1. 说明
观察者模式(Observer Pattern)是一种行为型设计模式,用于定义对象之间的一对多依赖关系,使得当一个对象的状态发生改变时,所有依赖于它的对象都能够自动收到通知并更新自己的状态,以保持与被观察对象的同步。观察者模式也被称为发布-订阅模式。
观察者模式包含以下关键角色:
- Subject(被观察者):Subject 是被观察对象,它维护一组观察者对象,并提供方法来添加、删除和通知观察者。当 Subject 的状态发生改变时,它会通知所有注册的观察者。
- Observer(观察者):Observer 是观察者对象,它定义了一个更新方法(通常命名为 update),用于接收被观察对象的通知并执行相应的操作。多个观察者可以订阅同一个被观察者。
- ConcreteSubject(具体被观察者):ConcreteSubject 是具体的被观察对象,它实现了 Subject 接口,负责维护状态并在状态发生改变时通知观察者。
- ConcreteObserver(具体观察者):ConcreteObserver 是具体的观察者对象,它实现了 Observer 接口,并定义了在接收到通知时要执行的具体操作。
观察者模式的优点包括:
- 解耦性:被观察者和观察者之间的关系是松散耦合的,它们可以独立变化,不会相互影响。
- 可扩展性:可以方便地添加新的观察者,无需修改被观察者的代码。
- 通知机制:当被观察者的状态发生改变时,所有注册的观察者会自动收到通知,不需要手动轮询。
观察者模式是一种非常有用的模式,它可以帮助实现对象之间的松散耦合,提高系统的可维护性和可扩展性。
2. 使用的场景
观察者模式在以下情况下特别有用,这些场景通常涉及到对象之间的状态变化需要通知其他对象或组件:
- 事件处理和 GUI 开发: 在图形用户界面(GUI)应用程序中,用户交互和事件处理是观察者模式的经典用例。例如,按钮点击事件、窗口关闭事件、鼠标移动事件等都可以通过观察者模式来处理。
- 消息通知系统: 观察者模式用于构建发布-订阅模型的消息通知系统,例如电子邮件通知、新闻订阅、社交媒体通知等。当有新消息或更新时,通知系统会通知所有订阅者。
- 股票市场和金融领域: 在股票市场中,股票价格的变化会通知所有订阅该股票的投资者。金融领域中也有类似的应用,如外汇汇率变化通知。
- 分布式系统: 在分布式系统中,观察者模式可以用于实现事件驱动的通信机制。当一个节点的状态发生变化时,可以通知其他节点或服务。
- 日志记录和监控系统: 观察者模式可以用于监控系统中,例如服务器日志记录和性能监控。当系统状态或日志条目发生变化时,观察者可以记录或报警。
- 实时数据更新: 当需要在多个地方保持数据同步时,观察者模式可以用于实时数据更新,确保所有订阅者都能及时获得最新数据。
- 游戏开发: 在游戏开发中,观察者模式常用于处理游戏中的事件和状态变化,如角色状态变化、敌人出现等。
总之,观察者模式适用于任何需要对象之间的松散耦合、动态通信和状态同步的场景。它有助于将系统组件分离,提高代码的可维护性和可扩展性,并使系统更容易适应变化。
3. 应用例子
以下是一个使用 Python 实现的观察者模式示例,模拟了一个简单的股票市场通知系统:
# 定义观察者接口
class Observer:
def update(self, message):
pass
# 定义具体观察者类
class StockInvestor(Observer):
def __init__(self, name):
self.name = name
def update(self, message):
print(f"{self.name} 收到股票市场通知:{message}")
# 定义被观察者类
class StockMarket:
def __init__(self):
self.investors = [] # 存储观察者
def add_investor(self, investor):
self.investors.append(investor)
def remove_investor(self, investor):
self.investors.remove(investor)
def notify_investors(self, message):
for investor in self.investors:
investor.update(message)
if __name__ == "__main__":
# 创建被观察者对象
stock_market = StockMarket()
# 创建具体观察者并注册到被观察者
investor1 = StockInvestor("投资者1")
investor2 = StockInvestor("投资者2")
stock_market.add_investor(investor1)
stock_market.add_investor(investor2)
# 发送通知给观察者
stock_market.notify_investors("股票价格上涨!")
# 移除一个观察者
stock_market.remove_investor(investor2)
# 再次发送通知给观察者
stock_market.notify_investors("股票价格下跌!")
4. 实现要素
观察者模式的实现要素包括以下几个部分:
- Subject(被观察者): 被观察者是一个具体的对象,它维护一组观察者对象的引用,提供方法用于添加、删除和通知观察者。通常,被观察者会维护一个状态,当状态发生变化时,会通知所有观察者。
- Observer(观察者): 观察者是一个接口或抽象类,定义了一个更新方法(通常命名为 update),该方法在被观察者状态发生变化时被调用。具体的观察者类实现该接口,以便接收被观察者的通知并执行相应的操作。
- ConcreteSubject(具体被观察者): 具体被观察者是被观察者接口的实现类,它负责维护状态并在状态发生改变时通知观察者。通常,具体被观察者会维护一个观察者列表,用于存储注册的观察者。
- ConcreteObserver(具体观察者): 具体观察者是观察者接口的实现类,它定义了在接收到通知时要执行的具体操作。每个具体观察者都可以有不同的实现。
5. UML图
- Subject 接口定义了 attach(添加观察者)、detach(删除观察者)和 notify(通知观察者)等方法。
- ConcreteSubject 类实现了 Subject 接口,它维护了一个观察者列表,并在状态发生变化时调用 notify 方法通知观察者。
- Observer 接口定义了 update 方法,用于在被观察者状态发生变化时接收通知。
- ConcreteObserver 类实现了 Observer 接口,它包含具体的操作逻辑,以响应被观察者的通知。
观察者模式的关键思想是被观察者与观察者之间的松散耦合,被观察者不需要知道观察者的具体实现,只需要知道它们实现了共同的接口。这种松散耦合使得系统更易于扩展和维护,符合面向对象设计原则中的依赖倒置原则。
6. Java/golang/javascrip/C++ 等语言实现方式
6.1 Java实现
上述例子用Java语言实现示例如下:
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
// 定义观察者接口
interface Observer {
void update(String message);
}
// 定义具体观察者类
class StockInvestor implements Observer {
private String name;
public StockInvestor(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public void update(String message) {
System.out.println(name + " 收到股票市场通知:" + message);
}
}
// 定义被观察者类
class StockMarket {
private List<Observer> investors = new ArrayList<>();
public void addInvestor(Observer investor) {
investors.add(investor);
}
public void removeInvestor(Observer investor) {
investors.remove(investor);
}
public void notifyInvestors(String message) {
for (Observer investor : investors) {
investor.update(message);
}
}
}
public class ObserverPatternExample {
public static void main(String[] args) {
// 创建被观察者对象
StockMarket stockMarket = new StockMarket();
// 创建具体观察者并注册到被观察者
Observer investor1 = new StockInvestor("投资者1");
Observer investor2 = new StockInvestor("投资者2");
stockMarket.addInvestor(investor1);
stockMarket.addInvestor(investor2);
// 发送通知给观察者
stockMarket.notifyInvestors("股票价格上涨!");
// 移除一个观察者
stockMarket.removeInvestor(investor2);
// 再次发送通知给观察者
stockMarket.notifyInvestors("股票价格下跌!");
}
}
6.2 Golang实现
上述例子用golang实现示例如下:
package main
import "fmt"
// 定义观察者接口
type Observer interface {
Update(message string)
}
// 定义具体观察者结构体
type StockInvestor struct {
Name string
}
func (si *StockInvestor) Update(message string) {
fmt.Printf("%s 收到股票市场通知:%s\n", si.Name, message)
}
// 定义被观察者结构体
type StockMarket struct {
investors []Observer
}
func (sm *StockMarket) AddInvestor(investor Observer) {
sm.investors = append(sm.investors, investor)
}
func (sm *StockMarket) RemoveInvestor(investor Observer) {
for i, obs := range sm.investors {
if obs == investor {
sm.investors = append(sm.investors[:i], sm.investors[i+1:]...)
break
}
}
}
func (sm *StockMarket) NotifyInvestors(message string) {
for _, investor := range sm.investors {
investor.Update(message)
}
}
func main() {
// 创建被观察者对象
stockMarket := &StockMarket{}
// 创建具体观察者并注册到被观察者
investor1 := &StockInvestor{Name: "投资者1"}
investor2 := &StockInvestor{Name: "投资者2"}
stockMarket.AddInvestor(investor1)
stockMarket.AddInvestor(investor2)
// 发送通知给观察者
stockMarket.NotifyInvestors("股票价格上涨!")
// 移除一个观察者
stockMarket.RemoveInvestor(investor2)
// 再次发送通知给观察者
stockMarket.NotifyInvestors("股票价格下跌!")
}
6.3 Javascript实现
上述例子用javascript实现示例如下:
// 定义观察者接口
class Observer {
update(message) {}
}
// 定义具体观察者类
class StockInvestor extends Observer {
constructor(name) {
super();
this.name = name;
}
update(message) {
console.log(`${this.name} 收到股票市场通知:${message}`);
}
}
// 定义被观察者类
class StockMarket {
constructor() {
this.investors = [];
}
addInvestor(investor) {
this.investors.push(investor);
}
removeInvestor(investor) {
const index = this.investors.indexOf(investor);
if (index !== -1) {
this.investors.splice(index, 1);
}
}
notifyInvestors(message) {
this.investors.forEach((investor) => {
investor.update(message);
});
}
}
// 创建被观察者对象
const stockMarket = new StockMarket();
// 创建具体观察者并注册到被观察者
const investor1 = new StockInvestor("投资者1");
const investor2 = new StockInvestor("投资者2");
stockMarket.addInvestor(investor1);
stockMarket.addInvestor(investor2);
// 发送通知给观察者
stockMarket.notifyInvestors("股票价格上涨!");
// 移除一个观察者
stockMarket.removeInvestor(investor2);
// 再次发送通知给观察者
stockMarket.notifyInvestors("股票价格下跌!");
6.4 C++实现
上述例子用C++实现如下:
#include <iostream>
#include <vector>
// 定义观察者基类
class Observer {
public:
virtual void update(const std::string& message) = 0;
};
// 定义具体观察者类
class StockInvestor : public Observer {
public:
StockInvestor(const std::string& name) : name(name) {}
void update(const std::string& message) override {
std::cout << name << " 收到股票市场通知:" << message << std::endl;
}
private:
std::string name;
};
// 定义被观察者类
class StockMarket {
public:
void addInvestor(Observer* investor) {
investors.push_back(investor);
}
void removeInvestor(Observer* investor) {
for (auto it = investors.begin(); it != investors.end(); ++it) {
if (*it == investor) {
investors.erase(it);
break;
}
}
}
void notifyInvestors(const std::string& message) {
for (auto investor : investors) {
investor->update(message);
}
}
private:
std::vector<Observer*> investors;
};
int main() {
// 创建被观察者对象
StockMarket stockMarket;
// 创建具体观察者并注册到被观察者
StockInvestor investor1("投资者1");
StockInvestor investor2("投资者2");
stockMarket.addInvestor(&investor1);
stockMarket.addInvestor(&investor2);
// 发送通知给观察者
stockMarket.notifyInvestors("股票价格上涨!");
// 移除一个观察者
stockMarket.removeInvestor(&investor2);
// 再次发送通知给观察者
stockMarket.notifyInvestors("股票价格下跌!");
return 0;
}
7. 练习题
假设你正在开发一个简单的天气应用程序,用户可以订阅并接收天气预报通知。设计一个观察者模式来实现这个应用程序。
要求:文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-726419.html
- 创建一个 WeatherData 类,作为被观察者,它可以存储当前的天气信息(例如温度、湿度、气压)。
- 创建一个 Observer 接口,定义一个 update 方法,以便观察者可以在天气信息变化时收到通知。
- 创建具体观察者类 CurrentConditionsDisplay,它实现了 Observer 接口,可以显示当前的温度、湿度和气压。
- 在 WeatherData 类中,实现注册观察者、移除观察者和通知观察者的方法。
- 编写一个测试程序,创建一个 WeatherData 对象和一个 CurrentConditionsDisplay 对象,然后模拟天气信息的变化,观察 CurrentConditionsDisplay 是否能够接收并显示最新的天气信息。
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到了这里,关于设计模式——14. 观察者模式的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!