设计模式 19 观察者模式

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

文章目录

[设计模式 19](#设计模式 19)
- [观察者模式（Observer Pattern）](#观察者模式（Observer Pattern）)
- - [1 定义](#1 定义)
  - [2 结构](#2 结构)
  - [3 示例代码](#3 示例代码)
  - [4 特点](#4 特点)
  - [5 适用场景](#5 适用场景)
  - [6 总结](#6 总结)

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

scss 复制代码

+---------------------------+         +-------------------+
|     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

csharp 复制代码

// 观察者接口
public interface IObserver
{
    void Update(string temperature, string humidity, string pressure);
}

主题接口

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// 主题接口
public interface ISubject
{
    void RegisterObserver(IObserver observer);
    void RemoveObserver(IObserver observer);
    void NotifyObservers();
}

具体主题

csharp 复制代码

// 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

csharp 复制代码

// 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

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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

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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

优点:
- 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。
- 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。
- 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。
缺点:
- 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。
- 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。

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。