设计模式一：观察者模式

1 认识观察者模式

首先认识以下什么是观察者模式，举一个现实生活中的例子，出版社于订阅者。

• 出版社负责出版报纸
• 订阅者向出版社订阅报纸，出版社印刷好报纸后将报纸送给订阅者
• 任何人都可以到出版社订阅报纸
• 订阅报纸的人可以随时取消订阅

这就是观察者模式的基本逻辑了。在观察者模式中，常常将出版社的角色命名为主题（Subject），将订阅者命名为观察者（Observer），观察者模式也被称为发布-订阅模式。

2 观察者模式类图

这是一个简单的观察者模式类图，首先，具体主题中需要有一个List集合用来保存注册的Observer，并提供addObserver和removeObserver方法，同时，还需要一个notify方法来通知所有的观察者，通知观察者的方式是调用观察者中的update方法。而所有的观察者都需要实现Observer接口。

3 举例

举一个《head first design patterns》中气象站的例子：
有一个气象站需要三种布告板，分别显示目前的状况、气象统计及简单的预报，它提供了一个WeatherData对象，可以获得温度、湿度、气压三个数据。布告板需要可扩展，既布告板可以随时增加。
这是一个典型的观察者模式，主题是WeatherData对象，观察者为布告板。当WheatherData对象监测到数据发生变化时，即通知所有的观察者，观察者可以随意增减。
主题对象如下：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class WeatherData implements Subject {
    private List<Observer> observerList;
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;
    public WeatherData(){
        observerList = new ArrayList<>();
    }

    @Override
    public void registerObserver(Observer o) {
        observerList.add(o);
    }

    @Override
    public void removeObserver(Observer o) {
        observerList.remove(o);
    }

    @Override
    public void notifyObservers() {
        observerList.forEach(observer -> observer.update(temperature,humidity,pressure));
    }

}

目前状况布告板：

// 目前状况布告板
public class CurrentConditionDisplay implements Observer {
    private float temperature;
    private float humidity;
    @Override
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        display();
    }
    public void display(){
        System.out.println("current condition: " + temperature + "F degree and " + humidity + "% humidity");
    }
}

可以看到，所有的Observer都实现一个udpate方法，用于获取更新的数据。
这样做有一些局限性，比如，update方法接受的参数是固定的，如果以后想增加数据，比如酷热指数，就需要修改upate接口，这样所有以前的布告板都需要修改，这显然是一个很大的缺点，因为这种情况发生的概率往往很高，记住，软件开发的一个不变真理就是变化。那有什么办法呢，书中提供了一种方法，个人认为还有一种方法也可以。首先介绍书中的方法，主题对象不将数据传递给观察者，而是让观察者主动获取它需要的数据，这样做有两个好处：

• 观察者可以获取自己需要的数据，而不像上例中主题把所有的数据都塞给观察者，而CurrentConditionDisplay中只用到了temperature和humidity两个参数。
• 当WeatherData对象增加一种数据时，不影响观察者。

如果观察者主动拉去自己需要的数据，首先WeatherData对象要提供一系列的get方法，以供观察者获取数据，同时，观察者需要主题的引用，这个应用可以通过update方法进行传递，也可以在观察者注册是保存：

public void update(Subject subject) {
        this.temperature = ((WeatherData)subject).getTemperature();
        this.humidity = ((WeatherData)subject).getHumidity();
        display();
    }

还有一种方法就是将update方法的参数改为Map<String,Object>类型，WeatherData对象定义一系列的key，用于存放不同的数据，布告板自己从中取出所需要的值即可：

public void update(Map<String,Object> data) {
        this.temperature = (float) data.get("temperature");
        this.humidity = (float) data.get("humidity");
        display();
}

4 java内置的Observer API

java给我们提供了一套观察者模式的api，位于util包中，其中主题类为Observable，观察者接口为Observer。
对于数据的获取，java提供了两种模式，一种是主题将数据推给观察者，一种是观察者自己从主题拉去数据。
对于Observer接口很简单，接受两个参数：

public interface Observer {
    void update(Observable o, Object arg);
}

主要是主题类Observable，从这里可以看到代码的健壮性，该类中考虑的东西更全面。
首先，比如addObserver方法：

public synchronized void addObserver(Observer o) {
        if (o == null)
            throw new NullPointerException();
        if (!obs.contains(o)) {
            obs.addElement(o);
        }
    }

考虑传入的Observer为null或一个Observer重复注册的问题。
对于nofityObservers方法：

public void notifyObservers(Object arg) {
        Object[] arrLocal;
        synchronized (this) {
            if (!changed)
                return;
            arrLocal = obs.toArray();
            clearChanged();
        }

        for (int i = arrLocal.length-1; i>=0; i--)
            ((Observer)arrLocal[i]).update(this, arg);
    }

首先根据changed成员变量判断数据是否发生变化，数据发生变化才通知观察者。为什么要有这个成员变量？就拿WeatherData对象来说，如果WeatherData对气候变化很灵敏，那么测出的气候数据是一直在变化的，这样会导致Observer对象会不断收到消息。有个changed成员变量，就可以灵活的控制，比如当气温上升超过1度时才将changed值设置为true。且对该变量的修改是加锁实现的，因为可能有多个线程同时修改该变量，会出现脏读，出现重复update或不能update的情况。
第二个是arrLocal变量，可以看到，通知观察者的for循环是没有加锁的，这部分也确实不应该加锁，因为观察者可能有很多，会导致这一段代码的执行时间很长。更重要的是，你无法确定update方法里的操作是否是非常耗时操作。这样就会带来一个问题，在进行for循环的时候，可能有观察者注册或注销，那怎么判断这个观察者是否需要被通知到呢？在数据发生改变前注销的观察者都不用通知，在数据发生变化后注册的观察者不通知。这也就是arrLocal对象的作用所在了。
当然，Java内置的Observer API也有一些缺陷：

• Observable是一个具体的实现类，而不是接口，如果你的类已经实现了一个类，就无法使用它了
• setChanged和clearChanged方法都是protected的，这样就不能通过集合来完成观察者模式

在实际应用中，大部分情况下可能会自己写一套观察者模式，因为这并不困难，并且可以做一些符合实际场景的改动，比如方法名，传参等，使其更加易用易懂。