请选择一种我们课程中介绍的设计模式,用您熟悉的编程语言提供一个典型的应用范例,并分析其代码结构特性。完成一篇研究报告,具体要求如下:
引用关键代码(引用代码是为解释说明服务的,不要贴对解释问题无关的代码)解释该设计模式在该应用场景中的适用性;
引入该设计模式后对系统架构和代码结构带来了哪些好处;
解释其中用到的多态机制;
说明模块抽象封装的方法;
分析各个模块的内聚度和模块之间的耦合度;
提供该应用范例完整的源代码包括构建部署的操作过程,建议以github版本库URL的方式提供源代码,其中README.md中说明构建部署的操作过程。
观察者模式
1、观察者模式的定义:
观察者模式(又被称为发布-订阅(Publish/Subscribe)模式,属于行为型模式的一种,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。这个主题对象在状态变化时,会通知所有的观察者对象,使他们能够自动更新自己。
2、观察者模式的结构:
观察者模式的结构中主要有以下四个构成角色:
(1)Subject:抽象主题,抽象主题提供一个接口,可以增加和删除观察者对象。
(2)ConcreteSubject:具体主题,他把所有观察者对象保存在一个集合里,可以有任意数量的观察者。该角色还将有关状态存入具体观察者对象,在具体主题的内部状态发生改变时,给所有注册过的观察者发送通知。
(3)Observer:抽象观察者,是观察者的抽象类,它定义了一个更新接口,使得在得到主题更改通知时更新自己。
(4)ConcrereObserver:具体观察者,实现抽象观察者定义的更新接口,以便在得到主题更改通知时更新自身的状态。
从类图的角度来看,四个角色的关系如下:
3、具体案例分析:
现在有这样一种情况:气象局要求设计一套系统,这个系统有两个公告显示牌,每当后台的天气数据发生更新,两个公告牌的显示内容也要跟着变化。一个公告牌显示的是当前的天气,另一个是显示未来几天的天气。
按照观察者模式进行设计,和设计模式有关的代码如下:
* 注册观察者
observer
* 移除观察者
observer
* 通知观察者
这是主题接口Subject,是一个抽象接口类,是对我们的被观察者的抽象,具体类的实现会重写其中的方法。
这是观察者接口,它定义了一个更新接口,使得在得到主题更改通知时更新自己。
公告牌用于显示的公共接口。
observers
temperature
humidity
pressure
forecastTemperatures
observers
observer
observersobserver
observer
observersobserver
observer observers
observer
temperature humidity pressure forecastTemperatures
temperature temperature
humidity humidity
pressure pressure
forecastTemperatures forecastTemperatures
temperature
humidity
pressure
forecastTemperatures
以上是WeatherData类,它继承了抽象接口Subjects,在这个类中,保存了Observer接口的对象列表。WeatherData相当于一个具体主题角色,它重写了注册、删除观察者,也因为它用观察者列表保存了观察者,所以可以在天气数据发送变化时通知所有观察者。
weatherData
temperature
humidity
pressure
weatherData
weatherData weatherData
weatherData
out temperature
out humidity
out pressure
temperature weatherData
humidity weatherData
pressure weatherData
以上是显示当前天气的公告牌,它是一个具体类,继承了两个公共接口:观察者Observer和显示信息DisplayElement。在这个类中,重写了display和update函数,当被观察者WeatherData发生变化时,这个公告牌作为观察者,被观察者WeatherData将会遍历到这个观察者对象,调用其中的两个函数,完成公告牌的更新。
weatherData
temperature
humidity
pressure
weatherData
weatherData weatherData
weatherData
out temperature
out humidity
out pressure
temperature weatherData
humidity weatherData
pressure weatherData
和显示当前天气的公告牌类似,这是一个显示未来天气的公告牌,这个类和当前天气公告牌类是并列的逻辑关系,都是天气数据的观察者。其中的display和update函数的实现与当前天气公告牌类中的实现不同,体现了角色相同,但功能不同。
args
weatherData
currentConditionsDisplay weatherData
forecastDisplay weatherData
forecastTemperatures
forecastTemperatures
forecastTemperatures
forecastTemperatures
forecastTemperatures
forecastTemperatures
forecastTemperatures
forecastTemperatures
weatherData forecastTemperatures
最后,这就是天气数据发生一次变化后的场景模拟,两个公告牌类在创建时就”订阅“或者”注册“了天气数据,天气数据类相当于拥有一个”注册表“,一旦天气数据成员变量发生变化,就notify所有注册的观察者。所以程序的结果会打印出最新更新的天气内容。
4、引入该设计模式后对系统架构和代码结构带来了哪些好处?
降低了目标与观察者之间的耦合关系,两者之间是抽象耦合关系;目标与观察者之间建立了一套触发机制。
具体来说,在上例中,好处在于,不需要在天气数据类中一开始就确定要更新的公告牌,因为考虑到可扩展性,后期可能会有很多很多的公告牌需要更新,采用观察者模式,就避免了程序的修改。
5、解释其中用到的多态机制,说明模块抽象封装的方法
这里多态机制主要体现在抽象接口的使用,在设计观察者时,先使用了一个观察者的抽象接口类Observer,这样在天气数据类中,不论是什么样的具体的观察者,都被看做是抽象观察者Observer,调用抽象观察者的update函数,再根据不同的具体观察者调用不同的update实现。这样的抽象非常重要,保证了被观察者中处理观察者方法上的一致性。
6、分析各个模块的内聚度和模块之间的耦合度
观察者模式将观察者和主题(被观察者)彻底解耦,主题只知道观察者实现了某一接口(也就是Observer接口)。并不需要观察者的具体类是谁、做了些什么或者其他任何细节。任何时候我们都可以增加新的观察者。因为主题唯一依赖的东西是一个实现了Observer接口的对象列表。总而言之,具体观察者与被观察者没有耦合,抽象观察者与被观察者有一定耦合关系,但因为抽象类自身太简单,没有实现,所以也是很低的耦合。
github地址:https://github.com/BaronZ88/DesignPatterns
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