设计模式 19 观察者模式

本文主要是介绍设计模式 19 观察者模式，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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

• 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。

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