الگوی طراحی Observer در جاوا

مقدمه

در توسعه نرم‌افزار، همواره با نیاز به ارتباط و هماهنگی بین بخش‌های مختلف سیستم مواجه هستیم. یکی از رایج‌ترین روش‌ها برای مدیریت این تعاملات استفاده از الگوی طراحی Observer است. این الگو با ایجاد یک ارتباط یک‌-به-چند بین اشیاء، امکان اطلاع‌رسانی خودکار تغییرات را به وابسته‌ها فراهم می‌کند. در این مقاله، الگوی Observer را با جزئیات کامل معرفی کرده و یک مثال کاربردی از آن ارائه می‌دهیم.

تعریف الگوی Observer

الگوی Observer یک رابطه یک‌-به-چند بین اشیاء تعریف می‌کند، به طوری که هر زمان وضعیت یک شیء (Subject) تغییر کند، تمام وابسته‌های آن (Observers) به‌طور خودکار مطلع شده و به‌روزرسانی می‌شوند. این الگو به‌ویژه زمانی مفید است که تغییرات در داده‌ها باید به‌صورت دینامیک به چندین بخش دیگر منتقل شود.

ویژگی‌های کلیدی:

1. Loose Coupling (ارتباط ضعیف): وابستگی بین Subject و Observers به حداقل ممکن کاهش می‌یابد.
2. ارتباط دینامیک: اضافه یا حذف Observers در هر زمان امکان‌پذیر است.
3. انعطاف‌پذیری در تغییرات: امکان توسعه و تغییر در Observerها بدون نیاز به تغییر در Subject فراهم است.

ساختار الگوی Observer

ساختار الگو شامل سه بخش اصلی است:

1. Subject (موضوع):

   • رابطی برای مدیریت Observers با متدهای زیر:
     • registerObserver(Observer o) برای ثبت Observers.
     • removeObserver(Observer o) برای حذف Observers.
     • notifyObservers() برای اطلاع‌رسانی به Observers.

2. Observer (ناظر):

   • رابطی که شامل متدی به نام update() است. تمام Observers باید این رابط را پیاده‌سازی کنند.

3. ConcreteSubject (موضوع واقعی):

   • پیاده‌سازی Subject و مدیریت وضعیت داخلی.

4. ConcreteObserver (ناظر واقعی):

   • پیاده‌سازی Observer و تعریف رفتار خاص هنگام دریافت اطلاع‌رسانی.

مثال عملی: سیستم پایش آب‌وهوا

برای توضیح بهتر، سیستمی را طراحی می‌کنیم که وضعیت آب‌وهوا (دما، رطوبت و فشار) را پایش کرده و به سه نمایشگر (شرایط فعلی، آمار، و پیش‌بینی) اطلاع‌رسانی می‌کند.

مرحله ۱: تعریف رابط‌ها

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

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

public interface DisplayElement {
    void display();
}

مرحله ۲: پیاده‌سازی Subject

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class WeatherData implements Subject {
    private List<Observer> observers;
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;

    public WeatherData() {
        observers = new ArrayList<>();
    }

    @Override
    public void registerObserver(Observer o) {
        observers.add(o);
    }

    @Override
    public void removeObserver(Observer o) {
        observers.remove(o);
    }

    @Override
    public 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;
        notifyObservers();
    }
}

مرحله ۳: پیاده‌سازی Observers

نمایشگر "شرایط فعلی" را پیاده‌سازی می‌کنیم:

public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement {
    private float temperature;
    private float humidity;
    private Subject weatherData;

    public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registerObserver(this);
    }

    @Override
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        display();
    }

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("Current conditions: " + temperature + "F degrees and " + humidity + "% humidity");
    }
}

مرحله ۴: اجرای برنامه

public class WeatherStation {
    public static void main(String[] args) {
        WeatherData weatherData = new WeatherData();

        CurrentConditionsDisplay currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);

        weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);
        weatherData.setMeasurements(82, 70, 29.2f);
        weatherData.setMeasurements(78, 90, 29.2f);
    }
}

خروجی:

Current conditions: 80.0F degrees and 65.0% humidity
Current conditions: 82.0F degrees and 70.0% humidity
Current conditions: 78.0F degrees and 90.0% humidity

بهبود و تغییرات

1. Push vs Pull:

   • در طراحی فعلی، داده‌ها به Observers ارسال می‌شوند (Push). اما می‌توانیم Observers را طوری طراحی کنیم که داده‌های موردنیاز را از Subject دریافت کنند (Pull).

2. توسعه نمایشگرها:

   • نمایشگرهای دیگر مانند "Heat Index" را می‌توانیم با استفاده از همین الگو اضافه کنیم.

نتیجه‌گیری

الگوی Observer راهکاری قدرتمند برای مدیریت تغییرات و ارتباط بین اشیاء در سیستم‌های نرم‌افزاری ارائه می‌دهد. این الگو با کاهش وابستگی‌ها و افزایش انعطاف‌پذیری، توسعه و نگهداری کد را ساده می‌کند. با استفاده از این الگو، می‌توانید سیستم‌هایی قابل توسعه و پایدار بسازید که در برابر تغییرات مقاوم هستند.