定义

观察者模式(observer pattern)定义了对象之间的一对多依赖，这样一来，当一个对象改变状态时，它的所有依赖者都会接收到通知并自动更新。

类图

代码实现

下面以气象站为例子，说明观察者模式的实现。先给出类图如下。

定义主题接口，所有具体的主题都要实现这个接口。

public interface Subject {// 注册/注销观察者public void registerObserver(Observer o);public void removeObserver(Observer o);// 当主题内容改变时，通知观察者public void notifyObservers();
}

定义观察者接口。

public interface Observer {public void update(float temp, float humidity, float pressure);
}

气象站作为具体的主题，实现Subject接口。

import java.util.*;public class WeatherData implements Subject {private ArrayList observers;private float temperature;private float humidity;private float pressure;public WeatherData() {observers = new ArrayList();}public void registerObserver(Observer o) {observers.add(o);}public void removeObserver(Observer o) {int i = observers.indexOf(o);if (i >= 0) {observers.remove(i);}}public void notifyObservers() {for (int i = 0; i < observers.size(); i++) {Observer observer = (Observer)observers.get(i);observer.update(temperature, humidity, pressure);}}public void measurementsChanged() {notifyObservers();}public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {this.temperature = temperature;this.humidity = humidity;this.pressure = pressure;measurementsChanged();}// other WeatherData methods herepublic float getTemperature() {return temperature;}public float getHumidity() {return humidity;}public float getPressure() {return pressure;}
}

定义前端显示接口，前端显示是可能发生变化或者扩展的部分，应该独立封装。

public interface DisplayElement {public void display();
}

具体的观察者实现Observer接口。当气象站的数据改变时，主题会通知所有观察者，update()方法被调用，数据更新后显示在前端。

观察者1：显示当前的观测

public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {private float temperature;private float humidity;// 主题接口对象，订阅/取消订阅天气数据private Subject weatherData;public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData) {this.weatherData = weatherData;weatherData.registerObserver(this);}public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {this.temperature = temperature;this.humidity = humidity;display();}public void display() {System.out.println("Current conditions: " + temperature + "F degrees and " + humidity + "% humidity");}
}

观察者2：显示天气预报

import java.util.*;public class ForecastDisplay implements Observer, DisplayElement {private float currentPressure = 29.92f;  private float lastPressure;private WeatherData weatherData;public ForecastDisplay(WeatherData weatherData) {this.weatherData = weatherData;weatherData.registerObserver(this);}public void update(float temp, float humidity, float pressure) {lastPressure = currentPressure;currentPressure = pressure;display();}public void display() {System.out.print("Forecast: ");if (currentPressure > lastPressure) {System.out.println("Improving weather on the way!");} else if (currentPressure == lastPressure) {System.out.println("More of the same");} else if (currentPressure < lastPressure) {System.out.println("Watch out for cooler, rainy weather");}}
}

观察者3：显示酷热指数

public class HeatIndexDisplay implements Observer, DisplayElement {float heatIndex = 0.0f;private WeatherData weatherData;public HeatIndexDisplay(WeatherData weatherData) {this.weatherData = weatherData;weatherData.registerObserver(this);}public void update(float t, float rh, float pressure) {heatIndex = computeHeatIndex(t, rh);display();}// 计算酷热指数，来自气象学的公式private float computeHeatIndex(float t, float rh) {float index = (float)((16.923 + (0.185212 * t) + (5.37941 * rh) - (0.100254 * t * rh) + (0.00941695 * (t * t)) + (0.00728898 * (rh * rh)) + (0.000345372 * (t * t * rh)) - (0.000814971 * (t * rh * rh)) +(0.0000102102 * (t * t * rh * rh)) - (0.000038646 * (t * t * t)) + (0.0000291583 * (rh * rh * rh)) + (0.00000142721 * (t * t * t * rh)) + (0.000000197483 * (t * rh * rh * rh)) - (0.0000000218429 * (t * t * t * rh * rh)) +0.000000000843296 * (t * t * rh * rh * rh)) -(0.0000000000481975 * (t * t * t * rh * rh * rh)));return index;}public void display() {System.out.println("Heat index is " + heatIndex);}
}

观察者4：显示温度的平均值，最大值，最小值

import java.util.*;public class StatisticsDisplay implements Observer, DisplayElement {private float maxTemp = 0.0f;private float minTemp = 200;private float tempSum= 0.0f;private int numReadings;private WeatherData weatherData;public StatisticsDisplay(WeatherData weatherData) {this.weatherData = weatherData;weatherData.registerObserver(this);}public void update(float temp, float humidity, float pressure) {tempSum += temp;numReadings++;if (temp > maxTemp) {maxTemp = temp;}if (temp < minTemp) {minTemp = temp;}display();}public void display() {System.out.println("Avg/Max/Min temperature = " + (tempSum / numReadings)+ "/" + maxTemp + "/" + minTemp);}
}

测试启动代码

import java.util.*;public class WeatherStation {public static void main(String[] args) {// new 天气主题对象WeatherData weatherData = new WeatherData();// new 观察者对象，并注册到主题对象CurrentConditionsDisplay currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);StatisticsDisplay statisticsDisplay = new StatisticsDisplay(weatherData);ForecastDisplay forecastDisplay = new ForecastDisplay(weatherData);// 更新主题数据，并通知所有观察者对象weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);weatherData.setMeasurements(82, 70, 29.2f);weatherData.setMeasurements(78, 90, 29.2f);}
}

熟悉Java API的朋友可能注意到，Java API有内置的观察者模式，java.util.Observable和java.util.Observer。这两个和我们上面介绍的Subject/Observer接口很类似。我们先给出以Observable/Observer实现的新的气象站设计后，然后对比双方的优缺点。

可观察者实现。

import java.util.Observable;
import java.util.Observer;public class WeatherData extends Observable {private float temperature;private float humidity;private float pressure;public WeatherData() { }public void measurementsChanged() {setChanged();notifyObservers();}public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {this.temperature = temperature;this.humidity = humidity;this.pressure = pressure;measurementsChanged();}public float getTemperature() {return temperature;}public float getHumidity() {return humidity;}public float getPressure() {return pressure;}
}

观察者1：显示当前的观测

import java.util.Observable;
import java.util.Observer;public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {Observable observable;private float temperature;private float humidity;public CurrentConditionsDisplay(Observable observable) {this.observable = observable;observable.addObserver(this);}public void update(Observable obs, Object arg) {if (obs instanceof WeatherData) {WeatherData weatherData = (WeatherData)obs;this.temperature = weatherData.getTemperature();this.humidity = weatherData.getHumidity();display();}}public void display() {System.out.println("Current conditions: " + temperature + "F degrees and " + humidity + "% humidity");}
}

观察者2：显示天气预报

import java.util.Observable;
import java.util.Observer;public class ForecastDisplay implements Observer, DisplayElement {private float currentPressure = 29.92f;  private float lastPressure;public ForecastDisplay(Observable observable) {observable.addObserver(this);}public void update(Observable observable, Object arg) {if (observable instanceof WeatherData) {WeatherData weatherData = (WeatherData)observable;lastPressure = currentPressure;currentPressure = weatherData.getPressure();display();}}public void display() {System.out.print("Forecast: ");if (currentPressure > lastPressure) {System.out.println("Improving weather on the way!");} else if (currentPressure == lastPressure) {System.out.println("More of the same");} else if (currentPressure < lastPressure) {System.out.println("Watch out for cooler, rainy weather");}}
}

测试启动代码

public class WeatherStation {public static void main(String[] args) {WeatherData weatherData = new WeatherData();CurrentConditionsDisplay currentConditions = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);StatisticsDisplay statisticsDisplay = new StatisticsDisplay(weatherData);ForecastDisplay forecastDisplay = new ForecastDisplay(weatherData);weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);weatherData.setMeasurements(82, 70, 29.2f);weatherData.setMeasurements(78, 90, 29.2f);}
}

两种观察者模式的对比：

Observable是类，Subject是接口

Observable是类的优点是子类的代码会更加简洁，子类中无需实现addObserver()/deleteObserver()/notifyObservers()等方法，因为父类已经实现了。

缺点是因为Observable是类，所以要设计一个类来继承它。如果某类想同时具有Observable和另一个超类的行为，就会陷入两难，毕竟java不支持多重继承。这限制了Observable的复用潜力。

另外，Observable中的setChanged()方法被设置为protected,这意味着，除非你继承自Observable，否则你无法创建Observable实例并组合到你自己的对象中来(因为组合后的Observable实例无法访问setChanged()方法)。这个违反了OO原则3(多用组合，少用继承)。
Observable有增加setChanged()方法，这样可以让你在更新观察者时，更具有弹性。比如在这个案例中，你可以选择在温度变化超过多少度时，才通知观察者，这样可以避免因为非常微小的温度变化而导致的频繁通知观察者。
Observable提供了notifyObservers()和notifyObservers(Object arg)两个方法通知观察者。

如果你想push数据给观察者，你可以把数据对象传递给notifyObservers(Object arg)方法，观察者实现的update(Observable obs, Object arg)方法被调用时，数据对象会通过arg参数传递给update方法。

当调用notifyObservers()方法时，arg参数为空，这时需要观察者通过obs对象pull数据，本案例weatherData.getPressure就是pull数据的例子。

该模式体现了哪些OO原则

原则2: 针对接口编程

具体主题WeatherData的notifyObservers()方法中下面代码片段就是针对接口编程，

Observer observer = (Observer)observers.get(i);
observer.update(temperature, humidity, pressure);

以及具体观察者中，下面代码片段：

weatherData.registerObserver(this);

public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {...display();
}

原则4:为了交互对象之间的松耦合设计而努力

主题和观察者之间的依赖降到了最低，主题只要知道观察者实现了Observer接口，观察者只要向主题订阅/取消订阅即可。对于主题而言，观察者数量的增加或者减少，主题不需要任何改变。同样，主题内部实现方式的变化，对于观察者而言没有任何影响。

本章总结

主题(也就是可观察者)用一个共同的接口来更新观察者。
观察者和可观察者之间用松耦合方式结合，可观察者不需要知道观察者的细节，只需要知道它实现了观察者接口即可。
观察者可以从可观察者处push/pull数据，push的方式被认为是更好的。因为这样可观察者对象不要提供getXX() API,耦合性会更低。
push/pull数据时，主动方都是可观察者。观察者只有在被通知(update(Observable obs, Object arg)被调用)时，才去push/pull数据。在没有被通知时，不应该去pull数据，虽然这样也可以pull到数据。
有多个观察者时，不可以依赖特定的通知次序。
要注意java.util.Observable实现上带来的一些问题。
Java API包括多种观察者模式的实现，包括了通用的java.util.Observable。
观察者被用在许多地方，如JavaBeans,RMI,Swing。许多GUI框架都大量使用了该模式。

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定义

类图

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该模式体现了哪些OO原则

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