观察者模式

简介

定义对象间的一对多依赖关系，当一个对象状态改变时，所有依赖它的对象都会收到通知。

使用场景:

• 事件监听系统

• MVC架构（Model通知View）

• 发布-订阅系统

• 响应式编程（RxJava）

实现要点:

• 主题维护观察者列表

• 观察者实现更新接口

• 松耦合设计

UML

代码示例

1. 观察者接口

public interface Observer {
    
    /**
     * 更新方法 - 当主题状态改变时被调用
     * @param temperature 温度
     * @param humidity 湿度
     * @param pressure 气压
     */
    void update(float temperature, float humidity, float pressure);
}

1. 显示元素接口

public interface DisplayElement {
    
    /**
     * 显示信息
     */
    void display();
}

1. 具体观察者

/**
 * @author dcx
 * @description 当前状况显示板 - 具体观察者
 * @create 2025-01-27
 */
public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {
    
    private float temperature;
    private float humidity;
    private Subject weatherData;
    
    public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registerObserver(this);
    }
    
    @Override
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        display();
    }
    
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("📊 当前状况显示板:");
        System.out.println("   温度: " + temperature + "°C");
        System.out.println("   湿度: " + humidity + "%");
    }
}
/**
 * @author dcx
 * @description 天气预报显示板 - 具体观察者
 * @create 2025-01-27
 */
public class ForecastDisplay implements Observer, DisplayElement {
    
    private float currentPressure = 1013.0f;
    private float lastPressure;
    private Subject weatherData;
    
    public ForecastDisplay(Subject weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registerObserver(this);
    }
    
    @Override
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        lastPressure = currentPressure;
        currentPressure = pressure;
        display();
    }
    
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("🌤️ 天气预报:");
        System.out.print("   ");
        if (currentPressure > lastPressure) {
            System.out.println("天气正在改善！");
        } else if (currentPressure == lastPressure) {
            System.out.println("天气保持稳定");
        } else {
            System.out.println("注意降温降雨");
        }
    }
}
/**
 * @author dcx
 * @description 体感温度显示板 - 具体观察者
 * @create 2025-01-27
 */
public class HeatIndexDisplay implements Observer, DisplayElement {
    
    private float heatIndex = 0.0f;
    private Subject weatherData;
    
    public HeatIndexDisplay(Subject weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registerObserver(this);
    }
    
    @Override
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        heatIndex = computeHeatIndex(temperature, humidity);
        display();
    }
    
    /**
     * 计算体感温度
     */
    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))
                + (0.000345172 * (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;
    }
    
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("🌡️ 体感温度显示板:");
        System.out.println("   体感温度: " + String.format("%.2f", heatIndex) + "°C");
    }
}
/**
 * @author dcx
 * @description 统计显示板 - 具体观察者
 * @create 2025-01-27
 */
public class StatisticsDisplay implements Observer, DisplayElement {
    
    private float maxTemp = 0.0f;
    private float minTemp = 200.0f;
    private float tempSum = 0.0f;
    private int numReadings = 0;
    private Subject weatherData;
    
    public StatisticsDisplay(Subject weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registerObserver(this);
    }
    
    @Override
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        tempSum += temperature;
        numReadings++;
        
        if (temperature > maxTemp) {
            maxTemp = temperature;
        }
        
        if (temperature < minTemp) {
            minTemp = temperature;
        }
        
        display();
    }
    
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("📈 统计显示板:");
        System.out.println("   平均温度: " + (tempSum / numReadings) + "°C");
        System.out.println("   最高温度: " + maxTemp + "°C");
        System.out.println("   最低温度: " + minTemp + "°C");
    }
}

1. 主题接口

public interface Subject {
    
    /**
     * 注册观察者
     */
    void registerObserver(Observer observer);
    
    /**
     * 移除观察者
     */
    void removeObserver(Observer observer);
    
    /**
     * 通知所有观察者
     */
    void notifyObservers();
}

1. 具体主题

public class WeatherData implements Subject {
    
    private List<Observer> observers;
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;
    
    public WeatherData() {
        observers = new ArrayList<>();
    }
    
    @Override
    public void registerObserver(Observer observer) {
        if (!observers.contains(observer)) {
            observers.add(observer);
            System.out.println("✅ 注册观察者: " + observer.getClass().getSimpleName());
        }
    }
    
    @Override
    public void removeObserver(Observer observer) {
        int index = observers.indexOf(observer);
        if (index >= 0) {
            observers.remove(index);
            System.out.println("❌ 移除观察者: " + observer.getClass().getSimpleName());
        }
    }
    
    @Override
    public void notifyObservers() {
        System.out.println("\n📢 通知所有观察者...");
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(temperature, humidity, pressure);
        }
    }
    
    /**
     * 当天气数据改变时调用
     */
    public void measurementsChanged() {
        notifyObservers();
    }
    
    /**
     * 设置天气数据
     */
    public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
        System.out.println("\n🌡️ 天气数据更新:");
        System.out.println("   温度: " + temperature + "°C");
        System.out.println("   湿度: " + humidity + "%");
        System.out.println("   气压: " + pressure + " hPa");
        
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        measurementsChanged();
    }
    
    /**
     * 获取当前观察者数量
     */
    public int getObserverCount() {
        return observers.size();
    }
    
    // Getter方法
    public float getTemperature() {
        return temperature;
    }
    
    public float getHumidity() {
        return humidity;
    }
    
    public float getPressure() {
        return pressure;
    }
}

1. 使用方式

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=== 观察者模式 - 天气监测站示例 ===\n");

        // 创建主题（被观察者）
        WeatherData weatherData = new WeatherData();

        System.out.println("--- 初始化观察者 ---");
        // 创建观察者并注册
        CurrentConditionsDisplay currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
        StatisticsDisplay statisticsDisplay = new StatisticsDisplay(weatherData);
        ForecastDisplay forecastDisplay = new ForecastDisplay(weatherData);
        HeatIndexDisplay heatIndexDisplay = new HeatIndexDisplay(weatherData);

        System.out.println("\n当前注册的观察者数量: " + weatherData.getObserverCount());

        // 第一次更新天气数据
        System.out.println("\n===========================================");
        weatherData.setMeasurements(26.5f, 65.0f, 1013.2f);

        // 第二次更新天气数据
        System.out.println("\n===========================================");
        weatherData.setMeasurements(28.3f, 70.0f, 1012.8f);

        // 第三次更新天气数据
        System.out.println("\n===========================================");
        weatherData.setMeasurements(24.8f, 90.0f, 1012.5f);

        // 测试移除观察者
        System.out.println("\n===========================================");
        System.out.println("\n--- 移除统计显示板观察者 ---");
        weatherData.removeObserver(statisticsDisplay);
        System.out.println("当前注册的观察者数量: " + weatherData.getObserverCount());

        // 第四次更新天气数据
        System.out.println("\n===========================================");
        weatherData.setMeasurements(22.5f, 85.0f, 1014.0f);

        // 重新注册观察者
        System.out.println("\n===========================================");
        System.out.println("\n--- 重新注册统计显示板观察者 ---");
        weatherData.registerObserver(statisticsDisplay);
        System.out.println("当前注册的观察者数量: " + weatherData.getObserverCount());

        // 第五次更新天气数据
        System.out.println("\n===========================================");
        weatherData.setMeasurements(30.0f, 75.0f, 1010.5f);

        System.out.println("\n===========================================");
        System.out.println("\n=== 观察者模式说明 ===");
        System.out.println("1. 主题接口: Subject - 定义注册、移除和通知观察者的方法");
        System.out.println("2. 观察者接口: Observer - 定义更新方法");
        System.out.println("3. 具体主题: WeatherData - 维护观察者列表，状态改变时通知");
        System.out.println("4. 具体观察者: 各种Display - 实现更新方法，接收通知");
        System.out.println("5. 解耦: 主题和观察者之间松耦合");

        System.out.println("\n=== 观察者模式优势 ===");
        System.out.println("✅ 松耦合: 主题和观察者独立变化，互不影响");
        System.out.println("✅ 动态订阅: 可以在运行时添加或移除观察者");
        System.out.println("✅ 广播通信: 一次通知，所有观察者都能收到");
        System.out.println("✅ 符合开闭原则: 添加新观察者无需修改主题");
        System.out.println("✅ 支持一对多: 一个主题可以有多个观察者");

        System.out.println("\n=== 观察者模式应用场景 ===");
        System.out.println("📌 事件监听系统: GUI事件处理、消息队列");
        System.out.println("📌 MVC架构: Model变化通知View更新");
        System.out.println("📌 发布-订阅系统: 消息中间件、事件总线");
        System.out.println("📌 数据绑定: 前端框架的响应式数据");
        System.out.println("📌 监控告警: 系统监控、日志收集");

        System.out.println("\n=== 观察者模式 vs 发布-订阅模式 ===");
        System.out.println("观察者模式: 主题直接维护观察者列表");
        System.out.println("发布-订阅: 通过消息中心解耦，发布者和订阅者互不知晓");
    }
}