一、 觀(guān)察者（Observer）模式
觀(guān)察者模式又叫做發(fā)布-訂閱（Publish/Subscribe）模式、模型-視圖（Model/View）模式、源-******（Source/Listener）模式或從屬者（Dependents）模式。
觀(guān)察者模式定義了一種一對多的依賴(lài)關(guān)系，讓多個(gè)觀(guān)察者對象同時(shí)監聽(tīng)某一個(gè)主題對象。這個(gè)主題對象在狀態(tài)上發(fā)生變化時(shí)，會(huì )通知所有觀(guān)察者對象，使它們能夠自動(dòng)更新自己。
一個(gè)軟件系統常常要求在某一個(gè)對象的狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)候，某些其它的對象做出相應的改變。做到這一點(diǎn)的設計方案有很多，但是為了使系統能夠易于復用，應該選擇低耦合度的設計方案。減少對象之間的耦合有利于系統的復用，但是同時(shí)設計師需要使這些低耦合度的對象之間能夠維持行動(dòng)的協(xié)調一致，保證高度的協(xié)作（Collaboration）。觀(guān)察者模式是滿(mǎn)足這一要求的各種設計方案中最重要的一種。
二、 觀(guān)察者模式的結構
觀(guān)察者模式的類(lèi)圖如下：
可以看出，在這個(gè)觀(guān)察者模式的實(shí)現里有下面這些角色：
- 抽象主題（Subject）角色：主題角色把所有對觀(guān)察考對象的引用保存在一個(gè)聚集里，每個(gè)主題都可以有任何數量的觀(guān)察者。抽象主題提供一個(gè)接口，可以增加和刪除觀(guān)察者對象，主題角色又叫做抽象被觀(guān)察者（Observable）角色，一般用一個(gè)抽象類(lèi)或者一個(gè)接口實(shí)現。
- 抽象觀(guān)察者（Observer）角色：為所有的具體觀(guān)察者定義一個(gè)接口，在得到主題的通知時(shí)更新自己。這個(gè)接口叫做更新接口。抽象觀(guān)察者角色一般用一個(gè)抽象類(lèi)或者一個(gè)接口實(shí)現。在這個(gè)示意性的實(shí)現中，更新接口只包含一個(gè)方法（即Update()方法），這個(gè)方法叫做更新方法。
- 具體主題（ConcreteSubject）角色：將有關(guān)狀態(tài)存入具體現察者對象；在具體主題的內部狀態(tài)改變時(shí)，給所有登記過(guò)的觀(guān)察者發(fā)出通知。具體主題角色又叫做具體被觀(guān)察者角色（Concrete Observable）。具體主題角色通常用一個(gè)具體子類(lèi)實(shí)現。
- 具體觀(guān)察者（ConcreteObserver）角色：存儲與主題的狀態(tài)自恰的狀態(tài)。具體現察者角色實(shí)現抽象觀(guān)察者角色所要求的更新接口，以便使本身的狀態(tài)與主題的狀態(tài)相協(xié)調。如果需要，具體現察者角色可以保存一個(gè)指向具體主題對象的引用。具體觀(guān)察者角色通常用一個(gè)具體子類(lèi)實(shí)現。
從具體主題角色指向抽象觀(guān)察者角色的合成關(guān)系，代表具體主題對象可以有任意多個(gè)對抽象觀(guān)察者?韻蟮囊謾Ｖ允褂貿橄蠊鄄煺叨皇薔嚀騫鄄煺擼馕蹲胖魈舛韻蟛恍枰酪昧四男〤oncreteObserver類(lèi)型，而只知道抽象Observer類(lèi)型。這就使得具體主題對象可以動(dòng)態(tài)地維護一系列的對觀(guān)察者對象的引用，并在需要的時(shí)候調用每一個(gè)觀(guān)察者共有的Update()方法。這種做法叫做"針對抽象編程"。
三、 觀(guān)察者模式的示意性源代碼
// Observer pattern -- Structural example
using System;
using System.Collections;
// "Subject"
abstract class Subject
{
// Fields
private ArrayList observers = new ArrayList();
// Methods
public void Attach( Observer observer )
{
observers.Add( observer );
}
public void Detach( Observer observer )
{
observers.Remove( observer );
}
public void Notify()
{
foreach( Observer o in observers )
o.Update();
}
}
// "ConcreteSubject"
class ConcreteSubject : Subject
{
// Fields
private string subjectState;
// Properties
public string SubjectState
{
get{ return subjectState; }
set{ subjectState = value; }
}
}
// "Observer"
abstract class Observer
{
// Methods
abstract public void Update();
}
// "ConcreteObserver"
class ConcreteObserver : Observer
{
// Fields
private string name;
private string observerState;
private ConcreteSubject subject;
// Constructors
public ConcreteObserver( ConcreteSubject subject,
string name )
{
this.subject = subject;
this.name = name;
}
// Methods
override public void Update()
{
observerState = subject.SubjectState;
Console.WriteLine( "Observer {0}‘s new state is {1}",
name, observerState );
}
// Properties
public ConcreteSubject Subject
{
get { return subject; }
set { subject = value; }
}
}
/**//// <summary>
/// Client test
/// </summary>public class Client
{
public static void Main( string[] args )
{
// Configure Observer structure
ConcreteSubject s = new ConcreteSubject();
s.Attach( new ConcreteObserver( s, "1" ) );
s.Attach( new ConcreteObserver( s, "2" ) );
s.Attach( new ConcreteObserver( s, "3" ) );
// Change subject and notify observers
s.SubjectState = "ABC";
s.Notify();
}
}
四、 C#中的Delegate與Event
實(shí)際上在C#中實(shí)現Observer模式?jīng)]有這么辛苦，.NET中提供了Delegate與Event機制，我們可以利用這種機制簡(jiǎn)化Observer模式。關(guān)于Delegate與Event的使用方法請參考相關(guān)文檔。改進(jìn)后的Observer模式實(shí)現如下：
// Observer pattern -- Structural example
using System;
//Delegate
delegate void UpdateDelegate();
//Subject
class Subject
{
public event UpdateDelegate UpdateHandler;
// Methods
public void Attach( UpdateDelegate ud )
{
UpdateHandler += ud;
}
public void Detach( UpdateDelegate ud )
{
UpdateHandler -= ud;
}
public void Notify()
{
if(UpdateHandler != null) UpdateHandler();
}
}
//ConcreteSubject
class ConcreteSubject : Subject
{
// Fields
private string subjectState;
// Properties
public string SubjectState
{
get{ return subjectState; }
set{ subjectState = value; }
}
}
// "ConcreteObserver"
class ConcreteObserver
{
// Fields
private string name;
private string observerState;
private ConcreteSubject subject;
// Constructors
public ConcreteObserver( ConcreteSubject subject,
string name )
{
this.subject = subject;
this.name = name;
}
// Methods
public void Update()
{
observerState = subject.SubjectState;
Console.WriteLine( "Observer {0}‘s new state is {1}",
name, observerState );
}
// Properties
public ConcreteSubject Subject
{
get { return subject; }
set { subject = value; }
}
}
// "ConcreteObserver"
class AnotherObserver
{
// Methods
public void Show()
{
Console.WriteLine("AnotherObserver got an Notification!");
}
}
public class Client
{
public static void Main(string[] args)
{
ConcreteSubject s = new ConcreteSubject();
ConcreteObserver o1 = new ConcreteObserver(s, "1");
ConcreteObserver o2 = new ConcreteObserver(s, "2");
AnotherObserver o3 = new AnotherObserver();
s.Attach(new UpdateDelegate(o1.Update));
s.Attach(new UpdateDelegate(o2.Update));
s.Attach(new UpdateDelegate(o3.Show));
s.SubjectState = "ABC";
s.Notify();
Console.WriteLine("--------------------------");
s.Detach(new UpdateDelegate(o1.Update));
s.SubjectState = "DEF";
s.Notify();
}
}
其中，關(guān)鍵的代碼如下：
delegate void UpdateDelegate();
定義一個(gè)Delegate，用來(lái)規范函數結構。不管是ConcreteObserver類(lèi)的Update方法還是AnotherObserver類(lèi)的Show方法都符合該Delegate。這不象用Observer接口來(lái)規范必須使用Update方法那么嚴格。只要符合Delegate所指定的方法結構的方法都可以在后面被事件所處理。
public event UpdateDelegate UpdateHandler;
定義一個(gè)事件，一旦觸發(fā)，可以調用一組符合UpdateDelegate規范的方法。
public void Attach( UpdateDelegate ud )
{
UpdateHandler += ud;
}
訂閱事件。只要是一個(gè)滿(mǎn)足UpdateDelegate的方法，就可以進(jìn)行訂閱操作（如下所示）。
s.Attach(new UpdateDelegate(o1.Update));
s.Attach(new UpdateDelegate(o2.Update));
s.Attach(new UpdateDelegate(o3.Show));
在Notify方法中：
public void Notify()
{
if(UpdateHandler != null) UpdateHandler();
}
只要UpdateHandler != null（表示有訂閱者），就可以觸發(fā)事件（UpdateHandler()），所有的訂閱者便會(huì )接到通知。
五、 一個(gè)實(shí)際應用觀(guān)察者模式的例子
該例子演示了注冊的投資者在股票市場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，可以自動(dòng)得到通知。該例子仍然使用的是傳統的Observer處理手段，至于如何轉換成Delegate與Event留給讀者自己考慮。
// Observer pattern -- Real World example
using System;
using System.Collections;
// "Subject"
abstract class Stock
{
// Fields
protected string symbol;
protected double price;
private ArrayList investors = new ArrayList();
// Constructor
public Stock( string symbol, double price )
{
this.symbol = symbol;
this.price = price;
}
// Methods
public void Attach( Investor investor )
{
investors.Add( investor );
}
public void Detach( Investor investor )
{
investors.Remove( investor );
}
public void Notify()
{
foreach( Investor i in investors )
i.Update( this );
}
// Properties
public double Price
{
get{ return price; }
set
{
price = value;
Notify();
}
}
public string Symbol
{
get{ return symbol; }
set{ symbol = value; }
}
}
// "ConcreteSubject"
class IBM : Stock
{
// Constructor
public IBM( string symbol, double price )
: base( symbol, price ) {}
}
// "Observer"
interface IInvestor
{
// Methods
void Update( Stock stock );
}
// "ConcreteObserver"
class Investor : IInvestor
{
// Fields
private string name;
private string observerState;
private Stock stock;
// Constructors
public Investor( string name )
{
this.name = name;
}
// Methods
public void Update( Stock stock )
{
Console.WriteLine( "Notified investor {0} of {1}‘s change to {2:C}",
name, stock.Symbol, stock.Price );
}
// Properties
public Stock Stock
{
get{ return stock; }
set{ stock = value; }
}
}
/**//// <summary>
/// ObserverApp test
/// </summary>public class ObserverApp
{
public static void Main( string[] args )
{
// Create investors
Investor s = new Investor( "Sorros" );
Investor b = new Investor( "Berkshire" );
// Create IBM stock and attach investors
IBM ibm = new IBM( "IBM", 120.00 );
ibm.Attach( s );
ibm.Attach( b );
// Change price, which notifies investors
ibm.Price = 120.10;
ibm.Price = 121.00;
ibm.Price = 120.50;
ibm.Price = 120.75;
}
}
六、 觀(guān)察者模式的優(yōu)缺點(diǎn)
Observer模式的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現了表示層和數據邏輯層的分離，并定義了穩定的更新消息傳遞機制，類(lèi)別清晰，并抽象了更新接口，使得可以有各種各樣不同的表示層（觀(guān)察者）。
但是其缺點(diǎn)是每個(gè)外觀(guān)對象必須繼承這個(gè)抽像出來(lái)的接口類(lèi)，這樣就造成了一些不方便，比如有一個(gè)別人寫(xiě)的外觀(guān)對象，并沒(méi)有繼承該抽象類(lèi)，或者接口不對，我們又希望不修改該類(lèi)直接使用它。雖然可以再應用Adapter模式來(lái)一定程度上解決這個(gè)問(wèn)題，但是會(huì )造成更加復雜煩瑣的設計，增加出錯幾率。
觀(guān)察者模式的效果有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
（1）觀(guān)察者模式在被觀(guān)察者和觀(guān)察者之間建立一個(gè)抽象的耦合。被觀(guān)察者角色所知道的只是一個(gè)具體現察者聚集，每一個(gè)具體現察者都符合一個(gè)抽象觀(guān)察者的接口。被觀(guān)察者并不認識任何一個(gè)具體觀(guān)察者，它只知道它們都有一個(gè)共同的接口。由于被觀(guān)察者和觀(guān)察者沒(méi)有緊密地耦合在一起，因此它們可以屬于不同的抽象化層次。
（2）觀(guān)察者模式支持廣播通信。被觀(guān)察者會(huì )向所有的登記過(guò)的觀(guān)察者發(fā)出通知。
觀(guān)察者模式有下面的一些缺點(diǎn)：
（1）如果一個(gè)被觀(guān)察者對象有很多直接和間接的觀(guān)察者的話(huà)，將所有的觀(guān)察者都通知到會(huì )花費很多時(shí)間。
（2）如果在被觀(guān)察者之間有循環(huán)依賴(lài)的話(huà)，被觀(guān)察者會(huì )觸發(fā)它們之間進(jìn)行循環(huán)調用，導致系統崩潰。在使用觀(guān)察考模式時(shí)要特別注意這一點(diǎn)。
（3）如果對觀(guān)察者的通知是通過(guò)另外的線(xiàn)程進(jìn)行異步投遞的話(huà)，系統必須保證投遞是以自恰的方式進(jìn)行的。
（4）雖然觀(guān)察者模式可以隨時(shí)使觀(guān)察者知道所觀(guān)察的對象發(fā)生了變化，但是觀(guān)察者模式?jīng)]有相應的機制使觀(guān)察者知道所觀(guān)察的對象是怎么發(fā)生變化的。
