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株式会社サイバーエージェント

デザインパターン「Observer」

Last updated at 2016-11-26Posted at 2016-11-04

はじめに

本投稿はJava言語で学ぶデザインパターン入門のデザインパターンをまとめた記事です。今回はObserverパターンになります。
まとめ一覧はこちら

Observerパターン

Observerパターンとは

観察される側(=Subject)と観察する側(=Observer)の2つの役割が存在し、Subjectの状態が変化した際にObserverに通知されるデザインパターンです。そのため、状態変化に応じた処理を記述する時に有効です。
どちらかというと観察よりも通知に重点が置かれており、Observerが能動的に通知を待っているのでPublish-Subscribeパターンと呼ばれることがあります。Publish(=発行)とSubscribe(=購読)という意味でこちらの方がイメージつきやすいかもしれませんね。
MVC(Model / View / Controller)アーキテクチャでいう。ModelとViewの関係性に適応される場合が多いです。

Observerパターンのクラス図

SubjectとObserverの2役のみ
状態が変化した際にObserverに通知を行う。

Observerパターンのサンプル

抽象クラス

Observer
Observer
Subject
NumberGenerator

具象クラス

ConcreteObserver
DegitObserver
GraphObserver
ConcreteSubject
RandomNumberGenerator

今回のサンンプルは、数を生成するSubjectをObserverが観察し、生成したタイミングでObserverがその値を表示するという簡易的なものです。

`Main`クラス

Main.java

public static void main(String[] args) {
		NumberGenerator generator = new RandomNumberGenerator();
		Observer degitObserver = new DegitObserver();
		Observer graphObserver = new GraphObserver();
		generator.addObserver(degitObserver);
		generator.addObserver(graphObserver);
		generator.execute();
	}

ランダムな数を生成するRandomNumberGeneratorをdegitObserverとgraphObserverが観察し、数字が変化したタイミングでdegitObserverは値を、graphObserverが値を簡易グラフで出力します。

`Observer`

Observer

Observer.java

public interface Observer {
	public abstract void update(NumberGenerator generator);
}

Observerのインターフェイスクラスです。実際観察するクラスはこのインターフェイスを実装します。数が生成されたタイミングで処理をするための、updateメソッドのみになります。

`Subject`

NumberGenerator

NumberGenerator.java

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;

public abstract class NumberGenerator {
	private ArrayList observers = new ArrayList();
	public void addObserver(Observer observer) {
		observers.add(observer);
	}
	public void deleteObserver(Observer observer) {
		observers.remove(observer);
	}
	public void notifyObservers() {
		Iterator iterator = observers.iterator();
		while (iterator.hasNext()) {
			Observer obserber = (Observer)iterator.next();
			obserber.update(this);
		}
	}
	
	public abstract int getNumber();
	public abstract void execute();
}

実際に数を生成するための処理execute()と数を取得するgetNumber()はサブクラスに実装させる設計となっています。
ここでは観察者のインスタンスを管理するためにobserversというArrayListを保持します。実際に数が生成されたタイミングで観察者に通知する場合は、notifyObservers()でobserversのインスタンスに対してupdate()呼び出しています。

Observerのインスタンスの管理はaddObserver()とdeleteObserver()で行います。

`ConcreteObserver`

DegitObserver

DegitObserver.java

public class DegitObserver implements Observer {
	public void update(NumberGenerator generator) {
		System.out.println("DegitObserver:" + generator.getNumber());
		try {
			Thread.sleep(100);
		} catch (InterruptedException e) {
			
		}
	}
}

Observerの具象クラスになります。
実際にNumberGeneratorの数が更新された際の処理を実装しています。
ここでは、単に数を出力しています。出力時に更新される様子がわかりやすいように、Thread.sleep(100)で処理を遅延させています。

GraphObserver

GraphObserver.java

public class GraphObserver implements Observer {
	public void update(NumberGenerator generator) {
		System.out.print("GraphObserver:");
		int count = generator.getNumber();
		for (int i = 0; i < count; i++) {
			System.out.print("*");
		}
		System.out.println("");
		try {
			Thread.sleep(100);
		} catch (InterruptedException e) {
			
		}
	}
}

ここではgeneratorの数分記号を出力させています。

`ConcreteSubject`

RandomNumberGenerator

RandomNumberGenerator.java

import java.util.Random;

public class RandomNumberGenerator extends NumberGenerator {
	private Random random = new Random();
	private int number;
	
	public int getNumber() {
		return number;
	}
	
	public void execute() {
		for (int i = 0; i < 20; i++) {
			number = random.nextInt(50);
			notifyObservers();
		}
	}
}

Subjectの具象クラスです。ここでは、abstractメソッドを実装しています。
今回は簡単に乱数を発生させてnumberが更新されたタイミングでnotifyObservers()を呼び出しています。

実行結果

DegitObserver:20
GraphObserver:********************
DegitObserver:41
GraphObserver:*****************************************
DegitObserver:41
GraphObserver:*****************************************
DegitObserver:35
GraphObserver:***********************************
DegitObserver:16
GraphObserver:****************
DegitObserver:49
GraphObserver:*************************************************
DegitObserver:44
GraphObserver:********************************************
DegitObserver:5
GraphObserver:*****
DegitObserver:0
GraphObserver:
DegitObserver:11
GraphObserver:***********
DegitObserver:16
GraphObserver:****************
DegitObserver:43
GraphObserver:*******************************************
DegitObserver:11
GraphObserver:***********
DegitObserver:47
GraphObserver:***********************************************
DegitObserver:24
GraphObserver:************************
DegitObserver:30
GraphObserver:******************************
DegitObserver:21
GraphObserver:*********************
DegitObserver:15
GraphObserver:***************
DegitObserver:20
GraphObserver:********************
DegitObserver:46
GraphObserver:**********************************************

それぞれのObserverが数を出力できているのがわかるかと思います。

`Subject`と`Observer`の関係性

ConcreteSubjectは状態が変化した際に通知を行うだけで、Observerの具体的的なインスタンスと処理を気にする必要がありません。同様に、ConcreteObserverはSubjectの具体的なインスタンスを知る必要がないです。
抽象クラスのSubjectとObserverということだけ知っておけば、通知されることと、その際に更新処理を行うことだけは担保されます。
この関係性を保って設計を行えば、具象クラスであるConcreteSubjectとConcreteObserverのクラスはいくらでも変更が可能になります。再利用可能な部品を扱うというデザインパターンの思想に準拠しているわけですね。
また、今回の場合はupdate()の引数としてSubjectのNumberGenerator インスタンスを渡していましたが、numberのInt型を渡しても正常に動作します。値を渡す場合は、何が更新されたかの可読性は高まりますが汎用性は低下します。
一方、今回のようなNumberGeneratorのみの場合はSubjectのインスタンスを渡さなくても大丈夫ですが、Subjectが複数の場合はSubjectのインスタンスを判定するためにSubjectの情報が必要になります。このようにケースによって、update()の簡略化や複雑化を考えて設計する必要があります。

`Observer`の順序について

今回は更新された際、先に登録したDegitObserverが処理されるようになっていますが、一般的にはObserverのupdateを呼ぶ順番が変わっても問題が起きないような設計にする必要があります。そのために、各クラスの独立性は常に保つように設計することが大切です。

`Observer`が`Subject`の状態を変化させる場合

今回はSubject自身が値を更新し、update()を呼び出していましたが、update()を呼び出すきっかけがObserverである場合もありえます。GUIにおけるview操作がそれにあたる。ボタンを押した際、や画面をスワイプした際にデータを更新する場合などがそれにあたるとおもいます。この場合、SubjectとObserverの設計を気をつけないと、以下のようなフローが発生する可能性があります。

Subjectの状態が変化
Observerへ通知
ObserverがSubjectのメソッドを呼び出す。
Subjectの状態が変化
Observerへ通知...

この場合は通知されてる最中かどうかのフラグをもたせたり、Subjectの状態を変えないような設計にする必要があります。

`Push`型と`Pull`型

通知の方法ですが、一般的にPull型とPush型に大別されます。

Pull: 状態変化時にObserverがSubjectに状態を問い合わせる
Push: 状態変化時にSubjectがObserverに通知する

今回のサンプルケースはPush型のパターンでしたね。Push型の場合は今回のように引数がNumberGenerator だったように状態の変化を直接知ることができますが一般化には向いてないですね。
一方Pull型はupdate()を一般化しやすいですが、処理が複雑になりがちです。

Pull型の例

public void update() {
        // Observer自身が問い合わせる
		System.out.print("Number:" + this.subject.number);
}

サンプルコードについて

以下のレポジトリにソースコードをアップしてあります。

shoheiyokoyama/design-pattern_java

デザインパターン

生成に関するパターン
Abstract factory
Builder
Factory Method
Prototype
Singleton
構造に関するパターン
Adapter
Bridge
Composite
Decorator
Facade
Flyweight
Proxy
振る舞いに関するパターン
Chain of responsibility
Command
Interpreter
Iterator
Mediator
Memento
Observer
State
Strategy
Template Method
Visitor

参考文献

221

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デザインパターン「Observer」

はじめに

Observerパターン

Observerパターンとは

Observerパターンのクラス図

Observerパターンのサンプル

抽象クラス

具象クラス

Mainクラス

Observer

Observer

Subject

NumberGenerator

ConcreteObserver

DegitObserver

GraphObserver

ConcreteSubject

RandomNumberGenerator

実行結果

SubjectとObserverの関係性

Observerの順序について

ObserverがSubjectの状態を変化させる場合

Push型とPull型

サンプルコードについて

デザインパターン

参考文献

`Main`クラス

`Observer`

`Subject`

`ConcreteObserver`

`ConcreteSubject`

`Subject`と`Observer`の関係性

`Observer`の順序について

`Observer`が`Subject`の状態を変化させる場合

`Push`型と`Pull`型