Python设计模式详解之16 —— 观察者模式

Python 中的 Observer（观察者）设计模式 是一种行为型设计模式，用于定义一种订阅机制，让多个观察者对象在某一对象的状态发生变化时自动接收到通知。该模式常用于事件驱动的架构，例如 GUI 系统、消息推送系统等。

---

Observer 模式的组成

1. Subject（被观察者）：

   • 持有观察者列表，并提供添加、移除观察者的方法。
   • 当状态变化时，通知所有观察者。

2. Observer（观察者）：

   • 定义接口，接收来自 Subject 的更新。

3. ConcreteSubject 和 ConcreteObserver：

   • ConcreteSubject 负责存储具体的状态并通知观察者。
   • ConcreteObserver 实现观察者接口，响应状态变化。

---

如何在 Python 中实现 Observer 模式

示例：股票价格通知系统

# 观察者接口
class Observer:
    def update(self, subject):
        raise NotImplementedError("Subclasses must implement this method.")

# 被观察者基类
class Subject:
    def __init__(self):
        self._observers = []  # 存储观察者

    def attach(self, observer):
        if observer not in self._observers:
            self._observers.append(observer)

    def detach(self, observer):
        self._observers.remove(observer)

    def notify(self):
        for observer in self._observers:
            observer.update(self)

# 具体的被观察者
class Stock(Subject):
    def __init__(self, name, price):
        super().__init__()
        self.name = name
        self._price = price

    @property
    def price(self):
        return self._price

    @price.setter
    def price(self, new_price):
        if self._price != new_price:
            self._price = new_price
            self.notify()  # 通知观察者价格已变化

# 具体的观察者
class Investor(Observer):
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def update(self, subject):
        print(f"通知 {self.name}: {subject.name} 的价格已更新为 {subject.price}.")

# 使用 Observer 模式
if __name__ == "__main__":
    # 创建股票对象
    google_stock = Stock("Google", 1500)

    # 创建投资者对象
    investor_a = Investor("Alice")
    investor_b = Investor("Bob")

    # 添加观察者
    google_stock.attach(investor_a)
    google_stock.attach(investor_b)

    # 修改价格并触发通知
    google_stock.price = 1550
    google_stock.price = 1600

    # 移除观察者
    google_stock.detach(investor_a)
    google_stock.price = 1650

输出结果：

通知 Alice: Google 的价格已更新为 1550.
通知 Bob: Google 的价格已更新为 1550.
通知 Alice: Google 的价格已更新为 1600.
通知 Bob: Google 的价格已更新为 1600.
通知 Bob: Google 的价格已更新为 1650.

---

使用 Python 内置的 weakref.WeakSet 优化

weakref.WeakSet 可以防止因为观察者未被移除而导致的内存泄漏：

from weakref import WeakSet

class Subject:
    def __init__(self):
        self._observers = WeakSet()

    def attach(self, observer):
        self._observers.add(observer)

    def detach(self, observer):
        self._observers.discard(observer)

    def notify(self):
        for observer in self._observers:
            observer.update(self)

---

使用 Python 的内置库实现

Python 的 weakref 和 Observable 可用于更高级的实现，例如通过 abc 模块定义接口或利用事件机制。

使用 Observer Pattern 的替代方案

• asyncio：实现异步事件通知。
• pubsub（发布订阅库）：如 PyPubSub。
• GUI 框架自带的信号与槽：例如 PyQt。

---

适用场景

1. 事件驱动系统：按钮点击事件、输入框监听。
2. 实时通知系统：新闻订阅、股票更新。
3. 解耦系统模块：通过观察者减少模块间的直接依赖。

---

总结

Observer 模式在 Python 中实现起来非常自然，且可以根据实际需求选择基本实现或利用更高级的特性（如弱引用、生成器等）优化。