Observer模式

Observer模式是MVC架构中的关键,用于建立Subject与多个Observer之间的依赖关系,当Subject变化时,Observer能同步更新。该模式通过Attach、Detach和Notify操作管理Observer,并延迟更新到Notify时执行。在实现中,Subject维护Observer的列表,通过遍历并调用Update方法通知状态变化。

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Observer 模式应该可以说是应用最多、影响最广的模式之一,因为 Observer 的一个实例 Model/View/Control( MVC) 结构在系统开发架构设计中有着很重要的地位和意义, MVC实现了业务逻辑和表示层的解耦。

  • 设计

Observer 模式要解决的问题为: 建立一个 Subject对多个Observer的依赖关系, 并且做到当“一” 变化的时候, 依赖这个“一”的多也能够同步改变。 最常见的一个例子就是: 对同一组数据进行统计分析时候, 我们希望能够提供多种形式的表示(例如以表格进行统计显示、 柱状图统计显示、 百分比统计显示等)。这些表示都依赖于同一组数据, 我们当然需要当数据改变的时候, 所有的统计的显示都能够同时改变。该设计模式结构图如下:

目标 Subject 提供依赖于它的观察者 Observer 的注册( Attach) 和注销( Detach)操作,并且提供了使得依赖于它的所有观察者同步的操作( Notify)。 观察者 Observer 则提供一个 Update 操作, 注意这里的 Observer 的 Update 操作并不在 Observer 改变了 Subject 目标状态的时候就对自己进行更新, 这个更新操作要延迟到 Subject 对象发出 Notify 通知所有Observer 进行修改(调用 Update)。

Observer 模式也称为发布---------订阅( publish-subscribe),目标就是通知的发布者,观察者则是通知的订阅者(接受通知)。

  •  实现

在Observer 模式的实现中, Subject 维护一个 list 作为存储其所有观察者的容器。每调用Notify操作就遍历list中的Observer对象, 并广播通知改变状态(调用Observer 的 Update操作)。 目标的状态 state 可以由 Subject 自己改变, 也可以由 Observer 的某个操作引起 state 的改变(可调用 Subject 的 SetState 操作)。 Notify 操作可以由 Subject 目标主动广播(示例),也可以由 Observer 观察者来调用(利用Observer维护一个指向Subject的指针)。运行示例程序, 可以看到当 Subject 处于状态“ old” 时候, 依赖于它的两个观察者都显示“ old”,当目标状态改变为“ new”的时候,依赖于它的两个观察者也都改变为“ new”。

  1. subiect被观察者
  • Subject.h
#include <iostream>
using namespace std;
#ifndef _SUBJECT_H_
#define _SUBJECT_H_
#include <list>
#include <string>
using namespace std;
typedef string State;
class Observer;
class Subject
{
  public:
   virtual ~Subject();
   virtual void Attach(Observer* obv);
   virtual void Detach(Observer* obv);
   virtual void Notify();
   virtual void SetState(const State& st) = 0;
   virtual State GetState() = 0;
  protected:
   Subject();
  private:
   list<Observer* >* _obvs;
};

class ConcreteSubject:public Subject
{
  public:
   ConcreteSubject();
   ~ConcreteSubject();
   State GetState();
   void SetState(const State& st);
  private:
   State _st;
};
#endif
  • Subject.cpp
#include "Subject.h"
#include "Observer.h"
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
typedef string state;

Subject::Subject()
{ 
  //在模板的使用之前一定要 new,创建
  _ obvs = new list<Observer*>;
}
Subject::~Subject()
{ }
void Subject::Attach(Observer* obv)
{
  _obvs->push_front(obv);
}
void Subject::Detach(Observer* obv)
{
  if (obv != NULL)
  _obvs->remove(obv);
}
void Subject::Notify()
{
  list<Observer*>::iterator it;
  it = _obvs->begin();
  for (;it != _obvs->end();it++)
  {
   //关于模板和 iterator 的用法
   (*it)->Update(this);
  }
}

ConcreteSubject::ConcreteSubject()
{
  _st = '\0';
}

ConcreteSubject::~ConcreteSubject()
{ }

State ConcreteSubject::GetState()
{
  return _st;
}

void ConcreteSubject::SetState(const State& st)
{ 
  _st = st;
}
  1.  观察者
  • Observer.h
#ifndef _OBSERVER_H_
#define _OBSERVER_H_
#include "Subject.h"
#include <string>
using namespace std;
typedef string State;
class Observer
{
  public:
   virtual ~Observer();
   virtual void Update(Subject* sub) = 0;
   virtual void PrintInfo() = 0;
  protected:
   Observer();
   State _st;
  private:
};

class ConcreteObserverA:public Observer
{
  public:
   virtual Subject* GetSubject();
   ConcreteObserverA(Subject* sub);
   virtual ~ConcreteObserverA();
   //传入 Subject 作为参数,这样可以让一个
   View 属于多个的 Subject。
   void Update(Subject* sub);
   void PrintInfo();
  protected:
  private:
   Subject* _sub;
};

class ConcreteObserverB:public Observer
{
  public:
   virtual Subject* GetSubject();
   ConcreteObserverB(Subject* sub);
   virtual ~ConcreteObserverB();
   //传入 Subject 作为参数,这样可以让一个
   View 属于多个的 Subject。
   void Update(Subject* sub);
   void PrintInfo();
  private:
   Subject* _sub;
};
#endif
  • ObserverA.cpp
     
#include "Observer.h"
#include "Subject.h"
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
Observer::Observer()
{
   _st = '\0';
}
Observer::~Observer(){}
ConcreteObserverA::ConcreteObserverA(Subject* sub)
{
   _sub = sub;
   _sub->Attach(this);
}
ConcreteObserverA::~ConcreteObserverA()
{
   _sub->Detach(this);
   if (_sub != 0)
    delete _sub;
}
Subject* ConcreteObserverA::GetSubject()
{
   return _sub;
}
void ConcreteObserverA::PrintInfo()
{
   cout<<"ConcreteObserverA observer...."<<_sub->GetState()<<endl;
}
void ConcreteObserverA::Update(Subject* sub)
{
   _st = sub->GetState();
   PrintInfo();
}
ConcreteObserverB::ConcreteObserverB(Subject* sub)
{
   _sub = sub;
   _sub->Attach(this);
}
  • ObserverB.cpp
ConcreteObserverB::~ConcreteObserverB()
{
    _sub->Detach(this);
if (_sub != 0)
{
    delete _sub;
}
Subject* ConcreteObserverB::GetSubject()
{
    return _sub;
}
void ConcreteObserverB::PrintInfo()
{
    cout<<"ConcreteObserverB observer...."<<_sub->GetState()<<endl;
}
void ConcreteObserverB::Update(Subject* sub)
{
    _st = sub->GetState();
    PrintInfo();
}
  • main.cpp
#include "Subject.h"
#include "Observer.h"
#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc,char* argv[])
{
    ConcreteSubject* sub = new ConcreteSubject();

    Observer* o1 = new ConcreteObserverA(sub);

    Observer* o2 = new ConcreteObserverB(sub);

    sub->SetState("old");
    sub->Notify();

    sub->SetState("new");  // 也可由Observer调用
    sub->Notify();

    return 0;
}

 

### Observer设计模式的概念 Observer设计模式是一种行为型设计模式,用于定义对象间的一对多依赖关系。在这种模式下,当一个对象(称为目标或主题)的状态发生改变时,所有依赖于它的对象(称为观察者)都会自动收到通知并更新其状态[^4]。 这种模式的核心在于解耦目标和观察者之间的联系,从而提高系统的灵活性和可扩展性。通过引入中间层的通知机制,可以减少组件间的直接交互,使系统更加模块化。 --- ### Observer设计模式的组成 Observer模式主要由以下几个部分构成: 1. **Subject (目标)** 这是一个接口或基类,负责管理观察者的注册、移除以及通知操作。它可以维护一组观察者,并在自身状态变化时调用这些观察者的更新方法。 2. **ConcreteSubject (具体目标)** 它实现了 Subject 接口,并包含具体的业务逻辑。每当 ConcreteSubject 的状态发生变化时,它会通知所有的观察者。 3. **Observer (观察者)** 这是一个接口,定义了接收通知的方法。任何希望监听目标状态变化的对象都需要实现该接口。 4. **ConcreteObserver (具体观察者)** 实现了 Observer 接口的具体类,保存指向目标对象的引用以便获取最新状态,并执行相应的更新动作。 --- ### Observer设计模式的实现方式 以下是基于 Java 的 Observer 模式的一个简单实现示例: ```java // 定义Subject接口 public interface Subject { void registerObserver(Observer o); void removeObserver(Observer o); void notifyObservers(); } // 定义Observer接口 public interface Observer { void update(String message); } // 具体的目标类 public class ConcreteSubject implements Subject { private List<Observer> observers = new ArrayList<>(); private String state; @Override public void registerObserver(Observer o) { observers.add(o); // 注册观察者 } @Override public void removeObserver(Observer o) { observers.remove(o); // 移除观察者 } @Override public void notifyObservers() { for (Observer observer : observers) { // 遍历并通知所有观察者 observer.update(state); } } public void setState(String newState) { this.state = newState; // 更新状态 notifyObservers(); // 通知观察者 } } // 具体的观察者类 public class ConcreteObserver implements Observer { private String name; public ConcreteObserver(String name) { this.name = name; } @Override public void update(String message) { System.out.println(name + " 收到消息:" + message); // 处理通知 } } ``` 上述代码展示了如何创建一个简单的 Observer 模式框架。`ConcreteSubject` 类作为目标,负责管理观察者集合;`ConcreteObserver` 则响应来自目标的通知。 --- ### Observer设计模式的应用场景 #### 软件开发中的典型应用场景 1. **UI 组件与数据模型同步** 在图形用户界面中,许多控件都遵循 Observer 模式。例如,按钮点击事件触发后,多个订阅器会接收到通知并作出反应。 2. **日志记录系统** 当应用程序运行过程中产生新日志条目时,可以利用 Observer 模式将日志分发给不同的处理程序(如文件写入器、数据库存储器等)。这种方式有助于保持核心逻辑与日志功能分离[^3]。 3. **游戏引擎的消息传递** 游戏开发领域也广泛采用 Observer 模式来协调不同子系统的行为。比如玩家角色的生命值下降时,健康栏 UI 和音效播放器都可以成为此事件的观察者[^2]。 4. **全球化软件设计** 对于支持多语言或多区域设置的应用来说,Observer 模式可以帮助动态调整显示内容而不需重启整个程序。例如,切换语言包之后,所有受影响的部分都能即时刷新以反映最新的翻译结果。 --- ### 总结 Observer设计模式提供了灵活且高效的解决方案,适用于需要维持低耦合度的各种场合。无论是传统的桌面应用还是现代的游戏架构,这一经典模式均展现了强大的适应能力及其价值所在。 ---
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