设计模式 四、行为设计模式（1）

        在设计模式的世界里，23种经典设计模式通常被分为三大类：创建型、结构型和行为型。创建型设计模式关注对象创建的问题，结构性设计模式关注于类或对象的组合和组装的问题，行为型设计模式则主要关注于类或对象之间的交互问题。

        行为设计模式 的数量较多，共有11种，几乎占据了23种经典设计模式的一半。这些模式分别为：观察者模式、模板模式、策略模式、职责链模式、状态模式、迭代器模式、访问者模式、备忘录模式、命令模式、解释器模式和中介模式。

一、观察者模式

        1、概述

        观察者模式是一种行为设计模式，允许对象间存在一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖它的对象都会得到通知并自动更新，在这种设计模式种，发生状态改变的对象被称为“主题”（Subject），依赖它的对象成为“观察者”（Observer）。

        观察者模式（Observer Design Pattern）也被称为发布订阅模式（Publish-Subscribe Design Pattern）。在GoF的设计模式书中，它的定义是这样的：

Define a one-to-many dependency between objects so that when one object changes state, all its dependents are notified and updated automatically.

        翻译成中文就是说：在对象之间定义一个一对多的依赖，当一个对象状态改变的时候，所有依赖的对象都会自动收到通知。

        一般情况下，被依赖的对象叫作被观察者（Observable），依赖的对象叫作观察者（Observer）。不过，在实际的项目开发中，这两种对象的称呼是比较灵活的，有各种不同的叫法，比如：Subject-Observer 、Publisher-Subscriber、Producer-Consumer等等。不管怎么称呼，只要应用场景符合刚刚给出的定义，都可以看作观察者模式。

        简单例子：假设我们有一个气象站，需要向许多不同的显示设备（如手机App、网站、电子屏幕等）提供实施天气数据。

         首先我们创建一个Subject接口，表示主题：

    public interface Subject {void registerObserver(Observer o);void removeObserver(Observer o);void notifyObservers();}

        接下来，创建一个Observer接口，表示观察者：

public interface Observer {void update(float temperature, float humidity, float pressure);
}

        创建一个具体的主体，如WeatherStation，实现Subject接口：

public class WeatherStation implements Subject {private ArrayList<Observer> observers;// 温度private float temperature;// 湿度private float humidity;// 大气压private float pressure;public WeatherStation() {observers = new ArrayList<>();}// 注册一个观察者的方法@Overridepublic void registerObserver(Observer o) {observers.add(o);}// 移除一个观察者的方法@Overridepublic void removeObserver(Observer o) {int index = observers.indexOf(o);if (index >= 0) {observers.remove(index);}}// 通知所有的观察者@Overridepublic void notifyObservers() {// 循环所有的观察者，通知其当前的气象信息for (Observer o : observers) {o.update(temperature, humidity, pressure);}}// 修改气象内容public void measurementsChanged() {notifyObservers();}// 当测量值发生了变化的时候public void setMeasurements(float temperature, float humidity, floatpressure) {this.temperature = temperature;this.humidity = humidity;this.pressure = pressure;// 测量值发生了变化measurementsChanged();}
}

         最后我们创建一个具体的观察者，如PhoneAPP，实现Observer接口：

public class PhoneApp implements Observer {private float temperature;private float humidity;private float pressure;private Subject weatherStation;public PhoneApp(Subject weatherStation) {this.weatherStation = weatherStation;weatherStation.registerObserver(this);}@Overridepublic void update(float temperature, float humidity, float pressure) {this.temperature = temperature;this.humidity = humidity;this.pressure = pressure;display();}public void display() {System.out.println("PhoneApp: Temperature: " + temperature + "°C,Humidity: " + humidity + "%, Pressure: " + pressure + " hPa");}
}

        现在我们可以创建一个WeatherStation实例并向其注册PhoneApp观察者。当WeatherStation的数据发生变化时，PhoneApp会收到通知并更新自己的显示。

public class Main {public static void main(String[] args) {WeatherStation weatherStation = new WeatherStation();PhoneApp phoneApp = new PhoneApp(weatherStation);// 模拟气象站数据更新weatherStation.setMeasurements(25, 65, 1010);weatherStation.setMeasurements(22, 58, 1005);// 添加更多观察者 网站上显示-电子大屏WebsiteDisplay websiteDisplay = new WebsiteDisplay(weatherStation);ElectronicScreen electronicScreen = new ElectronicScreen(weatherStation);// 再次模拟气象站数据更新weatherStation.setMeasurements(18, 52, 1008);}
}

        这个例子中，我们创建了一个WeatherStation实例，并向其注册了PhoneApp、WebsiteDisplay和ElectronicScreen观察者，当WeatherStation的数据发生变化这个例子展示了观察者模式的优点：
        1）观察者和主题之间解耦：主题只需要知道观察者实现了Observer接口，而无需了解具体的实现细节。
        2）可以动态的添加和删除观察者：通过调用registerObserver 和 removeObserver方法，可以在运行时添加和删除观察者。
        3）主题和观察者之间的通信时自动的：当主题的状态发生变化时，观察者会自动得到通知并更新自己的状态。

        观察者广泛应用于各种场景，例如事件处理系统、数据同步和更新通知等。上面例子算是观察者模式的 “模板代码”，可以反应该模式大体得设计思路，在真实得软件开发中，并不需要照搬相面的模板代码。观察者模式的实现方法各式各样， 函数、类的命名等会根据业务场景的不同有很大的差别，比如 register 函数还可以 叫作 attach，remove 函数还可以叫作 detach 等等。不过，万变不离其宗，设计思 路都是差不多的。

        简单理解： Subject 代表主动要做的事，比如要更新某个状态，主动触发某个行为。实现Observer 接口，代表被动触发得事，也可以理解为待办事项，比如我修改了某个状态，就要被动得触发一些事情，比如支付成功，就要将订单状态置为已完成等等。我们通过 Observe 中的registerObserver方法将待办事项加入到 Subject 中，然后当 Subject 主动做某项事情时，就会调用notifyObservers方法 将已经添加的待办事项都调用一下。

        2、使用场景

        1）股票行情应用：股票行情应用中，当股票价格发生变化时，需要通知订阅了该股票得投资者。这里，股票价格更新可以作为被观察者，投资者可以作为观察者。当股票发生变化时，所有订阅了该股票的投资者都会收到通知并更新自己的投资策略。

        2）网络聊天室：在网络聊天室中，当有新消息时，需要通知所有在线用户。聊天室服务器可以作为被观察者，用户可以作为观察者。当有新消息时，聊天室服务会通知所有在线用户更新聊天记录。

        3）拍卖系统：在拍卖系统中，当出价发生变化时，需要通知所有关注该拍品得用户。这里，拍卖系统可以作为被观察者，用户可以作为观察者。当出价发生变化时，所有关注该拍品得用户都会收到通知并更新自己的出价策略。

        4）订阅系统：在订阅系统中，当有新的内容发布时，需要通知所有订阅了该内容得用户，这里，内容发布可以作为被观察者，用户可以作为观察者，当有新内容发布时，所有订阅了该内容得用户都会收到通知并获取最新内容。

        5）游戏中的事件系统：在游戏中，当某个事件发生时（如角色升级、道具获得等），可能需要通知多个游戏模块进行相应的处理。这里，游戏事件可以作为被观察者，游戏模块可以作为观察者。当游戏事件发生时，所有关注该事件的游戏模块都会收到通知并执行相应的逻辑。

        6）运动比赛实时更新：在体育比赛中，实时更新比分、技术统计等信息对于球迷和分析师非常重要。在这种场景下，比赛数据更新可以作为被观察者，球迷和分析师可以作为观察者。当比赛数据发生变化时，所有关注比赛的的球迷和分析师都会收到通知并更新数据。

        7）物联网传感器系统：在物联网（IoT)系统中，有很多传感器不断采集数据，当数据发生变化时，需要通知相关联的设备或系统。在这种场景下，传感器可以作为被观察者，关联的设备或系统可以作为观察者，当传感器发生变化时，所有关联的设备或系统都会收到通知并执行相应的操作。

        8）电子邮件通知系统：在一个任务管理系统中，当任务的状态发生变化（如：新任务分配、任务完成等）时，需要通知相关的人员。这里，任务状态变更可以作为被观察者，相关人员可以作为观察者。当任务状态发生变化时，所有关注者都会收到通知并查看任务详情。

        9）社交网络：在社交网络中，用户关注其他用户以获取实时动态。当被关注的用户发布新动态时，需要通知所有关注者，在这种场景下，被关注的用户可以作为被观察者，关注者可以作为观察者，当被关注用户发布新动态时，所有关注者都会收到通知并查看动态。