8-设计模式之行为型模式二（状态模式、观察者模式、中介者模式）

设计模式之行为型模式二（状态模式、观察者模式、中介者模式）

6.5 状态模式
- 6.5.1 概述
- 6.5.2 结构
- 6.5.3 案例实现
- 6.5.4 优缺点
- 6.5.5 使用场景
6.6 观察者模式
- 6.6.1 概述
- 6.6.2 结构
- 6.6.3 案例实现
- 6.6.4 优缺点
- 6.6.5 使用场景
- 6.6.6 JDK中提供的实现
6.7 中介者模式
- 6.7.1 概述
- 6.7.2 结构
- 6.7.3 案例实现
- 6.7.4 优缺点
- 6.7.5 使用场景

6.5 状态模式

6.5.1 概述

【例】通过按钮来控制一个电梯的状态，一个电梯有开门状态，关门状态，停止状态，运行状态。每一种状态改变，都有可能要根据其他状态来更新处理。例如，如果电梯门现在处于运行时状态，就不能进行开门操作，而如果电梯门是停止状态，就可以执行开门操作。

类图如下：

代码如下：

public interface ILift {//电梯的4个状态//开门状态public final static int OPENING_STATE = 1;//关门状态public final static int CLOSING_STATE = 2;//运行状态public final static int RUNNING_STATE = 3;//停止状态public final static int STOPPING_STATE = 4;//设置电梯的状态public void setState(int state);//电梯的动作public void open();public void close();public void run();public void stop();
}// 子实现类
public class Lift implements ILift {//声明一个记录当前电梯的状态private int state;@Overridepublic void setState(int state) {this.state = state;}//执行开门动作@Overridepublic void open() {switch (this.state) {case OPENING_STATE://门已经开了，不能再开门了//do nothingbreak;case CLOSING_STATE://关门状态，门打开:System.out.println("电梯门打开了。。。");this.setState(OPENING_STATE);break;case RUNNING_STATE://do nothing 运行时电梯不能开门break;case STOPPING_STATE:System.out.println("电梯门开了。。。");//电梯停了，可以开门了this.setState(OPENING_STATE);break;}}//执行关门动作@Overridepublic void close() {switch (this.state) {case OPENING_STATE:System.out.println("电梯关门了。。。");//只有开门状态可以关闭电梯门，可以对应电梯状态表来看this.setState(CLOSING_STATE);//关门之后电梯就是关闭状态了break;case CLOSING_STATE://do nothing //已经是关门状态，不能关门break;case RUNNING_STATE://do nothing //运行时电梯门是关着的，不能关门break;case STOPPING_STATE://do nothing //停止时电梯也是关着的，不能关门break;}}//执行运行动作@Overridepublic void run() {switch (this.state) {case OPENING_STATE://电梯不能开着门就走//do nothingbreak;case CLOSING_STATE://门关了，可以运行了System.out.println("电梯开始运行了。。。");this.setState(RUNNING_STATE);//现在是运行状态break;case RUNNING_STATE://do nothing 已经是运行状态了break;case STOPPING_STATE:System.out.println("电梯开始运行了。。。");this.setState(RUNNING_STATE);break;}}//执行停止动作@Overridepublic void stop() {switch (this.state) {case OPENING_STATE: //开门的电梯已经是是停止的了(正常情况下)//do nothingbreak;case CLOSING_STATE://关门时才可以停止System.out.println("电梯停止了。。。");this.setState(STOPPING_STATE);break;case RUNNING_STATE://运行时当然可以停止了System.out.println("电梯停止了。。。");this.setState(STOPPING_STATE);break;case STOPPING_STATE://do nothingbreak;}}
}public class Client {public static void main(String[] args) {//创建电梯对象Lift lift = new Lift();//设置当前电梯的状态lift.setState(ILift.STOPPING_STATE);//电梯是停止的lift.open();//开门lift.close();//关门lift.run();//运行lift.stop();//停止}
}

【问题分析：】

使用了大量的switch…case这样的判断（if…else也是一样)，使程序的可阅读性变差。
扩展性很差。如果新加了断电的状态，我们需要修改上面判断逻辑

定义：

对有状态的对象，把复杂的“判断逻辑”提取到不同的状态对象中，允许状态对象在其内部状态发生改变时改变其行为。

6.5.2 结构

状态模式包含以下主要角色。

环境（Context）角色：也称为上下文，它定义了客户程序需要的接口，维护一个当前状态，并将与状态相关的操作委托给当前状态对象来处理。
抽象状态（State）角色：定义一个接口，用以封装环境对象中的特定状态所对应的行为。
具体状态（Concrete State）角色：实现抽象状态所对应的行为。

6.5.3 案例实现

对上述电梯的案例使用状态模式进行改进。类图如下：

代码如下：

//抽象状态类
public abstract class LiftState {//定义一个环境角色，也就是封装状态的变化引起的功能变化protected Context context;public void setContext(Context context) {this.context = context;}//电梯开门动作public abstract void open();//电梯关门动作public abstract void close();//电梯运行动作public abstract void run();//电梯停止动作public abstract void stop();
}//开启状态类
public class OpenningState extends LiftState {//开启当然可以关闭了，我就想测试一下电梯门开关功能@Overridepublic void open() {System.out.println("电梯门开启...");}@Overridepublic void close() {//状态修改super.context.setLiftState(Context.closeingState);//动作委托为CloseState来执行，也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作super.context.getLiftState().close();}//电梯门不能开着就跑，这里什么也不做@Overridepublic void run() {//do nothing}//开门状态已经是停止的了@Overridepublic void stop() {//do nothing}
}//运行状态类
public class RunningState extends LiftState {//运行的时候开电梯门？你疯了！电梯不会给你开的@Overridepublic void open() {//do nothing}//电梯门关闭？这是肯定了@Overridepublic void close() {//虽然可以关门，但这个动作不归我执行//do nothing}//这是在运行状态下要实现的方法@Overridepublic void run() {System.out.println("电梯正在运行...");}//这个事绝对是合理的，光运行不停止还有谁敢做这个电梯？！估计只有上帝了@Overridepublic void stop() {super.context.setLiftState(Context.stoppingState);super.context.stop();}
}//停止状态类
public class StoppingState extends LiftState {//停止状态，开门，那是要的！@Overridepublic void open() {//状态修改super.context.setLiftState(Context.openningState);//动作委托为CloseState来执行，也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作super.context.getLiftState().open();}@Overridepublic void close() {//虽然可以关门，但这个动作不归我执行//状态修改super.context.setLiftState(Context.closeingState);//动作委托为CloseState来执行，也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作super.context.getLiftState().close();}//停止状态再跑起来，正常的很@Overridepublic void run() {//状态修改super.context.setLiftState(Context.runningState);//动作委托为CloseState来执行，也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作super.context.getLiftState().run();}//停止状态是怎么发生的呢？当然是停止方法执行了@Overridepublic void stop() {System.out.println("电梯停止了...");}
}//关闭状态类
public class ClosingState extends LiftState {@Override//电梯门关闭，这是关闭状态要实现的动作public void close() {System.out.println("电梯门关闭...");}//电梯门关了再打开，逗你玩呢，那这个允许呀@Overridepublic void open() {super.context.setLiftState(Context.openningState);super.context.open();}//电梯门关了就跑，这是再正常不过了@Overridepublic void run() {super.context.setLiftState(Context.runningState);super.context.run();}//电梯门关着，我就不按楼层@Overridepublic void stop() {super.context.setLiftState(Context.stoppingState);super.context.stop();}
}//环境角色
public class Context {//定义出所有的电梯状态public final static OpenningState openningState = new OpenningState();//开门状态，这时候电梯只能关闭public final static ClosingState closeingState = new ClosingState();//关闭状态，这时候电梯可以运行、停止和开门public final static RunningState runningState = new RunningState();//运行状态，这时候电梯只能停止public final static StoppingState stoppingState = new StoppingState();//停止状态，这时候电梯可以开门、运行//定义一个当前电梯状态private LiftState liftState;public LiftState getLiftState() {return this.liftState;}public void setLiftState(LiftState liftState) {//当前环境改变this.liftState = liftState;//把当前的环境通知到各个实现类中this.liftState.setContext(this);}public void open() {this.liftState.open();}public void close() {this.liftState.close();}public void run() {this.liftState.run();}public void stop() {this.liftState.stop();}
}//测试类
public class Client {public static void main(String[] args) {//创建环境角色对象Context context = new Context();//设置当前电梯装填context.setLiftState(new ClosingState());context.open();context.close();context.run();context.stop();}
}

6.5.4 优缺点

1，优点：

将所有与某个状态有关的行为放到一个类中，并且可以方便地增加新的状态，只需要改变对象状态即可改变对象的行为。
允许状态转换逻辑与状态对象合成一体，而不是某一个巨大的条件语句块。

2，缺点：

状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数。
状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当将导致程序结构和代码的混乱。
状态模式对"开闭原则"的支持并不太好。

6.5.5 使用场景

当一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时根据状态改变它的行为时，就可以考虑使用状态模式。
一个操作中含有庞大的分支结构，并且这些分支决定于对象的状态时。

6.6 观察者模式

6.6.1 概述

定义：

又被称为发布-订阅（Publish/Subscribe）模式，它定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象。这个主题对象在状态变化时，会通知所有的观察者对象，使他们能够自动更新自己。

6.6.2 结构

在观察者模式中有如下角色：

Subject：抽象主题（抽象被观察者），抽象主题角色把所有观察者对象保存在一个集合里，每个主题都可以有任意数量的观察者，抽象主题提供一个接口，可以增加和删除观察者对象。
ConcreteSubject：具体主题（具体被观察者），该角色将有关状态存入具体观察者对象，在具体主题的内部状态发生改变时，给所有注册过的观察者发送通知。
Observer：抽象观察者，是观察者的抽象类，它定义了一个更新接口，使得在得到主题更改通知时更新自己。
ConcrereObserver：具体观察者，实现抽象观察者定义的更新接口，以便在得到主题更改通知时更新自身的状态。

6.6.3 案例实现

【例】微信公众号

在使用微信公众号时，大家都会有这样的体验，当你关注的公众号中有新内容更新的话，它就会推送给关注公众号的微信用户端。我们使用观察者模式来模拟这样的场景，微信用户就是观察者，微信公众号是被观察者，有多个的微信用户关注了程序猿这个公众号。

类图如下：

代码如下：

定义抽象观察者类，里面定义一个更新的方法

public interface Observer {void update(String message);
}

定义具体观察者类，微信用户是观察者，里面实现了更新的方法

public class WeixinUser implements Observer {// 微信用户名private String name;public WeixinUser(String name) {this.name = name;}@Overridepublic void update(String message) {System.out.println(name + "-" + message);}
}

定义抽象主题类，提供了attach、detach、notify三个方法

public interface Subject {//增加订阅者public void attach(Observer observer);//删除订阅者public void detach(Observer observer);//通知订阅者更新消息public void notify(String message);
}

微信公众号是具体主题（具体被观察者），里面存储了订阅该公众号的微信用户，并实现了抽象主题中的方法

public class SubscriptionSubject implements Subject {//储存订阅公众号的微信用户[定义一个集合，用来存储多个观察者对象]private List<Observer> weixinUserlist = new ArrayList<Observer>();@Overridepublic void attach(Observer observer) {weixinUserlist.add(observer);}@Overridepublic void detach(Observer observer) {weixinUserlist.remove(observer);}@Overridepublic void notify(String message) {// 遍历集合for (Observer observer : weixinUserlist) {//调用观察者对象中的update方法observer.update(message);}}
}

客户端程序

public class Client {public static void main(String[] args) {// 创建公众号对象SubscriptionSubject mSubscriptionSubject=new SubscriptionSubject();//创建微信用户WeixinUser user1=new WeixinUser("孙悟空");WeixinUser user2=new WeixinUser("猪悟能");WeixinUser user3=new WeixinUser("沙悟净");//订阅公众号mSubscriptionSubject.attach(user1);mSubscriptionSubject.attach(user2);mSubscriptionSubject.attach(user3);//公众号更新发出消息给订阅的微信用户mSubscriptionSubject.notify("传智黑马的专栏更新了");}
}

6.6.4 优缺点

1，优点：

降低了目标与观察者之间的耦合关系，两者之间是抽象耦合关系。
被观察者发送通知，所有注册的观察者都会收到信息【可以实现广播机制】

2，缺点：

如果观察者非常多的话，那么所有的观察者收到被观察者发送的通知会耗时
如果被观察者有循环依赖的话，那么被观察者发送通知会使观察者循环调用，会导致系统崩溃

6.6.5 使用场景

对象间存在一对多关系，一个对象的状态发生改变会影响其他对象。
当一个抽象模型有两个方面，其中一个方面依赖于另一方面时。

6.6.6 JDK中提供的实现

在 Java 中，通过 java.util.Observable 类【担任抽象主题角色类】和 java.util.Observer 接口【担任抽象观察者角色】定义了观察者模式，只要实现它们的子类就可以编写观察者模式实例。

1，Observable类

Observable 类是抽象目标类（被观察者），它有一个 Vector 集合成员变量，用于保存所有要通知的观察者对象，下面来介绍它最重要的 3 个方法。

void addObserver(Observer o) 方法：用于将新的观察者对象添加到集合中。
void notifyObservers(Object arg) 方法：调用集合中的所有观察者对象的 update方法，通知它们数据发生改变。通常越晚加入集合的观察者越先得到通知。
void setChange() 方法：用来设置一个 boolean 类型的内部标志，注明目标对象发生了变化。当它为true时，notifyObservers() 才会通知观察者。

2，Observer 接口

Observer 接口是抽象观察者，它监视目标对象的变化，当目标对象发生变化时，观察者得到通知，并调用 update 方法，进行相应的工作。

【例】警察抓小偷

警察抓小偷也可以使用观察者模式来实现，警察是观察者，小偷是被观察者。代码如下：

小偷是一个被观察者，所以需要继承Observable类

public class Thief extends Observable {private String name;public Thief(String name) {this.name = name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public String getName() {return name;}public void steal() {System.out.println("小偷：我偷东西了，有没有人来抓我！！！");super.setChanged(); //changed  = truesuper.notifyObservers();}
}

警察是一个观察者，所以需要让其实现Observer接口

public class Policemen implements Observer {private String name;public Policemen(String name) {this.name = name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public String getName() {return name;}@Overridepublic void update(Observable o, Object arg) {System.out.println("警察：" + ((Thief) o).getName() + "，我已经盯你很久了，你可以保持沉默，但你所说的将成为呈堂证供！！！");}
}

客户端代码

public class Client {public static void main(String[] args) {//创建小偷对象Thief t = new Thief("隔壁老王");//创建警察对象Policemen p = new Policemen("小李");//让警察盯着小偷t.addObserver(p);//小偷偷东西t.steal();}
}

6.7 中介者模式

6.7.1 概述

一般来说，同事类之间的关系是比较复杂的，**多个同事类之间互相关联时，他们之间的关系会呈现为复杂的网状结构，这是一种过度耦合的架构，既不利于类的复用，也不稳定。**例如在下左图中，有六个同事类对象，假如对象1发生变化，那么将会有4个对象受到影响。如果对象2发生变化，那么将会有5个对象受到影响。也就是说，同事类之间直接关联的设计是不好的。

如果**引入中介者模式，那么同事类之间的关系将变为星型结构，从下右图中可以看到，任何一个类的变动，只会影响的类本身，以及中介者，这样就减小了系统的耦合。**一个好的设计，必定不会把所有的对象关系处理逻辑封装在本类中，而是使用一个专门的类来管理那些不属于自己的行为。

定义：

又叫调停模式，定义一个中介角色来封装一系列对象之间的交互，使原有对象之间的耦合松散，且可以独立地改变它们之间的交互。

6.7.2 结构

中介者模式包含以下主要角色：

抽象中介者（Mediator）角色：它是中介者的接口，提供了同事对象注册与转发同事对象信息的抽象方法。
具体中介者（ConcreteMediator）角色：实现中介者接口，定义一个 List 来管理同事对象，协调各个同事角色之间的交互关系，因此它依赖于同事角色。
抽象同事类（Colleague）角色：定义同事类的接口，保存中介者对象，提供同事对象交互的抽象方法，实现所有相互影响的同事类的公共功能。
具体同事类（Concrete Colleague）角色：是抽象同事类的实现者，当需要与其他同事对象交互时，由中介者对象负责后续的交互。

6.7.3 案例实现

【例】租房

现在租房基本都是通过房屋中介，房主将房屋托管给房屋中介，而租房者从房屋中介获取房屋信息。房屋中介充当租房者与房屋所有者之间的中介者。

类图如下：

代码如下：

//抽象中介者
public abstract class Mediator {//申明一个联络方法public abstract void constact(String message,Person person);
}//抽象同事类
public abstract class Person {protected String name;protected Mediator mediator;public Person(String name,Mediator mediator){this.name = name;this.mediator = mediator;}
}//具体同事类 房屋拥有者
public class HouseOwner extends Person {public HouseOwner(String name, Mediator mediator) {super(name, mediator);}//与中介者联系public void constact(String message){mediator.constact(message, this);}//获取信息public void getMessage(String message){System.out.println("房主" + name +"获取到的信息：" + message);}
}//具体同事类 承租人【Tenant 房客，租户】
public class Tenant extends Person {public Tenant(String name, Mediator mediator) {super(name, mediator);}//与中介者联系public void constact(String message){mediator.constact(message, this);}//获取信息public void getMessage(String message){System.out.println("租房者" + name +"获取到的信息：" + message);}
}//中介机构
public class MediatorStructure extends Mediator {//首先中介结构必须知道所有房主和租房者的信息【聚合房主和租房者对象】private HouseOwner houseOwner;private Tenant tenant;public HouseOwner getHouseOwner() {return houseOwner;}public void setHouseOwner(HouseOwner houseOwner) {this.houseOwner = houseOwner;}public Tenant getTenant() {return tenant;}public void setTenant(Tenant tenant) {this.tenant = tenant;}public void constact(String message, Person person) {if (person == houseOwner) {          //如果是房主，则租房者获得信息tenant.getMessage(message);} else {       //反正则是房主获得信息houseOwner.getMessage(message);}}
}//测试类
public class Client {public static void main(String[] args) {//一个房主、一个租房者、一个中介机构MediatorStructure mediator = new MediatorStructure();//房主和租房者只需要知道有中介机构即可HouseOwner houseOwner = new HouseOwner("张三", mediator);Tenant tenant = new Tenant("李四", mediator);//中介结构要知道房主和租房者mediator.setHouseOwner(houseOwner);mediator.setTenant(tenant);tenant.constact("需要租三室的房子");houseOwner.constact("我这有三室的房子，你需要租吗？");}
}

6.7.4 优缺点

1，优点：

松散耦合

中介者模式通过把多个同事对象之间的交互封装到中介者对象里面，从而使得同事对象之间松散耦合，基本上可以做到互补依赖。这样一来，同事对象就可以独立地变化和复用，而不再像以前那样“牵一处而动全身”了。
集中控制交互

多个同事对象的交互，被封装在中介者对象里面集中管理，使得这些交互行为发生变化的时候，只需要修改中介者对象就可以了，当然如果是已经做好的系统，那么就扩展中介者对象，而各个同事类不需要做修改。
一对多关联转变为一对一的关联

没有使用中介者模式的时候，同事对象之间的关系通常是一对多的，引入中介者对象以后，中介者对象和同事对象的关系通常变成双向的一对一，这会让对象的关系更容易理解和实现。

2，缺点：

当同事类太多时，中介者的职责将很大，它会变得复杂而庞大，以至于系统难以维护。

6.7.5 使用场景

系统中对象之间存在复杂的引用关系，系统结构混乱且难以理解。
当想创建一个运行于多个类之间的对象，又不想生成新的子类时。