一、什么是觀察者模式？

觀察者模式（Observer Pattern）是一種行為型設計模式，用于對象之間的一對多依賴關系：當被觀察對象（Subject）狀態發生變化時，所有依賴它的觀察者（Observer）都會自動收到通知并更新。

拿天氣預報系統來類比
假設你是一個氣象局的中央發布系統，每當你更新天氣預報，訂閱了你天氣服務的各種渠道（如手機 App、LED 公交站牌、廣播系統）都會自動收到通知并顯示新的天氣情況。

• 氣象局 = 被觀察者（Subject）
• 各種顯示設備 = 觀察者（Observer）
• 通知機制 = 觀察者模式的核心精髓

二、模式結構圖

三、代碼實戰

我們構建一個完整的天氣通知系統：

• WeatherStation 是被觀察者
• PhoneDisplay 和 LedBoardDisplay 是觀察者

1. Observer 接口

public interface Observer {void update(float temperature, float humidity, float pressure);
}

2. Subject 接口

public interface Subject {void registerObserver(Observer o);void removeObserver(Observer o);void notifyObservers();
}

3. WeatherStation（被觀察者）

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class WeatherStation implements Subject {private List<Observer> observers = new ArrayList<>();private float temperature, humidity, pressure;@Overridepublic void registerObserver(Observer o) {observers.add(o);}@Overridepublic void removeObserver(Observer o) {observers.remove(o);}@Overridepublic void notifyObservers() {for (Observer o : observers) {o.update(temperature, humidity, pressure);}}public void setMeasurements(float temp, float hum, float press) {this.temperature = temp;this.humidity = hum;this.pressure = press;notifyObservers(); // 狀態變了，通知大家！}
}

4. 兩個觀察者實現類

手機顯示端

public class PhoneDisplay implements Observer {@Overridepublic void update(float temperature, float humidity, float pressure) {System.out.println("[手機App] 當前天氣：溫度=" + temperature + "℃，濕度=" + humidity + "%，氣壓=" + pressure + " hPa");}
}

LED 公交站牌

public class LedBoardDisplay implements Observer {@Overridepublic void update(float temperature, float humidity, float pressure) {System.out.println("[LED站牌] 實時天氣：T=" + temperature + "℃ | H=" + humidity + "% | P=" + pressure + " hPa");}
}

5. 主程序測試

public class WeatherApp {public static void main(String[] args) {WeatherStation station = new WeatherStation();Observer phone = new PhoneDisplay();Observer led = new LedBoardDisplay();station.registerObserver(phone);station.registerObserver(led);station.setMeasurements(28.5f, 60f, 1012f);station.setMeasurements(30.1f, 55f, 1008f);}
}

四、實戰示例UML 圖

@startuml
interface Observer {+update(temp, humidity, pressure)
}interface Subject {+registerObserver(o: Observer)+removeObserver(o: Observer)+notifyObservers()
}class WeatherStation implements Subject {-observers: List<Observer>-temperature: float-humidity: float-pressure: float+setMeasurements(temp, hum, press)
}class PhoneDisplay implements Observer
class LedBoardDisplay implements ObserverSubject <|.. WeatherStation
Observer <|.. PhoneDisplay
Observer <|.. LedBoardDisplay
WeatherStation --> Observer : notifies >>
@enduml

五、優點與應用場景

優點

• 低耦合性：Subject 和 Observer 相互獨立，只通過接口聯系；
• 靈活可擴展：任意添加/刪除觀察者，不影響其他模塊；
• 符合開閉原則：修改 Subject 不影響 Observer 行為。

典型應用場景

• GUI 事件系統（按鈕點擊監聽）
• 消息訂閱與發布（如 Kafka、MQTT）
• 數據驅動的響應式 UI 框架（React/Vue 背后的思想）
• 游戲狀態監聽器（如玩家血量變化通知 UI）

六、小結

一句話總結觀察者模式： “我變了，我的訂閱者們會立刻知道。”

觀察者模式本質上是發布-訂閱模式的一種實現。通過本篇“天氣預報”類比，我們不僅理解了模式的結構，還體驗了它在實際開發中的強大威力。

七、參考

《23種設計模式概覽》