.NET设计模式（19）：观察者模式（Observer Pattern）
概述
在軟件構(gòu)建過程中，我們需要為某些對(duì)象建立一種“通知依賴關(guān)系” ——一個(gè)對(duì)象（目標(biāo)對(duì)象）的狀態(tài)發(fā)生改變，所有的依賴對(duì)象（觀察者對(duì)象）都將得到通知。如果這樣的依賴關(guān)系過于緊密，將使軟件不能很好地抵御變化。使用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，可以將這種依賴關(guān)系弱化，并形成一種穩(wěn)定的依賴關(guān)系。從而實(shí)現(xiàn)軟件體系結(jié)構(gòu)的松耦合。
意圖
定義對(duì)象間的一種一對(duì)多的依賴關(guān)系,當(dāng)一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生改變時(shí), 所有依賴于它的對(duì)象都得到通知并被自動(dòng)更新。[GOF 《設(shè)計(jì)模式》]
結(jié)構(gòu)圖
圖1 Observer模式結(jié)構(gòu)圖
生活中的例子
觀察者定義了對(duì)象間一對(duì)多的關(guān)系，當(dāng)一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)變化時(shí)，所有依賴它的對(duì)象都得到通知并且自動(dòng)地更新。拍賣演示了這種模式。每個(gè)投標(biāo)人都有一個(gè)標(biāo)有數(shù)字的牌子用于出價(jià)。拍賣師開始拍賣時(shí)，他觀察是否有牌子舉起出價(jià)。每次接受一個(gè)新的出價(jià)都改變了拍賣的當(dāng)前價(jià)格，并且廣播給所有的投標(biāo)人進(jìn)行新的出價(jià)。
圖2 使用拍賣例子的觀察者模式
Observer模式解說
下面通過一個(gè)例子來說明Observer模式。監(jiān)控某一個(gè)公司的股票價(jià)格變化，可以有多種方式，通知的對(duì)象可以是投資者，或者是發(fā)送到移動(dòng)設(shè)備，還有電子郵件等。一開始我們先不考慮Observer模式，通過一步步地重構(gòu)，最終重構(gòu)為Observer模式。現(xiàn)在有這樣兩個(gè)類：Microsoft和Investor，如下圖所示：
圖3 UML靜態(tài)圖示例
它們的實(shí)現(xiàn)如下：
public?class?Microsoft
{
????private?Investor?_investor;
????private?String?_symbol;
????private?double?_price;
????public?void?Update()
????{
????????_investor.SendData(this);
????}
????public?Investor?Investor
????{
????????get?{?return?_investor;?}
????????set?{?_investor?=?value;?}
????}
????public?String?Symbol
????{
????????get?{?return?_symbol;?}
????????set?{?_symbol?=?value;?}
????}
????public?double?Price
????{
????????get?{?return?_price;?}
????????set?{?_price?=?value;?}
????}
}
public?class?Investor
{
????private?string?_name;
????public?Investor(string?name)
????{
????????this._name?=?name;
????}
????public?void?SendData(Microsoft?ms)
????{
????????Console.WriteLine("Notified?{0}?of?{1}'s?"?+?"change?to?{2:C}",?_name,?ms.Symbol,ms.Price);
????}
}
簡(jiǎn)單的客戶端實(shí)現(xiàn)：
class?Program{
????static?void?Main(string[]?args)
????{
????????Investor?investor?=?new?Investor("Jom");
????????Microsoft?ms?=?new?Microsoft();
????????ms.Investor?=?investor;
????????ms.Symbol?=?"Microsoft";
????????ms.Price?=?120.00;
????????ms.Update();
????????Console.ReadLine();
????}
}
運(yùn)行后結(jié)果如下：
Notified Jom of Microsoft's change to ￥120
可以看到，這段代碼運(yùn)行并沒有問題，也確實(shí)實(shí)現(xiàn)了我們最初的設(shè)想的功能，把Microsoft的股票價(jià)格變化通知到了Jom投資者那兒。但是這里面出現(xiàn)了如下幾個(gè)問題：
1．Microsoft和Investor之間形成了一種雙向的依賴關(guān)系，即Microsoft調(diào)用了Investor的方法，而Investor調(diào)用了Microsoft類的屬性。如果有其中一個(gè)類變化，有可能會(huì)引起另一個(gè)的變化。
2．當(dāng)出現(xiàn)一種的通知對(duì)象，比如說是移動(dòng)設(shè)備Mobile：
public?class?Mobile{
????private?string?_no;
????public?Mobile(string?No)
????{
????????this._no?=?No;
????}
????public?void?SendData(Microsoft?ms)
????{
????????Console.WriteLine("Notified?{0}?of?{1}'s?"?+?"change?to?{2:C}",?_no,?ms.Symbol,?ms.Price);
????}
}
這時(shí)候?qū)?yīng)的Microsoft的類就應(yīng)該改變?yōu)槿缦麓a，在Microsot類中增加Mobile，同時(shí)修改Update()方法使其可以通知到移動(dòng)設(shè)備：
public?class?Microsoft{
????private?Investor?_investor;
????private?Mobile?_mobile;
????private?String?_symbol;
????private?double?_price;
?
????public?void?Update()
????{
????????_investor.SendData(this);
????????_mobile.SendData(this);
????}
?
????public?Mobile?Mobile
????{
????????get?{?return?_mobile;?}
????????set?{?_mobile?=?value;?}
????}
????public?Investor?Investor
????{
????????get?{?return?_investor;?}
????????set?{?_investor?=?value;?}
????}?
????public?String?Symbol
????{
????????get?{?return?_symbol;?}
????????set?{?_symbol?=?value;?}
????}
????public?double?Price
????{
????????get?{?return?_price;?}
????????set?{?_price?=?value;?}
????}
}
顯然這樣的設(shè)計(jì)極大的違背了“開放-封閉”原則，這不是我們所想要的，僅僅是新增加了一種通知對(duì)象，就需要對(duì)原有的Microsoft類進(jìn)行修改，這樣的設(shè)計(jì)是很糟糕的。對(duì)此做進(jìn)一步的抽象，既然出現(xiàn)了多個(gè)通知對(duì)象，我們就為這些對(duì)象之間抽象出一個(gè)接口，用它來取消Microsoft和具體的通知對(duì)象之間依賴。
圖4 靜態(tài)UML圖示例
實(shí)現(xiàn)代碼如下：
public?interface?IObserver{
????void?SendData(Microsoft?ms);
}
?
public?class?Investor?:?IObserver
{
????private?string?_name;
????public?Investor(string?name)
????{
????????this._name?=?name;
????}
????public?void?SendData(Microsoft?ms)
????{
????????Console.WriteLine("Notified?{0}?of?{1}'s?"?+?"change?to?{2:C}",?_name,?ms.Symbol,ms.Price);
????}
}
public?class?Microsoft
{
????private?IObserver?_investor;
????private?String?_symbol;
????private?double?_price;
????public?void?Update()
????{
????????_investor.SendData(this);
????}
?
????public?String?Symbol
????{
????????get?{?return?_symbol;?}
????????set?{?_symbol?=?value;?}
????}
????public?double?Price
????{
????????get?{?return?_price;?}
????????set?{?_price?=?value;?}
????}
????public?IObserver?Investor
????{
????????get?{?return?_investor;?}
????????set?{?_investor?=?value;?}
????}
}
做到這一步，可以看到，我們?cè)诮档蛢烧叩囊蕾囆陨弦呀?jīng)邁進(jìn)了一小步，正在朝著弱依賴性這個(gè)方向變化。在Microsoft類中已經(jīng)不再依賴于具體的Investor，而是依賴于接口IObserver。
但同時(shí)我們看到，再新出現(xiàn)一個(gè)移動(dòng)設(shè)備這樣的通知對(duì)象，Microsoft類仍然需要改變，對(duì)此我們?cè)僮鋈缦轮貥?gòu)，在Microsoft中維護(hù)一個(gè)IObserver列表，同時(shí)提供相應(yīng)的維護(hù)方法。
圖5 靜態(tài)UML示例圖
Microsoft類的實(shí)現(xiàn)代碼如下：
public?class?Microsoft{
????private?List<IObserver>?observers?=?new?List<IObserver>();
????private?String?_symbol;
????private?double?_price;
????public?void?Update()
????{
????????foreach?(IObserver?ob?in?observers)
????????{
????????????ob.SendData(this);
????????}
????}
????public?void?AddObserver(IObserver?observer)
????{
????????observers.Add(observer);
????}
????public?void?RemoveObserver(IObserver?observer)
????{
????????observers.Remove(observer);
????}
????public?String?Symbol
????{
????????get?{?return?_symbol;?}
????????set?{?_symbol?=?value;?}
????}
????public?double?Price
????{
????????get?{?return?_price;?}
????????set?{?_price?=?value;?}
????}
}
此時(shí)客戶端的調(diào)用代碼：
class?Program{
????static?void?Main(string[]?args)
????{
????????IObserver?investor1?=?new?Investor("Jom");
????????IObserver?investor2?=?new?Investor("TerryLee");
????????Microsoft?ms?=?new?Microsoft();
????????ms.Symbol?=?"Microsoft";
????????ms.Price?=?120.00;
????????ms.AddObserver(investor1);
????????ms.AddObserver(investor2);
????????ms.Update();
????????Console.ReadLine();
????}
}
走到這一步，已經(jīng)有了Observer模式的影子了，Microsoft類不再依賴于具體的Investor，而是依賴于抽象的IOberver。存在著的一個(gè)問題是Investor仍然依賴于具體的公司Microsoft，況且公司還會(huì)有很多IBM，Google等，解決這樣的問題很簡(jiǎn)單，只需要再對(duì)Microsoft類做一次抽象。如下圖所示：
圖6 靜態(tài)UML示例圖
實(shí)現(xiàn)代碼如下：
public?abstract?class?Stock{
????private?List<IObserver>?observers?=?new?List<IObserver>();
????private?String?_symbol;
????private?double?_price;
????public?Stock(String?symbol,?double?price)
????{
????????this._symbol?=?symbol;
????????this._price?=?price;
????}
????public?void?Update()
????{
????????foreach?(IObserver?ob?in?observers)
????????{
????????????ob.SendData(this);
????????}
????}
????public?void?AddObserver(IObserver?observer)
????{
????????observers.Add(observer);
????}
????public?void?RemoveObserver(IObserver?observer)
????{
????????observers.Remove(observer);
????}
????public?String?Symbol
????{
????????get?{?return?_symbol;?}
????}
????public?double?Price
????{
????????get?{?return?_price;?}
????}
}
public?class?Microsoft?:?Stock
{
????public?Microsoft(String?symbol,?double?price)
????????:?base(symbol,?price)
????{?}
}
public?interface?IObserver
{
????void?SendData(Stock?stock);
}
public?class?Investor?:?IObserver
{
????private?string?_name;
????public?Investor(string?name)
????{
????????this._name?=?name;
????}
????public?void?SendData(Stock?stock)
????{
????????Console.WriteLine("Notified?{0}?of?{1}'s?"?+?"change?to?{2:C}",?_name,?stock.Symbol,stock.Price);
????}
}
客戶端程序代碼如下：
class?Program{
????static?void?Main(string[]?args)
????{
????????Stock?ms?=?new?Microsoft("Microsoft",120.00);
????????ms.AddObserver(new?Investor("Jom"));
????????ms.AddObserver(new?Investor("TerryLee"));
????????ms.Update();
????????Console.ReadLine();
????}
}
到這里我們可以看到，通過不斷的重構(gòu)，不斷地抽象，我們由一開始的很糟糕的設(shè)計(jì)，逐漸重構(gòu)為使用Observer模式的這樣一個(gè)方案。在這個(gè)例子里面，IOberser充當(dāng)了觀察者的角色，而Stock則扮演了主題對(duì)象角色，在任何時(shí)候，只要調(diào)用了Stock的Update()方法，它就會(huì)通知它的所有觀察者對(duì)象。同時(shí)可以看到，通過Observer模式，取消了直接依賴，變?yōu)殚g接依賴，這樣大大提供了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。
推模式與拉模式
對(duì)于發(fā)布-訂閱模型，大家都很容易能想到推模式與拉模式，用SQL Server做過數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制的朋友對(duì)這一點(diǎn)很清楚。在Observer模式中同樣區(qū)分推模式和拉模式，我先簡(jiǎn)單的解釋一下兩者的區(qū)別：推模式是當(dāng)有消息時(shí)，把消息信息以參數(shù)的形式傳遞（推）給所有觀察者，而拉模式是當(dāng)有消息時(shí)，通知消息的方法本身并不帶任何的參數(shù)，是由觀察者自己到主體對(duì)象那兒取回（拉）消息。知道了這一點(diǎn)，大家可能很容易發(fā)現(xiàn)上面我所舉的例子其實(shí)是一種推模式的Observer模式。我們先看看這種模式帶來了什么好處：當(dāng)有消息時(shí)，所有的觀察者都會(huì)直接得到全部的消息，并進(jìn)行相應(yīng)的處理程序，與主體對(duì)象沒什么關(guān)系，兩者之間的關(guān)系是一種松散耦合。但是它也有缺陷，第一是所有的觀察者得到的消息是一樣的，也許有些信息對(duì)某個(gè)觀察者來說根本就用不上，也就是觀察者不能“按需所取”；第二，當(dāng)通知消息的參數(shù)有變化時(shí)，所有的觀察者對(duì)象都要變化。鑒于以上問題，拉模式就應(yīng)運(yùn)而生了，它是由觀察者自己主動(dòng)去取消息，需要什么信息，就可以取什么，不會(huì)像推模式那樣得到所有的消息參數(shù)。OK，說到這兒，你是否對(duì)于推模式和拉模式有了一點(diǎn)了解呢？我把前面的例子修改為了拉模式，供大家參考，可以看到通知方法是沒有任何參數(shù)的：
public?abstract?class?Stock{
????private?List<IObserver>?observers?=?new?List<IObserver>();
????private?String?_symbol;
????private?double?_price;
????public?Stock(String?symbol,?double?price)
????{
????????this._symbol?=?symbol;
????????this._price?=?price;
????}
????public?void?Update()
????{
????????foreach?(IObserver?ob?in?observers)
????????{
????????????ob.SendData();
????????}
????}
????public?void?AddObserver(IObserver?observer)
????{
????????observers.Add(observer);
????}
????public?void?RemoveObserver(IObserver?observer)
????{
????????observers.Remove(observer);
????}
????public?String?Symbol
????{
????????get?{?return?_symbol;?}
????}
????public?double?Price
????{
????????get?{?return?_price;?}
????}
}
public?class?Microsoft?:?Stock
{
????public?Microsoft(String?symbol,?double?price)
????????:?base(symbol,?price)
????{?}
}
public?interface?IObserver
{
????void?SendData();
}
public?class?Investor?:?IObserver
{
????private?string?_name;
????private?Stock?_stock;
????public?Investor(string?name,Stock?stock)
????{
????????this._name?=?name;
????????this._stock?=?stock;
????}
????public?void?SendData()
????{
????????Console.WriteLine("Notified?{0}?of?{1}'s?"?+?"change?to?{2:C}",?_name,?_stock.Symbol,?_stock.Price);
????}
}
class?Program
{
????static?void?Main(string[]?args)
????{
????????Stock?ms?=?new?Microsoft("Microsoft",?120.00);
????????ms.AddObserver(new?Investor("Jom",ms));
????????ms.AddObserver(new?Investor("TerryLee",ms));
????????ms.Update();
????????Console.ReadLine();
????}
}
當(dāng)然拉模式也是有一些缺點(diǎn)的，主體對(duì)象和觀察者之間的耦合加強(qiáng)了，但是這可以通過抽象的手段使這種耦合關(guān)系減到最小。[感謝idior的意見]
.NET中的Observer模式
在.NET中，相信大家對(duì)于事件和委托都已經(jīng)不陌生了，這里就不具體多說了。利用事件和委托來實(shí)現(xiàn)Observer模式我認(rèn)為更加的簡(jiǎn)單和優(yōu)雅，也是一種更好的解決方案。因?yàn)樵谏厦娴氖纠形覀兛梢钥吹?#xff0c;雖然取消了直接耦合，但是又引入了不必要的約束（暫且這么說吧）。即那些子類必須都繼承于主題父類，還有觀察者接口等。網(wǎng)上有很多這方面的例子，上面的例子簡(jiǎn)單的用事件和委托實(shí)現(xiàn)如下，僅供大家參考：
{
????static?void?Main(string[]?args)
????{
????????Stock?stock?=?new?Stock("Microsoft",?120.00);
????????Investor?investor?=?new?Investor("Jom");
????????stock.NotifyEvent?+=?new?NotifyEventHandler(investor.SendData);
????????stock.Update();
????????Console.ReadLine();
????}
}
public?delegate?void?NotifyEventHandler(object?sender);
public?class?Stock
{
????public?NotifyEventHandler?NotifyEvent;
????private?String?_symbol;
????private?double?_price;
????public?Stock(String?symbol,?double?price)
????{
????????this._symbol?=?symbol;
????????this._price?=?price;
????}
????public?void?Update()
????{
????????OnNotifyChange();????
????}
????public?void?OnNotifyChange()
????{
????????if?(NotifyEvent?!=?null)
????????{
????????????NotifyEvent(this);
????????}
????}
????public?String?Symbol
????{
????????get?{?return?_symbol;?}
????}
????public?double?Price
????{
????????get?{?return?_price;?}
????}
}
?
public?class?Investor
{
????private?string?_name;
????public?Investor(string?name)
????{
????????this._name?=?name;
????}
????public?void?SendData(object?obj)
????{
????????if?(obj?is?Stock)
????????{
????????????Stock?stock?=?(Stock)obj;
????????????Console.WriteLine("Notified?{0}?of?{1}'s?"?+?"change?to?{2:C}",?_name,?stock.Symbol,?stock.Price);
????????}
????}
}
效果及實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)
1．使用面向?qū)ο蟮某橄?#xff0c;Observer模式使得我們可以獨(dú)立地改變目標(biāo)與觀察者，從而使二者之間的依賴關(guān)系達(dá)到松耦合。
2．目標(biāo)發(fā)送通知時(shí)，無需指定觀察者，通知（可以攜帶通知信息作為參數(shù)）會(huì)自動(dòng)傳播。觀察者自己決定是否需要訂閱通知。目標(biāo)對(duì)象對(duì)此一無所知。
3．在C#中的Event。委托充當(dāng)了抽象的Observer接口，而提供事件的對(duì)象充當(dāng)了目標(biāo)對(duì)象，委托是比抽象Observer接口更為松耦合的設(shè)計(jì)。
適用性
1．當(dāng)一個(gè)抽象模型有兩個(gè)方面, 其中一個(gè)方面依賴于另一方面。將這二者封裝在獨(dú)立的對(duì)象中以使它們可以各自獨(dú)立地改變和復(fù)用。
2．當(dāng)對(duì)一個(gè)對(duì)象的改變需要同時(shí)改變其它對(duì)象, 而不知道具體有多少對(duì)象有待改變。
3．當(dāng)一個(gè)對(duì)象必須通知其它對(duì)象，而它又不能假定其它對(duì)象是誰。換言之, 你不希望這些對(duì)象是緊密耦合的。
總結(jié)
通過Observer模式，把一對(duì)多對(duì)象之間的通知依賴關(guān)系的變得更為松散，大大地提高了程序的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性，也很好的符合了開放-封閉原則。
參考資料
Erich Gamma等，《設(shè)計(jì)模式：可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)》，機(jī)械工業(yè)出版社
Robert C.Martin，《敏捷軟件開發(fā)：原則、模式與實(shí)踐》，清華大學(xué)出版社
閻宏，《Java與模式》，電子工業(yè)出版社
Alan Shalloway James R. Trott，《Design Patterns Explained》，中國(guó)電力出版社
MSDN WebCast 《C#面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模式縱橫談(19)：Observer 觀察者模式(行為型模式)》
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的.NET设计模式（19）：观察者模式（Observer Pattern）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
- 上一篇： 07/11/20 资料整理
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