者模式

Subject类

public class Subject extends java.util.Observable {
    String data;
    public String getData(){
        return data;
    }
    public void setData(String data){
        this.data = data;               //更新数据
        setChanged();                   //置更新数据标志
        notifyObservers(null);          //通知各个具体观察者
    }
}

OneObserver

public class OneObserver implements java.util.Observer {
    public void update(Observable arg0,Object arg1){
        Subject subject = (Subject)arg0;
        System.out.println("The data is :" + subject.getData());
    }
}

简单测试

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最后，当然是给一个应用场景（机房温度监测仿真功能）

监测一个机房的温度数据。要求 1.定间距采集温度数值 2.记录采集温度数值 3.标识异常温度数据 4.当温度连续超过比较值n次，发送报警信息

分析：监测功能是以温度为中心的，因此观察者模式实现程序架构比较方便。

总体思想如下：温度作为主体类，两个观察者，一个负责记录数据，另一个观察者负责处理异常。将时间采样间距数据，温度异常值等记录在xml配置文件中，报警信息的发送邮件处理。

mysql的数据表设计 normal表记录所有温度记录，abnormal表记录异常温度记录。这样的好处是abnormal表的记录远比normal表的记录少得多，将来查询异常记录信息会非常快。数据的产生器采用反射技术。具体代码如下

mysql表的简单设计

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mysql封装处理类

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info.xml

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条件类factor

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主题类Subject

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数据记录观察者类DataObserver

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异常数据观察者类AbnormalObserver

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仿真数据生成器类均从ISimuData自定义接口派生。

ISimuData接口

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DataRandom 继承ISimuData接口，生成数据的方法多种多样，这里读取record.txt文件的数据

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Test测试类

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