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深入理解设计模式之观察者模式

ops 2025/7/15 1:51:14

深入理解设计模式之观察者模式（Observer Pattern）

一、什么是观察者模式？

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，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象。当主题对象的状态发生变化时，所有依赖于它的观察者都会收到通知并自动更新。

通俗地说，观察者模式就是“发布-订阅”模式，主题（被观察者）负责发布消息，观察者负责订阅并响应消息。

二、观察者模式的结构

观察者模式主要包含以下角色：

Subject（主题/被观察者）：负责维护观察者列表，提供添加、删除观察者的方法，并在自身状态变化时通知所有观察者。
Observer（观察者）：定义响应通知的接口。
ConcreteSubject（具体主题）：实现主题的具体逻辑。
ConcreteObserver（具体观察者）：实现观察者的具体响应逻辑。

三、观察者模式的优缺点

优点

解耦：主题和观察者之间是抽象耦合，便于独立扩展和复用。
动态联动：支持动态添加、删除观察者，灵活性高。
广播机制：主题变化时可通知所有观察者，实现广播通信。

缺点

通知无顺序：通知观察者的顺序不可控，可能带来不确定性。
性能问题：观察者过多时，通知会耗时，影响性能。
循环依赖：可能导致循环调用，需注意防止。

四、典型应用场景

事件系统（如GUI事件监听、消息订阅等）
订阅-发布系统（如新闻订阅、微信公众号推送等）
数据模型与视图联动（如MVC模式中的Model-View）

五、Java实现示例

下面以“气象站”推送天气数据为例，演示观察者模式的实现。

1. 观察者接口

// 观察者接口
public interface Observer {void update(float temperature, float humidity, float pressure);
}

2. 主题接口

// 主题接口
public interface Subject {void registerObserver(Observer o);void removeObserver(Observer o);void notifyObservers();
}

3. 具体主题（气象站）

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;// 具体主题
public class WeatherData implements Subject {private List<Observer> observers = new ArrayList<>();private float temperature;private float humidity;private float pressure;@Overridepublic void registerObserver(Observer o) {observers.add(o);}@Overridepublic void removeObserver(Observer o) {observers.remove(o);}@Overridepublic void notifyObservers() {for (Observer o : observers) {o.update(temperature, humidity, pressure);}}// 当气象数据更新时调用public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {this.temperature = temperature;this.humidity = humidity;this.pressure = pressure;notifyObservers();}
}

4. 具体观察者

// 具体观察者
public class CurrentConditionsDisplay implements Observer {@Overridepublic void update(float temperature, float humidity, float pressure) {System.out.println("当前天气：温度=" + temperature + "℃, 湿度=" + humidity + "%, 气压=" + pressure + "hPa");}
}public class ForecastDisplay implements Observer {@Overridepublic void update(float temperature, float humidity, float pressure) {System.out.println("天气预报：温度=" + (temperature + 1) + "℃, 湿度=" + (humidity - 2) + "%, 气压=" + (pressure + 1) + "hPa");}
}

5. 客户端代码

public class Client {public static void main(String[] args) {WeatherData weatherData = new WeatherData();Observer currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay();Observer forecastDisplay = new ForecastDisplay();weatherData.registerObserver(currentDisplay);weatherData.registerObserver(forecastDisplay);// 模拟气象数据变化weatherData.setMeasurements(25.0f, 65.0f, 1013.0f);System.out.println("----");weatherData.setMeasurements(28.0f, 70.0f, 1012.0f);}
}

6. 输出结果

当前天气：温度=25.0℃, 湿度=65.0%, 气压=1013.0hPa
天气预报：温度=26.0℃, 湿度=63.0%, 气压=1014.0hPa
----
当前天气：温度=28.0℃, 湿度=70.0%, 气压=1012.0hPa
天气预报：温度=29.0℃, 湿度=68.0%, 气压=1013.0hPa