设计模式 19
- 创建型模式（5）：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式
- 结构型模式（7）：适配器模式、桥接模式、组合模式、装饰者模式、外观模式、享元模式、代理模式
- 行为型模式（11）：责任链模式、命令模式、解释器模式、迭代器模式、中介者模式、备忘录模式、观察者模式、状态模式、策略模式、模板方法模式、访问者模式
观察者模式（Observer Pattern）
1 定义
观察者模式的核心思想是当一个对象（被观察者）的状态改变时，所有依赖于它的对象（观察者）都会被通知并更新。这样一来，观察者模式实现了对象之间的松散耦合，使得一个对象的变化可以自动地传播到相关的对象。
2 结构
观察者模式包含以下角色：
- 主题（Subject）: 被观察的对象，维护着一组观察者对象的引用，提供注册、移除观察者的接口，并在状态发生变化时通知所有观察者。
- 观察者（Observer）: 定义一个更新接口，当收到通知时进行相应的更新操作。
- 具体主题（ConcreteSubject）: 具体的被观察对象，通常包含状态，当状态发生变化时，通知所有已注册的观察者。
- 具体观察者（ConcreteObserver）: 实现观察者接口，负责在状态变化时更新自身。
UML 类图
+---------------------------+ +-------------------+
| Subject | <------ | Observer |
+---------------------------+ +-------------------+
| + Attach(obs: Observer) | | + Update(): void |
| + Detach(obs: Observer) | +-------------------+
| + Notify(): void | ^
+---------------------------+ |^ || |
+-----------------------+ +-------------------+
| ConcreteSubject | | ConcreteObserver |
+-----------------------+ +-------------------+
| - state: State | | - state: State |
| + GetState(): State | | + Update(): void |
| + SetState(State) | +-------------------+
+-----------------------+
3 示例代码
假设我们要实现一个天气站系统，天气站会记录当前的天气信息，并通知注册的显示设备（如手机应用、网站等）进行更新。
观察者接口
// 观察者接口
public interface IObserver
{void Update(string temperature, string humidity, string pressure);
}
主题接口
// 主题接口
public interface ISubject
{void RegisterObserver(IObserver observer);void RemoveObserver(IObserver observer);void NotifyObservers();
}
具体主题
// 具体主题
public class WeatherStation : ISubject
{private List<IObserver> _observers;private string _temperature;private string _humidity;private string _pressure;public WeatherStation(){_observers = new List<IObserver>();}public void RegisterObserver(IObserver observer){_observers.Add(observer);}public void RemoveObserver(IObserver observer){_observers.Remove(observer);}public void NotifyObservers(){foreach (var observer in _observers){observer.Update(_temperature, _humidity, _pressure);}}public void SetMeasurements(string temperature, string humidity, string pressure){_temperature = temperature;_humidity = humidity;_pressure = pressure;NotifyObservers();}
}
具体观察者
// 具体观察者
public class PhoneDisplay : IObserver
{private string _temperature;private string _humidity;private string _pressure;public void Update(string temperature, string humidity, string pressure){_temperature = temperature;_humidity = humidity;_pressure = pressure;Display();}public void Display(){Console.WriteLine($"Phone Display -> Temperature: {_temperature}, Humidity: {_humidity}, Pressure: {_pressure}");}
}public class WebDisplay : IObserver
{private string _temperature;private string _humidity;private string _pressure;public void Update(string temperature, string humidity, string pressure){_temperature = temperature;_humidity = humidity;_pressure = pressure;Display();}public void Display(){Console.WriteLine($"Web Display -> Temperature: {_temperature}, Humidity: {_humidity}, Pressure: {_pressure}");}
}
客户端代码
class Program
{static void Main(string[] args){WeatherStation weatherStation = new WeatherStation();IObserver phoneDisplay = new PhoneDisplay();IObserver webDisplay = new WebDisplay();weatherStation.RegisterObserver(phoneDisplay);weatherStation.RegisterObserver(webDisplay);weatherStation.SetMeasurements("30°C", "65%", "1013 hPa");weatherStation.RemoveObserver(phoneDisplay);weatherStation.SetMeasurements("28°C", "70%", "1012 hPa");}
}
运行结果
Phone Display -> Temperature: 30°C, Humidity: 65%, Pressure: 1013 hPa
Web Display -> Temperature: 30°C, Humidity: 65%, Pressure: 1013 hPa
Web Display -> Temperature: 28°C, Humidity: 70%, Pressure: 1012 hPa
在这个例子中，WeatherStation 是具体的主题，当天气数据发生变化时，它通知所有注册的观察者（如 PhoneDisplay 和 WebDisplay）进行更新并显示新的数据。
4 特点
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优点:
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松散耦合: 观察者和主题之间是松散耦合的，观察者可以独立于主题的变化而变化，增加了系统的灵活性。
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动态更新: 观察者模式使得对象之间的通信更加灵活，可以动态添加或删除观察者，实时更新数据。
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符合开放-封闭原则: 可以在不修改现有代码的情况下，增加新的观察者。
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缺点:
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通知开销: 如果有大量的观察者，通知所有观察者可能会引起开销，影响性能。
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可能出现循环依赖: 如果观察者之间也相互依赖，可能会导致循环依赖问题，影响系统的稳定性。
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5 适用场景
- 事件处理系统: 当需要对某个事件发生时，触发多个对象的响应时，观察者模式非常适用。
- 数据模型与视图同步: 在模型-视图架构中，当模型的数据变化时，需要通知视图更新显示，可以使用观察者模式。
- 广播通信: 当一个对象的状态改变需要通知多个对象时，可以使用观察者模式。
6 总结
观察者模式通过定义一对多的依赖关系，实现了对象间的松散耦合和动态通信。它允许对象自动通知相关的依赖对象并更新状态，非常适合用于事件驱动的系统和需要动态更新的场景。尽管可能会带来一定的通知开销和复杂性管理，但它依然是实现对象间动态通信的强大工具。
