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观察者模式 in FP：Mutation vs Transformation

观察者模式

观察者模式（有时又被称为发布/订阅模式）是软件设计模式的一种。在此种模式中，一个目标对象管理所有相依于它的观察者对象，并且在它本身的状态改变时主动发出通知。这通常透过呼叫各观察者所提供的方法来实现。此种模式通常被用来实作事件处理系统。

以上是wiki对观察者模式的解释。

举一个《Head first design pattern》中的例子：

比如说有一个气象站，每当气象有变化的时候就需要显示当前天气。需要显示历史平均气温，最高气温和最低气温。还需要根据气压预测晴雨。

这种情况就很适合使用观察者模式，每种需要显示气象的装置作为观察者，气象数据本身作为可以被观察的对象。每当气象变化的时候，被观察的对象就会通知观察者来根据新的数据作出新的显示。

以下是书中给出的代码：

Java

public interface Observer {     void update(float temp, float humidity, float pressure); }  public interface Subject {     void registerObserver(Observer o);      void notifyObservers(); }

首先定义两个接口，一个是观察者，接收新的气象数据。一个是被观察者，可以注册观察者以及通知观察者。

public class WeatherData implements Subject {     private ArrayList<Observer> observers = new ArrayList<>();     private float temperature;     private float humidity;     private float pressure;      public void registerObserver(Observer o) {         observers.add(o);     }      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();     } }

接下来定义气象数据本身。代码很容易理解，把观察者保存在一个list里，每当气象数据变化的时候就通知这些观察者去做出新的处理。

public class CurrentConditionsDisplay implements Observer {      public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData) {         weatherData.registerObserver(this);     }      public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {         System.out.println("Current conditions: " + temperature                 + "F degrees and " + humidity + "% humidity");     } }  public class StatisticsDisplay implements Observer {     private float maxTemp = 0.0f;     private float minTemp = 200;     private float tempSum = 0.0f;     private int numReadings;      public StatisticsDisplay(WeatherData weatherData) {         weatherData.registerObserver(this);     }      public void update(float temp, float humidity, float pressure) {         tempSum += temp;         numReadings++;          if (temp > maxTemp) {             maxTemp = temp;         }          if (temp < minTemp) {             minTemp = temp;         }          System.out.println("Avg/Max/Min temperature = " + (tempSum / numReadings)                 + "/" + maxTemp + "/" + minTemp);     } }  public class ForecastDisplay implements Observer {     private float currentPressure = 29.92f;     private float lastPressure;      public ForecastDisplay(WeatherData weatherData) {         weatherData.registerObserver(this);     }      public void update(float temp, float humidity, float pressure) {         lastPressure = currentPressure;         currentPressure = pressure;          System.out.print("Forecast: ");         if (currentPressure > lastPressure) {             System.out.println("Improving weather on the way!");         } else if (currentPressure == lastPressure) {             System.out.println("More of the same");         } else if (currentPressure < lastPressure) {             System.out.println("Watch out for cooler, rainy weather");         }     } }

然后有三个观察者，分别负责显示当前气象，气象历史分析和晴雨预测。

CurrentConditionsDisplay是最简单的，没有任何状态，它只是负责在每次气象有变化的时候把最新的气象显示出来。

StatisticsDisplay复杂一点点，它需要记录历史气温，以便于计算平均温度，最高和最低气温。这是一个会有状态变化的对象。

ForecastDisplay也有状态变化，它需要记录上次的气压，以便于根据气压变化来预测晴雨。

public class WeatherStation {      public static void main(String[] args) {         WeatherData weatherData = new WeatherData();         CurrentConditionsDisplay currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);         StatisticsDisplay statisticsDisplay = new StatisticsDisplay(weatherData);         ForecastDisplay forecastDisplay = new ForecastDisplay(weatherData);          weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);         weatherData.setMeasurements(82, 70, 29.2f);         weatherData.setMeasurements(78, 90, 29.2f);     } }

最后，有一个main函数，把以上所有代码串起来。

三个观察者都在观察同一个气象数据，每当气象有变化的时候，三个观察者都会被通知，并作出相应处理。

如果我们需要其他的更复杂的气象显示装置，只需要实现Observer接口，注册到气象数据上去，那么在每次气象有变化的时候就可以收到通知并作出处理。不需要对已有代码做出任何改变。

很灵活，很强大，对吧？

不过再想一下

观察者模式有没有更好地实现方式呢？

答案肯定是有的。

C#的delegate和Event就是一种用来实现观察者模式的很好的语言特性。它在语言级别为添加事件订阅和取消订阅提供了支持。

不过这一篇博客主要是想要讲一个immutable的观察者模式实现，C#就不多讲了。

可以想一下，上面的Java代码里的三个观察者，CurrentConditionsDisplay是没有任何状态变化的，它存在的意义仅在于其update方法。而这个方法每次都是接受最新的气象数据，并作出输出。

StatisticsDisplay和ForecastDisplay则是截取气象历史数据不同的片段，将其作为可变状态封装在内部，并据其状态的改变决定update方法的行为。

这样看来，如果我们有一种方式，可以提供完整的气象数据历史，那么这三个观察者就都可以各取所需，而不需要拥有自己的可变状态了。

具体该怎么做呢？

functions

以下是Scala的实现：

case class WeatherData(temperature: Float = 0,                        humidity: Float = 0,                        pressure: Float = 0,                        observers: Seq[Observer] = Nil,                        history: Seq[WeatherData] = Seq(WeatherData(history = Nil))) {    def register(observer: Observer) =     this.copy(temperature, humidity, pressure, observers :+ observer, history)    def weatherChanged(weatherData: WeatherData) = {     val newHistory = history :+ weatherData     observers.foreach(observer => observer(newHistory))     this.copy(temperature, humidity, pressure, observers, newHistory)   } }  object Observers {   type Observer = Seq[WeatherData] => Unit    val currentConditionsDisplay: Observer = history =>     println(s"Current conditions: " +       s"${history.last.temperature} F degrees and " +       s"${history.last.humidity} % humidity")    val statisticsDisplay: Observer = history =>     println(s"Avg/Max/Min temperature = " +       s"${history.map(_.temperature).sum / history.size}" +       s"/${history.map(_.temperature).max}" +       s"/${history.map(_.temperature).max}")    val forecastDisplay: Observer = history => {     val currentPressure = history.last.pressure     val lastPressure = history.dropRight(1).last.pressure      print("Forecast: ")     if (currentPressure > lastPressure) println("Improving weather on the way!")     else if (currentPressure == lastPressure) println("More of the same")     else if (currentPressure < lastPressure) println("Watch out for cooler, rainy weather")   } }  object WeatherStation {   def main(args: Array[String]) {     val weatherData = WeatherData()       .register(currentConditionsDisplay)       .register(statisticsDisplay)       .register(forecastDisplay)      weatherData       .weatherChanged(WeatherData(80, 65, 30.4f))       .weatherChanged(WeatherData(82, 70, 29.2f))       .weatherChanged(WeatherData(78, 90, 29.2f))   } }