【设计模式】行为型模式（一）：模板方法模式、观察者模式

1.模板方法模式（Template）

模板方法模式（Template Method）是一种行为设计模式，它定义了一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中实现。模板方法使得子类可以在不改变算法结构的情况下，重新定义算法的某些特定步骤。

1.1 主要特点

• 定义算法框架：父类定义了执行某个操作的框架，但具体的实现细节留给子类完成。
• 防止子类修改：模板方法在父类中定义为 final，防止子类修改算法的总体结构。
• 钩子方法：父类可以定义一些 钩子 方法，子类可以选择性地实现这些方法，以影响算法的行为。

1.2 适用场景

• 当你有一个算法的多个变体，但它们的某些步骤是相同的，可以将这些相同的步骤提取到父类中。
• 当你希望子类能够扩展某个算法的某些特定步骤，但不能改变算法的整体结构。

1.3 示例

假设你有一个制作咖啡和茶的过程，它们的步骤大致相同，但某些细节不同。

1.3.1 抽象类定义模板方法

// 抽象类定义了模板方法
abstract class Beverage {// 模板方法，定义了算法的框架final void prepareBeverage() {boilWater();brew();pourInCup();addCondiments();}// 具体步骤，由子类实现abstract void brew();abstract void addCondiments();// 具体步骤，已经在父类中实现void boilWater() {System.out.println("Boiling water");}void pourInCup() {System.out.println("Pouring into cup");}
}

1.3.2 子类实现具体步骤

// 子类实现具体的步骤
class Coffee extends Beverage {void brew() {System.out.println("Dripping coffee through filter");}void addCondiments() {System.out.println("Adding sugar and milk");}
}class Tea extends Beverage {void brew() {System.out.println("Steeping the tea");}void addCondiments() {System.out.println("Adding lemon");}
}

1.3.3 客户端

// 客户端代码
public class TemplateMethodDemo {public static void main(String[] args) {Beverage coffee = new Coffee();coffee.prepareBeverage();System.out.println();Beverage tea = new Tea();tea.prepareBeverage();}
}

1.3.4 结果输出

Boiling water
Dripping coffee through filter
Pouring into cup
Adding sugar and milkBoiling water
Steeping the tea
Pouring into cup
Adding lemon

在这个例子中，Beverage 类定义了制作饮料的模板方法 prepareBeverage，具体的步骤 brew 和 addCondiments 由子类 Coffee 和 Tea 实现。这样，子类可以在不改变整体算法结构的情况下，实现具体的细节。

2.观察者模式（Observer）

观察者模式（Observer）是一种行为设计模式，它定义了对象之间的一对多依赖关系，当一个对象（称为 主题 或 发布者）的状态发生变化时，所有依赖于它的对象（称为 观察者 或 订阅者）都会自动得到通知并更新。

2.1 主要特点

• 主题（Subject）：维护一个观察者列表，并提供添加、删除和通知观察者的方法。
• 观察者（Observer）：定义一个更新接口，当主题状态发生变化时，观察者会收到通知并更新自己的状态。
• 具体主题（Concrete Subject）：实现主题接口，当状态发生变化时，通知所有观察者。
• 具体观察者（Concrete Observer）：实现观察者接口，根据主题的状态变化更新自己的状态。

2.2 适用场景

• 当一个对象的改变需要同时改变其他多个对象时，可以使用观察者模式。
• 当一个对象需要与多个其他对象保持一致，但又不想直接依赖这些对象时，可以使用观察者模式。

2.3 示例

假设你有一个天气站，当天气变化时，需要通知多个显示设备（如温度显示器、湿度显示器等）更新显示。

2.3.1 观察者

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

2.3.2 主题

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

2.3.3 具体主题

// 具体主题
class WeatherData implements Subject {private List<Observer> observers;private float temperature;private float humidity;private float pressure;public WeatherData() {observers = new ArrayList<>();}@Overridepublic void registerObserver(Observer observer) {observers.add(observer);}@Overridepublic void removeObserver(Observer observer) {observers.remove(observer);}@Overridepublic void notifyObservers() {for (Observer observer : observers) {observer.update(temperature, humidity, pressure);}}public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {this.temperature = temperature;this.humidity = humidity;this.pressure = pressure;measurementsChanged();}private void measurementsChanged() {notifyObservers();}
}

2.3.4 具体观察者

// 具体观察者
class CurrentConditionsDisplay implements Observer {private float temperature;private float humidity;@Overridepublic 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");}
}

2.3.5 客户端

// 客户端代码
public class ObserverPatternDemo {public static void main(String[] args) {WeatherData weatherData = new WeatherData();CurrentConditionsDisplay currentConditionsDisplay = new CurrentConditionsDisplay();weatherData.registerObserver(currentConditionsDisplay);weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);System.out.println();weatherData.setMeasurements(82, 70, 29.2f);}
}

• WeatherData 是主题，维护了一个观察者列表，并提供注册、移除和通知观察者的方法。
• CurrentConditionsDisplay 是观察者，实现了 Observer 接口，当天气数据变化时，会收到通知并更新显示。
• 天气站 WeatherData 注册了一个观察者 CurrentConditionsDisplay，当天气数据变化时，观察者会自动更新显示。

2.3.6 结果输出

Current conditions: 80.0F degrees and 65.0% humidityCurrent conditions: 82.0F degrees and 70.0% humidity

通过观察者模式，可以实现对象之间的解耦，使得一个对象的变化能够自动通知其他对象，而不需要知道这些对象的具体信息。