Java观察者模式案例

本文目录导读：

1. 案例场景
2. 类结构
3. 完整代码实现
4. 运行结果
5. 设计要点

我将通过一个天气预报系统的案例来展示观察者模式的实现。

案例场景

气象站需要将天气数据（温度、湿度、气压）的变化通知到多个显示设备（如手机App、网页、电视等），当气象数据更新时，所有注册的显示设备都能自动收到通知。

类结构

┌─────────────────┐     ┌──────────────────────┐
│   Subject       │     │   Observer           │
│  (接口/抽象类)   │     │  (接口)              │
├─────────────────┤     ├──────────────────────┤
│ +register()     │     │ +update()            │
│ +remove()       │     └──────────────────────┘
│ +notify()       │                △
└─────────────────┘                │
         △                         │
         │                         │
┌────────┴────────┐     ┌──────────┴──────────┐
│ WeatherData     │     │ DisplayElement      │
│ (具体主题)       │     │ (具体观察者)         │
└─────────────────┘     └─────────────────────┘

完整代码实现

观察者接口

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

主题接口

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

显示元素接口

// 显示元素接口
public interface DisplayElement {
    void display();
}

具体主题 - 天气预报数据

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
// 具体主题：天气预报数据
public class WeatherData implements Subject {
    private List<Observer> observers;
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;
    public WeatherData() {
        observers = new ArrayList<>();
    }
    @Override
    public void registerObserver(Observer observer) {
        if (observer != null && !observers.contains(observer)) {
            observers.add(observer);
        }
    }
    @Override
    public void removeObserver(Observer observer) {
        observers.remove(observer);
    }
    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(temperature, humidity, pressure);
        }
    }
    // 当气象站数据更新时调用
    public void measurementsChanged() {
        notifyObservers();
    }
    // 模拟气象数据更新
    public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        measurementsChanged();
    }
    // 获取温度
    public float getTemperature() {
        return temperature;
    }
}

具体观察者 - 手机App显示

// 手机App显示
public class PhoneDisplay implements Observer, DisplayElement {
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;
    private Subject weatherData;
    public PhoneDisplay(Subject weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registerObserver(this);
    }
    @Override
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        display();
    }
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("📱 [手机App显示] 温度: " + temperature + "°C, "
                + "湿度: " + humidity + "%, 气压: " + pressure + "hPa");
    }
}

具体观察者 - 网页显示

// 网页显示
public class WebDisplay implements Observer, DisplayElement {
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;
    private Subject weatherData;
    public WebDisplay(Subject weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registerObserver(this);
    }
    @Override
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        display();
    }
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("🌐 [网页显示] 当前天气："
                + "温度 " + temperature + "°C | "
                + "湿度 " + humidity + "% | "
                + "气压 " + pressure + " hPa");
    }
}

具体观察者 - 统计显示（使用拉模型）

// 统计显示：使用拉模型获取数据
public class StatisticsDisplay implements Observer, DisplayElement {
    private float maxTemp = 0.0f;
    private float minTemp = 200;
    private float tempSum = 0.0f;
    private int numReadings;
    private WeatherData weatherData;
    public StatisticsDisplay(WeatherData weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registerObserver(this);
    }
    @Override
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        tempSum += temperature;
        numReadings++;
        if (temperature > maxTemp) {
            maxTemp = temperature;
        }
        if (temperature < minTemp) {
            minTemp = temperature;
        }
        display();
    }
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("📊 [统计显示] 平均温度: " + (tempSum / numReadings) 
                + "°C, 最高温度: " + maxTemp + "°C, 最低温度: " + minTemp + "°C");
    }
}

测试类

public class WeatherStationTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建具体主题
        WeatherData weatherData = new WeatherData();
        // 创建观察者并注册
        PhoneDisplay phoneDisplay = new PhoneDisplay(weatherData);
        WebDisplay webDisplay = new WebDisplay(weatherData);
        StatisticsDisplay statisticsDisplay = new StatisticsDisplay(weatherData);
        System.out.println("===== 天气观测站启动 =====");
        System.out.println();
        // 模拟天气数据变化
        System.out.println("--- 第一次天气更新 ---");
        weatherData.setMeasurements(25.5f, 65.0f, 1013.0f);
        System.out.println("\n--- 第二次天气更新 ---");
        weatherData.setMeasurements(26.2f, 65.4f, 1012.5f);
        System.out.println("\n--- 移除手机App观察者 ---");
        weatherData.removeObserver(phoneDisplay);
        System.out.println("\n--- 第三次天气更新（手机App不再接收） ---");
        weatherData.setMeasurements(27.0f, 66.0f, 1012.0f);
        // 使用拉模型
        System.out.println("\n--- 从主题拉取最新温度 ---");
        float currentTemp = weatherData.getTemperature();
        System.out.println("当前温度为: " + currentTemp + "°C");
    }
}

运行结果

===== 天气观测站启动 =====
--- 第一次天气更新 ---
📱 [手机App显示] 温度: 25.5°C, 湿度: 65.0%, 气压: 1013.0hPa
🌐 [网页显示] 当前天气：温度 25.5°C | 湿度 65.0% | 气压 1013.0 hPa
📊 [统计显示] 平均温度: 25.5°C, 最高温度: 25.5°C, 最低温度: 25.5°C
--- 第二次天气更新 ---
📱 [手机App显示] 温度: 26.2°C, 湿度: 65.4%, 气压: 1012.5hPa
🌐 [网页显示] 当前天气：温度 26.2°C | 湿度 65.4% | 气压 1012.5 hPa
📊 [统计显示] 平均温度: 25.85°C, 最高温度: 26.2°C, 最低温度: 25.5°C
--- 移除手机App观察者 ---
--- 第三次天气更新（手机App不再接收） ---
🌐 [网页显示] 当前天气：温度 27.0°C | 湿度 66.0% | 气压 1012.0 hPa
📊 [统计显示] 平均温度: 26.23°C, 最高温度: 27.0°C, 最低温度: 25.5°C
--- 从主题拉取最新温度 ---
当前温度为: 27.0°C

设计要点

推模型 vs 拉模型

• 推模型：主题将数据推送给观察者（update(float temp, float humidity, float pressure)）
• 拉模型：观察者主动从主题拉取数据（weatherData.getTemperature()）

解耦优势

• 主题（WeatherData）不需要知道观察者的具体类型
• 观察者可以随时注册或取消注册
• 新增观察者类型无需修改主题代码

Java内置支持

Java提供了java.util.Observable和java.util.Observer，但在实际项目中推荐自定义以实现更好的解耦和灵活性。

观察者模式特别适合一对多的对象关系，当主题状态变化时，所有观察者自动收到通知，实现了对象间的松耦合设计。