C# 设计模式——观察者

YuanlongWang2025-10-25 9:21

在C#中，观察者设计模式（Observer Pattern） 是一种行为型设计模式，用于定义对象间的"一对多"依赖关系：当一个对象（称为"主题/Subject"）的状态发生变化时，所有依赖它的对象（称为"观察者/Observer"）会自动收到通知并更新。这种模式的核心是解耦主题与观察者，让两者可以独立变化和复用。

核心角色

观察者模式包含4个核心角色：

  1. 主题（Subject）：维护观察者列表，提供添加、移除观察者的方法，以及通知所有观察者的方法。
  2. 观察者（Observer）：定义一个更新接口，当收到主题通知时执行具体的更新逻辑。
  3. 具体主题（Concrete Subject）：实现主题接口，维护自身状态，状态变化时触发通知。
  4. 具体观察者（Concrete Observer）：实现观察者接口，定义收到通知后的具体行为（如更新数据、刷新UI等）。

一、自定义观察者模式实现（基础版）

下面通过一个"气象站发布温度数据，多个显示设备接收并展示"的场景，演示自定义实现：

1. 定义接口（抽象层）

先定义主题和观察者的接口，明确规范：

csharp 复制代码 
// 观察者接口：定义更新方法
public interface IObserver
{
    // 接收主题通知时调用，参数为主题传递的数据（这里是温度）
    void Update(float temperature);
}

// 主题接口：定义管理观察者和通知的方法
public interface ISubject
{
    // 添加观察者
    void RegisterObserver(IObserver observer);
    // 移除观察者
    void RemoveObserver(IObserver observer);
    // 通知所有观察者
    void NotifyObservers();
}
2. 实现具体主题（气象站）

具体主题维护自身状态（温度）和观察者列表，状态变化时触发通知：

csharp 复制代码 
// 具体主题：气象站（发布温度数据）
public class WeatherStation : ISubject
{
    // 维护观察者列表（使用泛型集合便于管理）
    private List<IObserver> _observers = new List<IObserver>();
    // 主题的状态：当前温度
    private float _temperature;

    // 添加观察者
    public void RegisterObserver(IObserver observer)
    {
        _observers.Add(observer);
    }

    // 移除观察者
    public void RemoveObserver(IObserver observer)
    {
        _observers.Remove(observer);
    }

    // 通知所有观察者（触发它们的Update方法）
    public void NotifyObservers()
    {
        foreach (var observer in _observers)
        {
            observer.Update(_temperature); // 传递当前温度
        }
    }

    // 模拟温度变化（外部调用此方法更新状态，随后自动通知观察者）
    public void SetTemperature(float temperature)
    {
        _temperature = temperature;
        Console.WriteLine($"气象站：温度更新为 {temperature}℃");
        NotifyObservers(); // 温度变化后立即通知所有观察者
    }
}
3. 实现具体观察者（显示设备）

不同的观察者接收通知后执行不同的更新逻辑（如控制台显示、UI刷新等）：

csharp 复制代码 
// 具体观察者1：控制台显示器
public class ConsoleDisplay : IObserver
{
    public void Update(float temperature)
    {
        Console.WriteLine($"控制台显示：当前温度是 {temperature}℃");
    }
}

// 具体观察者2：手机APP显示器
public class PhoneAppDisplay : IObserver
{
    public void Update(float temperature)
    {
        Console.WriteLine($"手机APP提示：温度已更新至 {temperature}℃，请注意防暑/保暖！");
    }
}
4. 客户端使用

客户端负责创建主题和观察者，并建立关联：

csharp 复制代码 
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 创建主题（气象站）
        WeatherStation weatherStation = new WeatherStation();

        // 创建观察者（显示设备）
        IObserver consoleDisplay = new ConsoleDisplay();
        IObserver phoneAppDisplay = new PhoneAppDisplay();

        // 注册观察者（观察者订阅主题）
        weatherStation.RegisterObserver(consoleDisplay);
        weatherStation.RegisterObserver(phoneAppDisplay);

        // 模拟温度变化（触发通知）
        weatherStation.SetTemperature(25.5f);
        // 输出：
        // 气象站：温度更新为 25.5℃
        // 控制台显示：当前温度是 25.5℃
        // 手机APP提示：温度已更新至 25.5℃，请注意防暑/保暖！

        // 移除一个观察者（手机APP取消订阅）
        weatherStation.RemoveObserver(phoneAppDisplay);
        Console.WriteLine("\n手机APP已取消订阅");

        // 再次更新温度
        weatherStation.SetTemperature(30.0f);
        // 输出：
        // 气象站：温度更新为 30.0℃
        // 控制台显示：当前温度是 30.0℃
    }
}

二、.NET内置的观察者模式（IObservable与IObserver）

.NET Framework 4.0及以上提供了标准的观察者模式接口 ：IObservable<T>（主题）和IObserver<T>（观察者），无需自定义接口，更符合.NET规范。

  • IObservable<T>：主题接口，定义Subscribe方法（用于观察者订阅），返回IDisposable（用于取消订阅）。
  • IObserver<T>：观察者接口，定义3个方法：
    • OnNext(T value)：接收主题发送的新数据；
    • OnError(Exception error)：接收主题发送的错误信息；
    • OnCompleted()：接收主题发送的"完成"通知（后续不再发送数据）。
用内置接口实现气象站示例
csharp 复制代码 
using System;
using System.Collections.Generic;

// 具体主题：气象站（实现IObservable<T>，T为温度数据类型）
public class WeatherStation : IObservable<float>
{
    private List<IObserver<float>> _observers = new List<IObserver<float>>();
    private float _temperature;

    // 观察者订阅时调用，返回IDisposable用于取消订阅
    public IDisposable Subscribe(IObserver<float> observer)
    {
        if (!_observers.Contains(observer))
        {
            _observers.Add(observer);
        }
        // 返回一个自定义的取消订阅器
        return new Unsubscriber(_observers, observer);
    }

    // 模拟温度变化（触发通知）
    public void SetTemperature(float temperature)
    {
        _temperature = temperature;
        Console.WriteLine($"气象站：温度更新为 {temperature}℃");
        // 通知所有观察者（调用OnNext）
        foreach (var observer in _observers)
        {
            observer.OnNext(temperature);
        }
    }

    // 自定义取消订阅器（实现IDisposable）
    private class Unsubscriber : IDisposable
    {
        private List<IObserver<float>> _observers;
        private IObserver<float> _observer;

        public Unsubscriber(List<IObserver<float>> observers, IObserver<float> observer)
        {
            _observers = observers;
            _observer = observer;
        }

        // 取消订阅时从列表中移除观察者
        public void Dispose()
        {
            if (_observer != null && _observers.Contains(_observer))
            {
                _observers.Remove(_observer);
            }
        }
    }
}

// 具体观察者1：控制台显示器（实现IObserver<float>）
public class ConsoleDisplay : IObserver<float>
{
    public void OnNext(float temperature)
    {
        Console.WriteLine($"控制台显示：当前温度是 {temperature}℃");
    }

    public void OnError(Exception error)
    {
        Console.WriteLine($"控制台错误：{error.Message}");
    }

    public void OnCompleted()
    {
        Console.WriteLine("控制台：气象站已停止发送数据");
    }
}

// 客户端使用
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        WeatherStation weatherStation = new WeatherStation();
        ConsoleDisplay consoleDisplay = new ConsoleDisplay();

        // 订阅（返回取消订阅器）
        IDisposable unsubscriber = weatherStation.Subscribe(consoleDisplay);

        // 温度更新
        weatherStation.SetTemperature(28.0f);
        // 输出：
        // 气象站：温度更新为 28.0℃
        // 控制台显示：当前温度是 28.0℃

        // 取消订阅（调用Dispose）
        unsubscriber.Dispose();
        Console.WriteLine("\n控制台已取消订阅");

        // 再次更新温度（控制台不再收到通知）
        weatherStation.SetTemperature(32.0f);
        // 输出：
        // 气象站：温度更新为 32.0℃
    }
}

适用场景

  • 当一个对象的状态变化需要联动更新多个其他对象（如"发布-订阅"场景）；
  • 当需要解耦"数据发布者"和"数据消费者"（如UI组件与数据模型的联动）；
  • 当不确定未来会有多少观察者需要接收通知（如日志系统、消息通知）。

优点与注意事项

  • 优点：解耦主题与观察者，两者可独立扩展；支持动态添加/移除观察者；符合"开闭原则"。
  • 注意事项 ：
    • 多线程环境下需保证观察者列表的线程安全（如用lock锁定集合操作）；
    • 避免观察者与主题形成循环依赖（可能导致内存泄漏）；
    • 若观察者过多，通知可能耗时，可考虑异步通知优化。

C#中的观察者模式是实现"事件驱动"和"松耦合"的重要手段，无论是自定义实现还是使用.NET内置接口，核心思想都是通过抽象接口解耦主题与观察者，提升系统的灵活性和可维护性。

相关推荐
亿牛云爬虫专家3 小时前
中间件实现任务去重与精细化分发：设计模式与常见陷阱
设计模式·中间件·爬虫代理·数据抓取·商品信息·数据去重·电商搜索
YongCheng_Liang4 小时前
Windows CMD 常用命令：7 大核心模块速查指南（附实战场景）
运维·服务器·windows·1024程序员节
wkj0015 小时前
conda创建在指定目录创建项目
linux·windows·conda
李趣趣11 小时前
数据库字段类型bit容易被忽视的bug
c#·bug
虚行13 小时前
C#OPC客户端通信实操
c#
想学全栈的菜鸟阿董14 小时前
CrewAI 核心概念 团队（Crews）篇
windows
梦昼初DawnDream14 小时前
防火墙规则设置
linux·服务器·windows
消失的旧时光-194315 小时前
kmp需要技能
android·设计模式·kotlin
热门推荐
01BongoCat - 跨平台键盘猫动画工具02GitHub 镜像站点03UV安装并设置国内源04GitLab 零基础入门指南：从安装到项目管理全流程05Linux下V2Ray安装配置指南06NVIDIA显卡驱动、CUDA、cuDNN 和 TensorRT 版本匹配指南07jdk21下载、安装（Windows、Linux、macOS）08Labelme从安装到标注：零基础完整指南092025软件测试面试八股文（含答案+文档）10在VSCode配置Java开发环境的保姆级教程（适配各类AI编程IDE）