Шаблоны проектирования Design Pattern Наблюдатель (Observer) или Слушатель (Listener) по книге Эрик и Элизабет Фримен Паттерны проектирования

2 Объекты в курсе событий Один объект оповещает другие объекты о наступлении неких событий, которые могут представлять для них интерес, причем объекты даже могут решать во время выполнения, желают ли они и дальше получать информацию. Паттерн Наблюдатель чрезвычайно полезен и принадлежит к числу наиболее часто ис­пользуемых паттернов JDK. Также будут рассмотрены связи типа «один-ко-многим» и слабые связи.

3 Техническое задание разработка ПО метеорологической станции следующего поколения Метеостанция работает на базе запатентованного объекта WeatherData, отслеживающего текущие погодные условия (температура, влажность, атмосферное давление) Требуется создать приложение, которое изначально отображает три визуальных элемента: текущую сводку, статистику простой прогноз. Все данные обновляются в реальном времени, по мере того как объект WeatherData получает данные последних измерений. Необходимо предусмотреть возможность расширения программы. Определите API, чтобы другие разработчики могли писать собственные визуальные элементы для отображения погодной информации и подключать их к приложению.

4 Обзор приложения Weather Station Система состоит из 3-х компонентов: Метеостанция – физическое устройство осуществляет сбор данных Объект WeatherData – отслеживает данные, обновляет отображаемую информацию Экран – выводит текущую информацию о погоде датчик температуры датчик давления метеостанция текущее состояние темп: 24 0 влажность: 60 давление объект WeatherData визуальный элемент датчик влажности получает данные отображает Предоставляет заказчик Реализуем мы Три режима: текущее состояние прогноз статистика

5 Класс WeatherData WeatherData getTemperature() getHumidity() getPressure() measurementsChanged() // другие методы Возвращают новейшие значения температуры, влажности, давления Этот метод вызывается при каждом обновлении датчиков Метод measurementsChanged() необходимо реализовать так, чтобы он обновлял изображение для трех элементов: текущего состояния, статистики прогноза. /* * * метод вызывается при * каждом обновлении датчиков * */ public void measurementsChanged(){ // ваш код }

6 Что известно? Класс WeatherData содержит get-методы для показаний трех датчиков: температуры, влажности и атмосферного давления. Метод measurementsChanged() вызывается при появлении новых метеорологических данных. Необходимо реализовать три экрана вывода, исполь­зующих метеорологические данные: экран текущего состояния, экран статистики и экран прогноза. Эти экраны должны обновляться каждый раз, когда у объекта WeatherData появляются новые данные. Система должна быть расширяемой другие разработчики будут создавать новые экраны вывода, а пользователи могут добавлять и удалять их в своих приложениях. getTemperature() getHumidity() getPressure() measurementsChanged() текущее состояние статисти ка прогноз ?

7 Первое, что приходит в голову public class WeatherData { // Объявления переменных экземпляров public void measurementsChanged() { float temp = getTemperature(); float humidity = getHumidity(); float pressure = getPressure(); currentConditionsDisplay.update(temp, humidity, pressure); statisticsDisplay.update(temp, humidity, pressure); forecastDisplay.update(temp, humidity, pressure); } // другие методы WeatherData } Чтобы получить обновленные данные, мы вызываем (уже реализованные) get-методы класса WeatherData Запрос на перерисовку каждого элемента с передачей обновленных значений

8 Может, все же воспользуемся паттерном наблюдатель? Чем плоха такая реализация? public class WeatherData { // Объявления переменных экземпляров public void measurementsChanged() { float temp = getTemperature(); float humidity = getHumidity(); float pressure = getPressure(); currentConditionsDisplay.update(temp, humidity, pressure); statisticsDisplay.update(temp, humidity, pressure); forecastDisplay.update(temp, humidity, pressure); } переменная область – необходимо инкапсулировать общий интерфейс взаимодествия с экранными элементами… программирование на уровне конкретной реализации

9 Знакомство с паттерном Наблюдатель Издатель открывает свое дело и начинает выпускать газету. Вы оформляете подписку у конкретного издателя. Каждый раз, когда выходит новый номер, он доставляется вам. Пока подписка действует, вы получаете новые выпуски газеты. Если вы не хотите больше получать газету, вы прекращаете подписку. Пока газета продолжает публиковаться, люди, гостиницы, авиалинии и т. д. постоянно оформляют и прекращают подписку.

10 Издатели + Подписчики = Паттерн Наблюдатель Subject Observers Hey! Subscribe me! I want to listen you! Ive been updated! Hey! Unsubscribe me! I dont want to listen you anymore!

11 Определение паттерна Наблюдатель > Subject registerObserver() removeObserver() notifyObservers() ConcreteSubject registerObserver(){…} removeObserver() {…} notifyObservers() {…} getState() setState() update() // другие методы // конкретного // наблюдателя ConcreteObserver > Observer update() наблюдатели субъект Паттерн Наблюдатель определяет отношение «один-ко- многим таким образом, что при изменений состояния одного объекта происходит автоматическое оповещение и обновление всех зависимых объектов.

12 Сила слабых связей Если два объекта могут взаимодействовать, не обладая практически никакой информацией друг о друге, такие объекты называют слабосвязанными. Единственное, что знает субъект о наблюдателе, то, что тот реализует некоторый интерфейс (Observer). Новые наблюдатели могут добавляться в любой момент. Добавление новых типов наблюдателей не требует модификации субъекта. Субъекты и наблюдатели могут повторно использоваться независимо друг от друга. Изменения в субъекте или наблюдателе не влияют на другую сторону.

13 Полезный принцип проектирования Принцип проектирования Стремитесь к слабой связности взаимодействующих объектов На базе слабосвязанных архитектур строятся гибкие ОО-системы, которые хорошо адаптируются к изменениям благодаря минимальным зависимостям между объектами

14 Проектирование Weather Station > Subject registerObserver() removeObserver() notifyObservers() WeatherData registerObserver(){…} removeObserver() {…} notifyObservers() {…} getTemperature() getHumidity() getPressure() measurementsChanged() update() display() { // текущие параметры } CurrentConditionDisplay > Observer update() > DisplayElement display() update() display() { // статистика } StatisticDisplay update() display() { // прогноз } ForecastDisplay update() display() { // что-то другое } ThirdPartyDisplay наблюдатели субъект реализация Weather Station

15 Встроенная реализация в языке Java Интерфейс Observer и класс Observable пакета java.util предоставляют значительное количество готовых функций Со встроенной поддержкой Java достаточно расширить Observable и указать когда следует оповещать наблюдателей. API сделает все остальное

16 Переработанная версия Weather Station Observable addObserver() deleteObserver() notifyObservers() setChanged() WeatherData getTemperature() getHumidity() getPressure() update() display() { // текущие параметры } CurrentConditionDisplay > Observer update() display() { // статистика } StatisticDisplay update() display() { // прогноз } ForecastDisplay update() display() { // что-то другое } ThirdPartyDisplay наблюдатели субъект

17 Как встроенная поддержка паттерна работает в Java Чтобы объект стал наблюдателем... Как обычно, реализуйте интерфейс Observer (на этот раз интерфейс java.util. Observer) Чтобы поместить себя в список наблюдателей вызовите addObserver() у любого объекта Observable Чтобы исключить себя из списка наблюдателей, вызовите у Observable метод deleteObserver().

18 Как встроенная поддержка паттерна работает в Java Чтобы объект Observable рассылал оповещения... Прежде всего необходимо наделить его функциями субъекта, расширив супер­класс Java.util.Observable. Далее процесс состоит из двух шагов: Вызовите метод setChanged(), чтобы обозначить изменение состояния в вашем объекте. Вызовите один из двух методов notifyObservers(): notifyObaervers() notifyObservers(Object arg) объект данных, передается всем наблюдателям

19 Как встроенная поддержка паттерна работает в Java Чтобы объект Observer получал оповещения... Он должен, как и прежде, реализовать метод update, но сигнатурa этого метода несколько изменяется: update(Observable o, Object arg) Если данные должны «доставляться» наблюдателям, передайте их в объекте данных при вызове notifyObserver(arg). Если нет, то наблюдатель должен «запросить» нужные данные от переданного ему объекта Observable объект данных, переданный notifyObservers() или null, если объект данных не был указан субъект, отправивший оповещение

20 Зачем нужен метод setChanged() ? setChanged(){ changed = true } notifyObservers(Object arg){ if (changed){ for every observer on the list { call update (this, arg) } changed = false } Метод setChanged() устанавливает флаг changed notifyObservers() оповещает наблюдателей только при установленном флаге changed После оповещения наблюдателей флаг changed сбрасывается реализация Weather Station со встроенной поддержкой Никогда не полагатесь на определенный порядок оповещения наблюдателей

21 Чем плох класс Observable Observable представляет собой класс, а не интерфейс и что еще хуже даже не реализацию интерфейса. Нарушение принципа «программирование на уровне интерфейса, а не реализации» поскольку Observable является классом, его необходимо субклассировать. Это означает, что поведение Observable невозможно добавить к существующему классу, который уже расширяет другой суперкласс. при отсутствии интерфейса Observable вы даже не сможете создать собственную реализацию, которая хорошо сочетается со встроенным API Java. Также не удастся заменить реализацию java.util другой (скажем, многопоточной) Нарушение принципа «отдавать предпочтение композиции перед наследованием » В API класса Observable метод setChanged() объявлен защищенным. Т.е. вы не сможете вызвать setChanged() без субклассирования Observable. Следовательно, вы даже не сможете создать экземпляр класса Observable и включить его в свои объекты посредством композиции только субклассирование

22 Другие примеры паттерна Наблюдатель в Java JavaBeans, Swing … пример Swing ?

23 Резюме Концепции ООП Абстракция Инкапсуляция Полиморфизм Наследование Принципы Инкапсулируйте, то что изменяется Отдавайте предпочтение композиции перед наследованием Программируйте на уровне интерфейсов, а не реализации Стремитесь к слабой связаности взаимодействующих объектов Паттерны Стратегия определяет семейство алгоритмов, инкапсулирует каждый из них и обеспечивает их взаимозаменяемость. Он позволяет модифицировать алгоритмы независимо от их использования на стороне клиента. Паттерн Наблюдатель определяет отношение «один-ко-многим» таким образом, что при изменений состояния одного объекта происходит автоматическое оповещение и обновление всех зависимых объектов.

24 Ключевые моменты Паттерн Наблюдатель определяет отношение «один-ко-многим» между объектами. Субъекты обновляют наблюдателей через единый интерфейс. Субъект ничего не знает о наблюдателях кроме того, что они реализуют интерфейс Observer. При использовании паттерна возможен как запрос, так и активная доставка данных от субъекта (запрос считается более «правильным»). Работа кода не должна зависеть от порядка оповещения наблюдателей. Java содержит несколько реализаций паттерна Наблюдатель, включая обобщенную реализацию Java.util.Observable. Помните о недостатках Java.util. Observable. Не бойтесь самостоятельно реализовать Observable при необходимости. Swing, как и многие GUI-инфраструктуры, широко применяет паттерн Наблюдатель. Паттерн также встречается во многих других местах, включая JavaBeans и RMI.