Java面试问设计模式怎么用：基于观察者模式的应用方案
引言
在Java开发中，设计模式是重要的工具，它们为我们提供了一种通用的方法来解决常见的问题。在面试中，通常会询问关于设计模式的问题，如"你如何使用设计模式来解决具体的问题?"。在本文中，我们将通过观察者模式来解决一个具体问题：在一个天气监测系统中，如何让多个用户实时获取天气信息的更新。
观察者模式简介
观察者模式是一种行为型设计模式，用于在对象之间建立一种一对多的依赖关系，使得当一个对象的状态发生变化时，所有依赖于它的对象都会得到通知并被自动更新。这个模式非常适合于事件驱动的系统，能够有效地处理状态变化并通知多个观察者。
适用场景
- 需要一个对象在其状态改变时通知多个其他对象。
- 对象之间的耦合度需保持较低。
实例分析：天气监测系统
我们将实现一个简单的天气监测系统，包含气象站（Subject）和多个显示设备（Observers）。
1. 创建主题（WeatherData）
主题负责存储天气数据，并通知所有注册的观察者。
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
interface WeatherObserver {
void update(float temperature, float humidity, float pressure);
}
class WeatherData {
private List<WeatherObserver> observers;
private float temperature;
private float humidity;
private float pressure;
public WeatherData() {
observers = new ArrayList<>();
}
public void registerObserver(WeatherObserver observer) {
observers.add(observer);
}
public void removeObserver(WeatherObserver observer) {
observers.remove(observer);
}
public void measurementsChanged() {
notifyObservers();
}
public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
this.temperature = temperature;
this.humidity = humidity;
this.pressure = pressure;
measurementsChanged();
}
private void notifyObservers() {
for (WeatherObserver observer : observers) {
observer.update(temperature, humidity, pressure);
}
}
}
2. 创建观察者（DisplayDevices）
我们将实现多个显示设备，用于显示天气信息。
class CurrentConditionsDisplay implements WeatherObserver {
private float temperature;
private float humidity;
@Override
public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
this.temperature = temperature;
this.humidity = humidity;
display();
}
public void display() {
System.out.println("Current conditions: " + temperature + "F degrees and " + humidity + "% humidity");
}
}
3. 主程序：模拟天气变化
现在，我们可以在主程序中，创建一个WeatherData对象并注册多个显示设备。
public class WeatherStation {
public static void main(String[] args) {
WeatherData weatherData = new WeatherData();
CurrentConditionsDisplay currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay();
weatherData.registerObserver(currentDisplay);
weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);
weatherData.setMeasurements(82, 70, 29.2f);
}
}
4. 序列图
下面是该系统工作时的序列图，展示了，一个气象站如何通知不同的观察者。
sequenceDiagram
participant W as WeatherData
participant D1 as CurrentConditionsDisplay
participant D2 as AnotherDisplay
W->>D1: update(80, 65, 30.4)
W->>D2: update(80, 65, 30.4)
W->>D1: update(82, 70, 29.2)
W->>D2: update(82, 70, 29.2)
5. 代码的可扩展性和维护性
观察者模式的一个重要优点是它的可扩展性。当我们需要新增一个显示设备时，无需修改WeatherData的任何代码，只需创建一个新的观察者实现，并注册到主题即可。这种松耦合的设计使得系统的维护和扩展变得更加简单和高效。
结论
通过本文的介绍，我们详细实现了一个基于观察者模式的天气监测系统。这种模式不仅提高了系统的灵活性和可扩展性，还使代码结构保持清晰。无论是在实际的开发工作中，还是在面试中，熟练掌握设计模式的应用都是十分必要的。观察者模式在处理事件通知、数据变化等情景下非常有效，是一个值得深入学习和应用的设计模式。在面试时，能够将设计模式与实际案例结合起来，能够展示出你的设计思维和解决问题的能力。
