利用觀察者模式實(shí)現(xiàn)自頂向下消息傳遞

肖永剛

(文山學(xué)院計(jì)科系，云南文山663000)

校園中存在著許多的對(duì)象，例如校園、教師、學(xué)生等，這些對(duì)象代表著真實(shí)校園中的各種實(shí)體。在真實(shí)的校園中消息是這樣傳遞的，首先校園有了一個(gè)消息，它需要將這個(gè)消息通知教師，再由教師將這個(gè)消息通知學(xué)生?；蛘撸處熡辛艘粋€(gè)消息，他需要將這個(gè)消息通知學(xué)生，但不必將這個(gè)消息通知校園。消息總是從較高的層次向較低的層次傳遞，不會(huì)反向的從較低的層次向較高的層次傳遞。這是一種自頂向下式的消息傳遞機(jī)制。

同樣的，在設(shè)計(jì)虛擬校園［1］時(shí)，也要實(shí)現(xiàn)這樣的一種消息傳遞方式。校園、教師和學(xué)生等對(duì)象構(gòu)成了整個(gè)虛擬校園的基本元素。文章只介紹了這三者之間的消息傳遞機(jī)制，以簡(jiǎn)化需要討論的問(wèn)題。

觀察者模式［2］在對(duì)象之間定義了一種一對(duì)多的依賴關(guān)系。當(dāng)一個(gè)對(duì)象(發(fā)布者)的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，其它的對(duì)象(觀察者)，會(huì)馬上感知或接受到這種變化，所以觀察者模式在開發(fā)虛擬校園時(shí)非常有用。對(duì)比兩種設(shè)計(jì)虛擬校園的方法，一種沒(méi)有使用觀察者模式，而只是基于組合原則來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)，另一種應(yīng)用了觀察者模式來(lái)設(shè)計(jì)開發(fā)虛擬校園，在校園、教師和學(xué)生三個(gè)對(duì)象之間建立起一對(duì)多的依賴關(guān)系。文章用對(duì)比的方式來(lái)說(shuō)明應(yīng)用觀察者模式設(shè)計(jì)帶來(lái)的好處［3］。

1 初始的設(shè)計(jì)

類圖如圖1所示，校園、教師和學(xué)生通過(guò)組合的方式聯(lián)系在一起，組合原則廣泛地應(yīng)用于這個(gè)設(shè)計(jì)中。Campus類包含一個(gè)實(shí)體變量teachers，用來(lái)代表教師對(duì)象，即消息要傳遞給誰(shuí)。Teacher類包含一個(gè)實(shí)體變量students，代表學(xué)生對(duì)象，即要繼續(xù)將消息傳遞給誰(shuí)。三個(gè)類之間通過(guò)變量teachers和變量students進(jìn)行訪問(wèn)。

圖1 應(yīng)用組合方式構(gòu)建的系統(tǒng)

序列圖［4］如圖2所示，系統(tǒng)生成參與消息傳遞的對(duì)象，分別屬于 Campus、Teacher和 Student類。在對(duì)象內(nèi)部已經(jīng)指定了消息的發(fā)送者和接受者，在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中不會(huì)也不能更改它們。首先Campus類產(chǎn)生一個(gè)消息并將它傳遞給Teacher類，通過(guò)調(diào)用Campus類的broadcast方法實(shí)現(xiàn)。然后Teacher類接受這個(gè)消息并將它傳遞給Student類，通過(guò)調(diào)用Teacher類的 receiveMessage和 broadcast方法實(shí)現(xiàn)。最后Student類接受這個(gè)消息，通過(guò)調(diào)用Student類的receiveMessage方法實(shí)現(xiàn)。這樣的方式可以實(shí)現(xiàn)消息的自頂向下的傳遞，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。

圖2 應(yīng)用組合方式時(shí)的序列圖

但是這種設(shè)計(jì)方式有它的不足之處。一方面，當(dāng)要擴(kuò)展虛擬校園的功能時(shí)，比方說(shuō)增加一些對(duì)象，這些對(duì)象同樣要參與到消息傳遞的過(guò)程當(dāng)中，此時(shí)就需要對(duì)已有類的定義代碼進(jìn)行修改，定義更多的實(shí)體變量來(lái)代表新加入的對(duì)象。當(dāng)加入到系統(tǒng)中的對(duì)象越來(lái)越多時(shí)，這種修改的工作量將變得很大。產(chǎn)生錯(cuò)誤的幾率也隨之增加，系統(tǒng)的可維護(hù)性變得很差。另一方面，這個(gè)設(shè)計(jì)中沒(méi)有提供一種靈活的更改消息發(fā)送或接受對(duì)象的方法。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，不能動(dòng)態(tài)的將對(duì)象加入到消息傳遞過(guò)程中，或從消息傳遞過(guò)程中將對(duì)象移除，因?yàn)檫@些都是在類的定義中預(yù)先指定了的。通過(guò)這種方式設(shè)計(jì)的系統(tǒng)缺少靈活性。

2 改進(jìn)的設(shè)計(jì)

應(yīng)用觀察者模式重新設(shè)計(jì)了虛擬校園，系統(tǒng)在可擴(kuò)展性和靈活性上都獲得很大的提高，類圖如圖3所示，Campus類是發(fā)布者;Teacher類有兩個(gè)身份，既可以是發(fā)布者又可以是觀察者，Student類只能作為觀察者。當(dāng)Campus類或者Teacher類發(fā)送消息時(shí)，它們相應(yīng)的觀察者將會(huì)收到消息。采用這樣的設(shè)計(jì)方式，整個(gè)系統(tǒng)的靈活性得到了提高。只要一個(gè)對(duì)象實(shí)現(xiàn)了發(fā)布者接口，它就可以是發(fā)布者，不管這個(gè)對(duì)象實(shí)際上是做什么的［5］。同樣，只要一個(gè)對(duì)象實(shí)現(xiàn)了觀察者接口，它就可以是觀察者。所以，當(dāng)要擴(kuò)展系統(tǒng)功能時(shí)，可以很方便地添加一些實(shí)現(xiàn)了這兩種接口的類，而不需要對(duì)已有的類進(jìn)行修改。唯一需要保證的是，這些類實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的接口。

圖3 應(yīng)用觀察者模式構(gòu)建的系統(tǒng)

虛擬校園系統(tǒng)在校園、教師和學(xué)生之間建立了兩個(gè)一對(duì)多的依賴關(guān)系。一個(gè)是Campus類與Teacher類，Teacher類依賴Campus類傳遞消息;另一個(gè)是Teacher類與 Student類，Student類依賴 Teacher類傳遞消息。Teacher類扮演了兩種身份，既是消息的接受方又是消息的發(fā)送方。

在Subject接口中，方法attach用來(lái)注冊(cè)觀察者，detach用來(lái)注銷觀察者，方法notify用來(lái)通知觀察者;在Observer接口中，方法receiveMessage用來(lái)接受消息。在Campus類中，變量observers用來(lái)代表消息的觀察者列表，方法getMessage用來(lái)產(chǎn)生新的消息;在Teacher類中，變量observers用來(lái)代表消息的觀察者列表，變量campus用來(lái)代表消息的發(fā)布者，方法getMessage用來(lái)產(chǎn)生新的消息;在Student類中，變量campus用來(lái)代表消息的發(fā)布者，方法get-Message用來(lái)產(chǎn)生新的消息。

序列圖如圖4所示，當(dāng)Campus類傳遞消息之前，它需要調(diào)用attach和detach方法決定消息由誰(shuí)接受。一旦產(chǎn)生一條消息，它首先將這條消息傳遞給Teacher類，Teacher類收到消息后，也需要調(diào)用attach和detach方法決定消息由誰(shuí)接受，再將這條消息傳遞給Student類。這樣，通過(guò)動(dòng)態(tài)的注冊(cè)和注銷觀察者，以及利用不同對(duì)象之間方法的依次調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了消息自頂向下的傳遞。

圖4 應(yīng)用觀察者模式時(shí)的序列圖

3 結(jié)論

總體來(lái)看，應(yīng)用設(shè)計(jì)者模式的優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)。首先，系統(tǒng)獲得良好的可擴(kuò)展性，可以很容易的向系統(tǒng)中添加新的對(duì)象，需要做的只是要那些新加入的對(duì)象實(shí)現(xiàn)Subject接口或Observer接口，然后，可以在需要它們進(jìn)行消息傳遞的時(shí)候注冊(cè)到觀察者列表，在不需要進(jìn)行消息傳遞的時(shí)候注銷出觀察者列表。其次，對(duì)于本系統(tǒng)中參與消息傳遞的對(duì)象，因?yàn)榘l(fā)布者和觀察者之間并不存在很緊密的聯(lián)系，它們可以獨(dú)立地應(yīng)用在其它的系統(tǒng)中。對(duì)其中某個(gè)對(duì)象的復(fù)用不受到另外對(duì)象的影響或限制。最后，如果對(duì)某個(gè)對(duì)象進(jìn)行了修改，不會(huì)影響其它的對(duì)象，不需要修改已有的對(duì)象。所以，采用了觀察者模式重新設(shè)計(jì)以后，系統(tǒng)獲得了良好的可擴(kuò)展性和靈活性，有利于系統(tǒng)的修改和維護(hù)。

可以看到，重新設(shè)計(jì)以后將會(huì)帶來(lái)更多的接口和方法。每個(gè)發(fā)布者或接受者都需要某個(gè)接口去定義。但是對(duì)于一個(gè)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，這可能會(huì)帶來(lái)管理上的困難，因?yàn)楦櫥蚓S護(hù)這些類的工作量會(huì)增多。

［1］ 劉巧紅.計(jì)算機(jī)虛擬校園的建造與人機(jī)交互的實(shí)現(xiàn)［J］．計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2006，(19):4332 －4335.

［2］ Eric Freeman，Elisabeth Freeman，Kathy Sierra ＆ Bert Bates.Head First Design Patterns［M］．USA:O’reilly Media，2004:51.

［3］ 廖志堅(jiān)，蔣明亮.設(shè)計(jì)模式在廣東高新區(qū)產(chǎn)業(yè)地圖研究系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］．科技管理研究，2011，(2):123－126.

［4］ Dan Pilone＆ Russ Miles.Head First Software Development［M］．USA:O’reilly Media，2007:436－437.

［5］ Kathy Sierra＆ Bert Bates.Head First Java［M］．USA:O’reilly Media，2007:226.