设计模式-观察者模式

观察者模式（Observer Pattern）是一种行为型设计模式，它定义了一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生变化时，所有依赖于它的对象都会收到通知并自动更新。观察者模式常用于事件驱动的系统中，比如发布订阅系统、GUI 事件模型等。

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观察者模式的关键角色：

1. 主题（Subject）：
   • 被观察的对象，维护一个观察者列表，提供添加、移除观察者的方法，并在自身状态发生变化时通知观察者。
2. 观察者（Observer）：
   • 接收通知并更新状态的对象。通常需要实现一个更新方法。
3. 具体主题（ConcreteSubject）：
   • 实现主题接口，保存具体状态，并在状态改变时通知观察者。
4. 具体观察者（ConcreteObserver）：
   • 实现观察者接口，定义具体的更新逻辑。

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示例代码：天气预报系统

问题背景

假设有一个天气预报系统，当天气发生变化时，需要通知多个设备（手机、平板、显示屏等）。

实现代码

// 1. 抽象观察者接口
interface Observer {
    void update(String weather);
}

// 2. 抽象主题接口
interface Subject {
    void addObserver(Observer observer);    // 添加观察者
    void removeObserver(Observer observer); // 移除观察者
    void notifyObservers();                 // 通知所有观察者
}

// 3. 具体主题（WeatherStation）
class WeatherStation implements Subject {
    private List<Observer> observers = new ArrayList<>(); // 保存观察者
    private String weather; // 天气状态

    @Override
    public void addObserver(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    @Override
    public void removeObserver(Observer observer) {
        observers.remove(observer);
    }

    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(weather); // 通知每个观察者
        }
    }

    // 设置天气并通知观察者
    public void setWeather(String weather) {
        this.weather = weather;
        System.out.println("天气更新为: " + weather);
        notifyObservers();
    }
}

// 4. 具体观察者（手机）
class MobileDevice implements Observer {
    private String name;

    public MobileDevice(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void update(String weather) {
        System.out.println(name + " 收到天气更新: " + weather);
    }
}

// 5. 具体观察者（显示屏）
class DisplayScreen implements Observer {
    @Override
    public void update(String weather) {
        System.out.println("显示屏更新天气: " + weather);
    }
}

// 6. 客户端
public class ObserverPatternExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建主题
        WeatherStation weatherStation = new WeatherStation();

        // 创建观察者
        Observer mobile1 = new MobileDevice("手机A");
        Observer mobile2 = new MobileDevice("手机B");
        Observer display = new DisplayScreen();

        // 注册观察者
        weatherStation.addObserver(mobile1);
        weatherStation.addObserver(mobile2);
        weatherStation.addObserver(display);

        // 更新天气，通知观察者
        weatherStation.setWeather("晴天");
        weatherStation.setWeather("下雨");

        // 移除一个观察者
        weatherStation.removeObserver(mobile2);

        // 再次更新天气
        weatherStation.setWeather("多云");
    }
}

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输出结果：

天气更新为: 晴天
手机A 收到天气更新: 晴天
手机B 收到天气更新: 晴天
显示屏更新天气: 晴天
天气更新为: 下雨
手机A 收到天气更新: 下雨
手机B 收到天气更新: 下雨
显示屏更新天气: 下雨
天气更新为: 多云
手机A 收到天气更新: 多云
显示屏更新天气: 多云

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观察者模式的优点：

1. 松耦合：主题和观察者之间的耦合性较低，便于扩展和维护。
2. 动态联动：可以动态地添加或移除观察者，无需修改主题代码。
3. 灵活性：多个观察者可以独立接收通知，并做出不同的处理。

观察者模式的缺点：

1. 性能问题：如果观察者过多或通知频繁，可能会影响性能。
2. 调试困难：通知链较长时，可能难以跟踪状态变化。

观察者模式的适用场景：

1. 一个对象的改变需要通知其他对象时。
2. 系统需要动态添加或移除观察者时。
3. 常见应用场景包括事件监听器、消息队列、发布-订阅系统等。

观察者模式在实际开发中非常常见，比如 GUI 系统中的事件处理（监听器模式）、数据模型与视图的同步（如 MVC 模式）等。