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2002-06-03· ·閻宏 ··yesky
簡(jiǎn)單地說(shuō)，觀察者模式定義了一個(gè)一對(duì)多的依賴(lài)關(guān)系，讓一個(gè)或多個(gè)觀察者對(duì)象監(jiān)察一個(gè)主題對(duì)象。這樣一個(gè)主題對(duì)象在狀態(tài)上的變化能夠通知所有的依賴(lài)于此對(duì)象的那些觀察者對(duì)象，使這些觀察者對(duì)象能夠自動(dòng)更新。

　　觀察者模式的結(jié)構(gòu)

　　觀察者（Observer）模式是對(duì)象的行為型模式，又叫做發(fā)表-訂閱（Publish/Subscribe）模式、模型-視圖（Model/View）模式、源-收聽(tīng)者（Source/Listener）模式或從屬者（Dependents）模式。

　　本模式的類(lèi)圖結(jié)構(gòu)如下：

圖1、觀察者模式的靜態(tài)結(jié)構(gòu)可從類(lèi)圖中看清楚。

　　在觀察者模式里有如下的角色：

　　. 抽象主題（Subject）角色：主題角色把所有的觀察者對(duì)象的引用保存在一個(gè)列表里；每個(gè)主題都可以有任何數(shù)量的觀察者。主題提供一個(gè)接口可以加上或撤銷(xiāo)觀察者對(duì)象；主題角色又叫做抽象被觀察者(Observable)角色；

圖2、抽象主題角色，有時(shí)又叫做抽象被觀察者角色，可以用一個(gè)抽象類(lèi)或者一個(gè)接口實(shí)現(xiàn)；在具體的情況下也不排除使用具體類(lèi)實(shí)現(xiàn)。

　　. 抽象觀察者（Observer）角色：為所有的具體觀察者定義一個(gè)接口，在得到通知時(shí)更新自己；

圖3、抽象觀察者角色，可以用一個(gè)抽象類(lèi)或者一個(gè)接口實(shí)現(xiàn)；在具體的情況下也不排除使用具體類(lèi)實(shí)現(xiàn)。

　　. 具體主題（ConcreteSubject）角色：保存對(duì)具體觀察者對(duì)象有用的內(nèi)部狀態(tài)；在這種內(nèi)部狀態(tài)改變時(shí)給其觀察者發(fā)出一個(gè)通知；具體主題角色又叫作具體被觀察者角色；

圖4、具體主題角色，通常用一個(gè)具體子類(lèi)實(shí)現(xiàn)。

　　．具體觀察者（ConcreteObserver）角色：保存一個(gè)指向具體主題對(duì)象的引用；和一個(gè)與主題的狀態(tài)相符的狀態(tài)。具體觀察者角色實(shí)現(xiàn)抽象觀察者角色所要求的更新自己的接口，以便使本身的狀態(tài)與主題的狀態(tài)自恰。

圖5、具體觀察者角色，通常用一個(gè)具體子類(lèi)實(shí)現(xiàn)。

　　下面給出一個(gè)示意性實(shí)現(xiàn)的Java代碼。首先在這個(gè)示意性的實(shí)現(xiàn)里，用一個(gè)Java接口實(shí)現(xiàn)抽象主題角色，這就是下面的Subject接口：

public interface Subject
{
public void attach(Observer observer);

public void detach(Observer observer);

void notifyObservers();
}

代碼清單1、Subject接口的源代碼。

　　這個(gè)抽象主題接口規(guī)定出三個(gè)子類(lèi)必須實(shí)現(xiàn)的操作，即 attach() 用來(lái)增加一個(gè)觀察者對(duì)象；detach() 用來(lái)刪除一個(gè)觀察者對(duì)象；和notifyObservers() 用來(lái)通知各個(gè)觀察者刷新它們自己。抽象主題角色實(shí)際上要求子類(lèi)保持一個(gè)以所有的觀察者對(duì)象為元素的列表。

　　具體主題則是實(shí)現(xiàn)了抽象主題Subject接口的一個(gè)具體類(lèi)，它給出了以上的三個(gè)操作的具體實(shí)現(xiàn)。從下面的源代碼可以看出，這里給出的Java實(shí)現(xiàn)使用了一個(gè)Java向量來(lái)保存所有的觀察者對(duì)象，而 attach() 和 detach() 操作則是對(duì)此向量的元素增減操作。

import java.util.Vector;
import java.util.Enumeration;

public class ConcreteSubject implements Subject
{
public void attach(Observer observer)
{
observersVector.addElement(observer);
}

public void detach(Observer observer)
{
observersVector.removeElement(observer);
}

public void notifyObservers()
{
Enumeration enumeration = observers();
while (enumeration.hasMoreElements())
{
((Observer)enumeration.nextElement()).update();
}
}

public Enumeration observers()
{
return (（Vector) observersVector.clone()).elements();
}
private Vector observersVector = new java.util.Vector();
}

代碼清單2、ConcreteSubject類(lèi)的源代碼。

　　抽象觀察者角色的實(shí)現(xiàn)實(shí)際上是最為簡(jiǎn)單的一個(gè)，它是一個(gè)Java接口，只聲明了一個(gè)方法，即update()。這個(gè)方法被子類(lèi)實(shí)現(xiàn)后，一被調(diào)用便刷新自己。

public interface Observer
{
void update();
}

代碼清單3、Observer接口的源代碼。

　　具體觀察者角色的實(shí)現(xiàn)其實(shí)只涉及update()方法的實(shí)現(xiàn)。這個(gè)方法怎么實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用密切相關(guān)，因此本類(lèi)只給出一個(gè)框架。

public class ConcreteObserver implements Observer
{
public void update()
{
// Write your code here
}
}

代碼清單4、ConcreteObserver類(lèi)的源代碼。

　　雖然觀察者模式的實(shí)現(xiàn)方法可以有設(shè)計(jì)師自己確定，但是因?yàn)閺腁WT1.1開(kāi)始視窗系統(tǒng)的事件模型采用觀察者模式，因此觀察者模式在Java語(yǔ)言里的地位較為重要。正因?yàn)檫@個(gè)原因，Java語(yǔ)言給出了它自己對(duì)觀察者模式的支持。因此，本文建議讀者在自己的系統(tǒng)中應(yīng)用觀察者模式時(shí)，不妨利用Java語(yǔ)言所提供的支持。

Java語(yǔ)言提供的對(duì)觀察者模式的支持

　　在Java語(yǔ)言的java.util庫(kù)里面，提供了一個(gè)Observable類(lèi)以及一個(gè)Observer接口，構(gòu)成Java語(yǔ)言對(duì)觀察者模式的支持。

　　Observer接口

　　這個(gè)接口只定義了一個(gè)方法，update()。當(dāng)被觀察者對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，這個(gè)方法就會(huì)被調(diào)用。這個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)應(yīng)當(dāng)調(diào)用每一個(gè)被觀察者對(duì)象的notifyObservers()方法，從而通知所有的觀察對(duì)象。

圖6、java.util提供的Observer接口的類(lèi)圖。

package java.util;

public interface Observer
{
/**
* 當(dāng)被觀察的對(duì)象發(fā)生變化時(shí)，這個(gè)方法會(huì)被調(diào)用。
*/
void update(Observable o, Object arg);
}

代碼清單5、java.util.Observer接口的源代碼。

　　Observable類(lèi)

　　被觀察者類(lèi)都是java.util.Observable類(lèi)的子類(lèi)。java.util.Observable提供公開(kāi)的方法支持觀察者對(duì)象，這些方法中有兩個(gè)對(duì)Observable的子類(lèi)非常重要：一個(gè)是setChanged()，另一個(gè)是notifyObservers()。第一個(gè)方法setChanged()被調(diào)用之后會(huì)設(shè)置一個(gè)內(nèi)部標(biāo)記變量，代表被觀察者對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生了變化。第二個(gè)是notifyObservers()，這個(gè)方法被調(diào)用時(shí)，會(huì)調(diào)用所有登記過(guò)的觀察者對(duì)象的update()方法，使這些觀察者對(duì)象可以更新自己。

　　java.util.Observable類(lèi)還有其它的一些重要的方法。比如，觀察者對(duì)象可以調(diào)用java.util.Observable類(lèi)的addObserver()方法，將對(duì)象一個(gè)一個(gè)加入到一個(gè)列表上。當(dāng)有變化時(shí)，這個(gè)列表可以告訴notifyObservers()方法那些觀察者對(duì)象需要通知。由于這個(gè)列表是私有的，因此java.util.Observable的子對(duì)象并不知道觀察者對(duì)象一直在觀察著它們。

圖7、Java語(yǔ)言提供的被觀察者的類(lèi)圖。

　　被觀察者類(lèi)Observable的源代碼：

package java.util;
public class Observable
{
private boolean changed = false;
private Vector obs;

/** 用0個(gè)觀察者構(gòu)造一個(gè)被觀察者。**/

public Observable()
{
obs = new Vector();
}

/**
* 將一個(gè)觀察者加到觀察者列表上面。
*/
public synchronized void addObserver(Observer o)
{
if (!obs.contains(o))
{
obs.addElement(o);
}
}

/**
* 將一個(gè)觀察者對(duì)象從觀察者列表上刪除。
*/
public synchronized void deleteObserver(Observer o)
{
obs.removeElement(o);
}

/**
* 相當(dāng)于 notifyObservers(null)
*/
public void notifyObservers()
{
notifyObservers(null);
}

/**
* 如果本對(duì)象有變化（那時(shí)hasChanged 方法會(huì)返回true）
* 調(diào)用本方法通知所有登記在案的觀察者，即調(diào)用它們的update()方法，
* 傳入this和arg作為參量。
*/
public void notifyObservers(Object arg)
{
/**
* 臨時(shí)存放當(dāng)前的觀察者的狀態(tài)。參見(jiàn)備忘錄模式。
*/
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);
}

/**
* 將觀察者列表清空
*/
public synchronized void deleteObservers()
{
obs.removeAllElements();
}

/**
* 將“已變化”設(shè)為true
*/
protected synchronized void setChanged()
{
changed = true;
}

/**
* 將“已變化”重置為false
*/
protected synchronized void clearChanged()
{
changed = false;
}

/**
* 探測(cè)本對(duì)象是否已變化
*/
public synchronized boolean hasChanged()
{
return changed;
}

/**
* 返還被觀察對(duì)象（即此對(duì)象）的觀察者總數(shù)。
*/
public synchronized int countObservers()
{
return obs.size();
}
}

代碼清單6、java.util.Observer接口的源代碼。

　　這個(gè)Observable類(lèi)代表一個(gè)被觀察者對(duì)象。一個(gè)被觀察者對(duì)象可以有數(shù)個(gè)觀察者對(duì)象，一個(gè)觀察者可以是一個(gè)實(shí)現(xiàn)Observer接口的對(duì)象。在被觀察者對(duì)象發(fā)生變化時(shí)，它會(huì)調(diào)用Observable的notifyObservers方法，此方法調(diào)用所有的具體觀察者的update()方法，從而使所有的觀察者都被通知更新自己。見(jiàn)下面的類(lèi)圖：

圖8、使用Java語(yǔ)言提供的對(duì)觀察者模式的支持。

　　發(fā)通知的次序在這里沒(méi)有指明。Observerable類(lèi)所提供的缺省實(shí)現(xiàn)會(huì)按照Observers對(duì)象被登記的次序通知它們，但是Observerable類(lèi)的子類(lèi)可以改掉這一次序。子類(lèi)并可以在單獨(dú)的線(xiàn)程里通知觀察者對(duì)象；或者在一個(gè)公用的線(xiàn)程里按照次序執(zhí)行。

　　當(dāng)一個(gè)可觀察者對(duì)象剛剛創(chuàng)立時(shí)，它的觀察者集合是空的。兩個(gè)觀察者對(duì)象在它們的equals()方法返回true時(shí)，被認(rèn)為是兩個(gè)相等的對(duì)象。
怎樣使用Java對(duì)觀察者模式的支持

　　為了說(shuō)明怎樣使用Java所提供的對(duì)觀察者模式的支持，本節(jié)給出一個(gè)非常簡(jiǎn)單的例子。在這個(gè)例子里，被觀察對(duì)象叫做Watched，也就是被監(jiān)視者；而觀察者對(duì)象叫做Watcher。Watched對(duì)象繼承自java.util.Obsevable類(lèi)；而Watcher對(duì)象實(shí)現(xiàn)了java.util.Observer接口。另外有一個(gè)對(duì)象Tester，扮演客戶(hù)端的角色。

　　這個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖所示。

圖9、一個(gè)使用Observer接口和Observable類(lèi)的例子。

　　在客戶(hù)端改變Watched對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)時(shí)，Watched就會(huì)通知Watcher采取必要的行動(dòng)。

package com.javapatterns.observer.watching;

import java.util.Observer;

public class Tester
{
static private Watched watched;
static private Observer watcher;

public static void main(String[] args)
{
watched = new Watched();

watcher = new Watcher(watched);

watched.changeData("In C, we create bugs.");
watched.changeData("In Java, we inherit bugs.");
watched.changeData("In Java, we inherit bugs.");
watched.changeData("In Visual Basic, we visualize bugs.");
}
}

　　代碼清單7、Tester類(lèi)的源代碼。

package com.javapatterns.observer.watching;

import java.util.Observable;

public class Watched extends Observable
{
private String data = "";

public String retrieveData()
{
return data;
}

public void changeData(String data)
{
if ( !this.data.equals( data) )
{
this.data = data;
setChanged();
}

notifyObservers();
}
}

　　代碼清單8、Watched類(lèi)的源代碼。

package com.javapatterns.observer.watching;

import java.util.Observable;
import java.util.Observer;

public class Watcher implements Observer
{
public Watcher(Watched w)
{
w.addObserver(this);
}

public void update( Observable ob, Object arg)
{
System.out.println("Data has been changed to: ‘" + ((Watched)ob).retrieveData() + "‘");
}
}

　　代碼清單9、Watcher類(lèi)的源代碼。

　　可以看出，雖然客戶(hù)端將Watched對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)賦值了四次，但是值的改變只有三次：

watched.changeData("In C, we create bugs.");
watched.changeData("In Java, we inherit bugs.");
watched.changeData("In Java, we inherit bugs.");
watched.changeData("In Visual Basic, we visualize bugs.");

　　代碼清單10、被觀察者的內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生了改變。

　　對(duì)應(yīng)地，Watcher對(duì)象匯報(bào)了三次改變，下面就是運(yùn)行時(shí)間程序打印出的信息：

Data has been changed to: ‘In C, we create bugs.‘

Data has been changed to: ‘In Java, we inherit bugs.‘

Data has been changed to: ‘In Visual Basic, we visualize bugs.‘

　　代碼清單11、運(yùn)行的結(jié)果。

　　菩薩的守瓶龜

　　想當(dāng)年齊天大圣為解救師傅唐僧，前往南海普陀山請(qǐng)菩薩降伏妖怪紅孩兒：“菩薩聽(tīng)說(shuō)...恨了一聲，將手中寶珠凈瓶往海心里撲的一摜...只見(jiàn)那海當(dāng)中，翻波跳浪，鉆出個(gè)瓶來(lái)，原來(lái)是一個(gè)怪物馱著出來(lái)...要知此怪名和姓，興風(fēng)作浪惡烏龜。”

　　使用面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言描述，烏龜便是一個(gè)觀察者對(duì)象，它觀察的主題是菩薩。一旦菩薩將凈瓶摜到海里，就象征著菩薩作為主題調(diào)用了notifyObservers()方法。在西游記中，觀察者對(duì)象有兩個(gè)，一個(gè)是烏龜，另一個(gè)是悟空。悟空的反應(yīng)在這里暫時(shí)不考慮，而烏龜?shù)姆磻?yīng)便是將瓶子馱回海岸。

圖10、菩薩和菩薩的守瓶烏龜。

　
　　菩薩作為被觀察者對(duì)象，繼承自O(shè)bservable類(lèi)；而守瓶烏龜作為觀察者，繼承自O(shè)bserver接口；這個(gè)模擬系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可以采用Java對(duì)觀察者模式的支持達(dá)成。
Java中的DEM事件機(jī)制

　　AWT中的DEM機(jī)制

　　責(zé)任鏈模式一章中曾談到，AWT1.0的事件處理的模型是基于責(zé)任鏈的。這種模型不適用于復(fù)雜的系統(tǒng)，因此在AWT1.1版本及以后的各個(gè)版本中，事件處理模型均為基于觀察者模式的委派事件模型（Delegation Event Model或DEM）。

　　在DEM模型里面，主題（Subject）角色負(fù)責(zé)發(fā)布（publish）事件，而觀察者角色向特定的主題訂閱（subscribe）它所感興趣的事件。當(dāng)一個(gè)具體主題產(chǎn)生一個(gè)事件時(shí)，它就會(huì)通知所有感興趣的訂閱者。

　　使用這種發(fā)布-訂閱機(jī)制的基本設(shè)計(jì)目標(biāo)，是提供一種將發(fā)布者與訂閱者松散地耦合在一起的聯(lián)系形式，以及一種能夠動(dòng)態(tài)地登記、取消向一個(gè)發(fā)布者的訂閱請(qǐng)求的辦法。顯然，實(shí)現(xiàn)這一構(gòu)思的技巧，是設(shè)計(jì)抽象接口，并把抽象層和具體層分開(kāi)。這在觀察者模式里可以清楚地看到。

　　使用DEM的用詞，發(fā)布者叫做事件源（event source），而訂閱者叫做事件聆聽(tīng)者（event listener）。在Java里面，事件由類(lèi)代表，事件的發(fā)布是通過(guò)同步地調(diào)用成員方法做到的。

　　Servlet技術(shù)中的的DEM機(jī)制

　　AWT中所使用的DEM事件模型實(shí)際上被應(yīng)用到了所有的Java事件機(jī)制上。Servlet技術(shù)中的事件處理機(jī)制同樣也是使用的DEM模型。

　　SAX2技術(shù)中的DEM機(jī)制

　　DEM事件模型也被應(yīng)用到了SAX2的事件處理機(jī)制上。

　　觀察者模式的效果

　　觀察者模式的效果有以下的優(yōu)點(diǎn)：

　　第一、觀察者模式在被觀察者和觀察者之間建立一個(gè)抽象的耦合。被觀察者角色所知道的只是一個(gè)具體觀察者列表，每一個(gè)具體觀察者都符合一個(gè)抽象觀察者的接口。被觀察者并不認(rèn)識(shí)任何一個(gè)具體觀察者，它只知道它們都有一個(gè)共同的接口。

　　由于被觀察者和觀察者沒(méi)有緊密地耦合在一起，因此它們可以屬于不同的抽象化層次。如果被觀察者和觀察者都被扔到一起，那么這個(gè)對(duì)象必然跨越抽象化和具體化層次。

　　第二、觀察者模式支持廣播通訊。被觀察者會(huì)向所有的登記過(guò)的觀察者發(fā)出通知，

　　觀察者模式有下面的缺點(diǎn)：

　　第一、如果一個(gè)被觀察者對(duì)象有很多的直接和間接的觀察者的話(huà)，將所有的觀察者都通知到會(huì)花費(fèi)很多時(shí)間。

　　第二、如果在被觀察者之間有循環(huán)依賴(lài)的話(huà)，被觀察者會(huì)觸發(fā)它們之間進(jìn)行循環(huán)調(diào)用，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。在使用觀察者模式是要特別注意這一點(diǎn)。

　　第三、如果對(duì)觀察者的通知是通過(guò)另外的線(xiàn)程進(jìn)行異步投遞的話(huà)，系統(tǒng)必須保證投遞是以自恰的方式進(jìn)行的。

　　第四、雖然觀察者模式可以隨時(shí)使觀察者知道所觀察的對(duì)象發(fā)生了變化，但是觀察者模式?jīng)]有相應(yīng)的機(jī)制使觀察者知道所觀察的對(duì)象是怎么發(fā)生變化的。

　　觀察者模式與其它模式的關(guān)系

　　觀察者模式使用了備忘錄模式(Memento Pattern)暫時(shí)將觀察者對(duì)象存儲(chǔ)在被觀察者對(duì)象里面。

　　問(wèn)答題

　　第一題、我和妹妹跟媽媽說(shuō)：“媽媽?zhuān)液兔妹迷谠鹤永锿?；飯做好了叫我們一聲?#8221;請(qǐng)問(wèn)這是什么模式？能否給出類(lèi)圖說(shuō)明？

　　問(wèn)答題答案

　　第一題答案、這是觀察者模式。我和妹妹讓媽媽告訴我們飯做好了，這樣我們就可以來(lái)吃飯了。換用較為技術(shù)化的語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，當(dāng)系統(tǒng)的主題（飯）發(fā)生變化時(shí)，就告訴系統(tǒng)的其它部份（觀察者們，也就是媽媽、我和妹妹），使其可以調(diào)整內(nèi)部狀態(tài)（有開(kāi)始吃飯的準(zhǔn)備），并采取相應(yīng)的行動(dòng)（吃飯）。

　　系統(tǒng)的類(lèi)圖說(shuō)明如下。

圖11、系統(tǒng)的類(lèi)圖。

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