【23种设计模式】行为型模式 > 观察者模式

观察者模式（Observer Pattern）也叫发布-订阅模式

观察者模式是设计模式中的“超级模式”，其应用随处可见。

问题描述：“红灯停，绿灯行”，在日常生活中，交通信号灯装点着我们的城市，指挥着日益拥挤的城市交通。当红灯亮起，来往的汽车将停止；而绿灯亮起，汽车可以继续前行。在这个过程中，交通信号灯是汽车（更准确地说应该是汽车驾驶员）的观察目标，而汽车是观察者。随着交通信号灯的变化，汽车的行为也将随之而变化，一盏交通信号灯可以指挥多辆汽车。如图22-1所示：

在软件系统中，有些对象之间也存在类似交通信号灯和汽车之间的关系，一个对象的状态或行为的变化将导致其他对象的状态或行为也发生改变，它们之间将产生联动，正所谓“触一而牵百发”。为了更好地描述对象之间存在的这种一对多（包括一对一）的联动，观察者模式应运而生，它定义了对象之间一种一对多的依赖关系，让一个对象的改变能够影响其他对象。

一、介绍

观察者模式是使用频率最高的设计模式之一，它用于建立一种对象与对象之间的依赖关系，一个对象发生改变时将自动通知其他对象，其他对象将相应作出反应。在观察者模式中，发生改变的对象称为观察目标，而被通知的对象称为观察者，一个观察目标可以对应多个观察者，而且这些观察者之间可以没有任何相互联系，可以根据需要增加和删除观察者，使得系统更易于扩展。

观察者模式描述了如何建立对象与对象之间的依赖关系，以及如何构造满足这种需求的系统。观察者模式包含观察目标和观察者两类对象，一个目标可以有任意数目的与之相依赖的观察者，一旦观察目标的状态发生改变，所有的观察者都将得到通知。作为对这个通知的响应，每个观察者都将监视观察目标的状态以使其状态与目标状态同步，这种交互也称为发布-订阅(Publish-Subscribe)。观察目标是通知的发布者，它发出通知时并不需要知道谁是它的观察者，可以有任意数目的观察者订阅它并接收通知。

二、适用场景

      在以下情况下可以考虑使用观察者模式：
      (1) 一个抽象模型有两个方面，其中一个方面依赖于另一个方面，将这两个方面封装在独立的对象中使它们可以各自独立地改变和复用。
      (2) 一个对象的改变将导致一个或多个其他对象也发生改变，而并不知道具体有多少对象将发生改变，也不知道这些对象是谁。
      (3) 需要在系统中创建一个触发链，A对象的行为将影响B对象，B对象的行为将影响C对象……，可以使用观察者模式创建一种链式触发机制。

三、UML类图

在观察者模式结构图中包含如下几个角色：
      ● Subject（目标）：目标又称为主题，它是指被观察的对象。在目标中定义了一个观察者集合，一个观察目标可以接受任意数量的观察者来观察，它提供一系列方法来增加和删除观察者对象，同时它定义了通知方法notify()。目标类可以是接口，也可以是抽象类或具体类。
      ● ConcreteSubject（具体目标）：具体目标是目标类的子类，通常它包含有经常发生改变的数据，当它的状态发生改变时，向它的各个观察者发出通知；同时它还实现了在目标类中定义的抽象业务逻辑方法（如果有的话）。如果无须扩展目标类，则具体目标类可以省略。
      ● Observer（观察者）：观察者将对观察目标的改变做出反应，观察者一般定义为接口，该接口声明了更新数据的方法update()，因此又称为抽象观察者。

      ● ConcreteObserver（具体观察者）：在具体观察者中维护一个指向具体目标对象的引用，它存储具体观察者的有关状态，这些状态需要和具体目标的状态保持一致；它实现了在抽象观察者Observer中定义的update()方法。通常在实现时，可以调用具体目标类的attach()方法将自己添加到目标类的集合中或通过detach()方法将自己从目标类的集合中删除。

四、优缺点

4.1 优点

      观察者模式的主要优点如下：
      (1) 观察者模式可以实现表示层和数据逻辑层的分离，定义了稳定的消息更新传递机制，并抽象了更新接口，使得可以有各种各样不同的表示层充当具体观察者角色。
      (2) 观察者模式在观察目标和观察者之间建立一个抽象的耦合。观察目标只需要维持一个抽象观察者的集合，无须了解其具体观察者。由于观察目标和观察者没有紧密地耦合在一起，因此它们可以属于不同的抽象化层次。
      (3) 观察者模式支持广播通信，观察目标会向所有已注册的观察者对象发送通知，简化了一对多系统设计的难度。
      (4) 观察者模式满足“开闭原则”的要求，增加新的具体观察者无须修改原有系统代码，在具体观察者与观察目标之间不存在关联关系的情况下，增加新的观察目标也很方便。

4.2 缺点

      观察者模式的主要缺点如下：
      (1) 如果一个观察目标对象有很多直接和间接观察者，将所有的观察者都通知到会花费很多时间。
      (2) 如果在观察者和观察目标之间存在循环依赖，观察目标会触发它们之间进行循环调用，可能导致系统崩溃。
      (3) 观察者模式没有相应的机制让观察者知道所观察的目标对象是怎么发生变化的，而仅仅只是知道观察目标发生了变化。

五、代码实现

下面的代码，发布者会通知，调用订阅者的响应

C++ 

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

// 观察者抽象类
class Observer
{
public:
    virtual void callback() = 0; // 观察者的响应方法
};

class Observer_A :public Observer
{
public:
    void callback()
    {
        cout << "Observer_A callback()" << endl;
    }
};

class Observer_B :public Observer
{
public:
    void callback()
    {
        cout << "Observer_B callback()" << endl;
    }
};

class Observer_C :public Observer
{
public:
    void callback()
    {
        cout << "Observer_C callback()" << endl;
    }
};

// 抽象类(接口），定义了发布者的基本行为
class Subject
{
public:
    virtual void addObserver(Observer* observer) = 0;   // 添加一个观察者
    virtual void deleteObserver(Observer* oberver) = 0; // 删除一个观察者
    virtual void notifyObservers() = 0;                 // 通知所有观察者
};

// 具体的发布者，实现了Subject接口
class Publisher : public Subject
{
public:
    void addObserver(Observer* observer) override
    {
        observers.push_back(observer);
    }
    void deleteObserver(Observer* oberver) override
    {
        for (vector<Observer*>::iterator it = observers.begin(); it != observers.end(); it++)
        {
            if (*it == oberver)
            {
                observers.erase(it); 
                return;
            }
        }
    }
    void notifyObservers() override
    {
        for (Observer* ob : observers)
        {
            ob->callback();
        }
    }
private:
    vector<Observer* >observers;
};

int main()
{
    Observer_A a1;
    Observer_A a2;
    Observer_B b;
    Observer_C c;
    Publisher publisher; 
    publisher.addObserver(&a1);
    publisher.addObserver(&a2);
    publisher.addObserver(&b);
    publisher.addObserver(&c);
    publisher.notifyObservers();
    cout << "first notification is done" << endl; 
    publisher.deleteObserver(&a1); 
    publisher.deleteObserver(&c);
    publisher.notifyObservers();
    cout << "second notification is done" << endl;
}

C# 

使用委托多播可以十分方便的实现发布订阅者模式。

using System;
using System.Collections.Generic;
class Program
{
    interface Observer
    {
        void callback(); 
    }

    class Observer_A
    {
        public void callback()
        {
            Console.WriteLine("Observer_A callback()");
        }
    }
    class Observer_B
    {
        public void callback()
        {
            Console.WriteLine("Observer_B callback()");
        }
    }
    class Observer_C
    {
        public void callback()
        {
            Console.WriteLine("Observer_C callback()");
        }
    }

    delegate void CallBack();

    interface Subject
    {
        // 一个事件
        event CallBack call;
        void notifyObserver(); 
    }

    class Publisher: Subject
    {
        public event CallBack call;

        public void notifyObserver()
        {
            call(); 
        }
    }


    public static void Main()
    {
        Observer_A a1 = new Observer_A();
        Observer_A a2 = new Observer_A(); 
        Observer_B b = new Observer_B();
        Observer_C c = new Observer_C();
        Publisher p = new Publisher();
        p.call += a1.callback;
        p.call += a2.callback;
        p.call += b.callback;
        p.call += c.callback;
        p.notifyObserver();
        Console.WriteLine("first notification is done");
        p.call -= a1.callback;
        p.call -= c.callback;
        p.notifyObserver();
        Console.WriteLine("sencond notification is done");
    }
} 

结果：

Observer_A callback()
Observer_A callback()
Observer_B callback()
Observer_C callback()
first notification is done
Observer_A callback()
Observer_B callback()
sencond notification is done