.NET設計模式-觀察者模式（Observer Pattern）

概述

在軟體建構過程中，我們需要為某些對象建立一種“通知依賴關系” ——一個對象（目标對象）的狀态發生改變，所有的依賴對象（觀察者對象）都将得到通知。如果這樣的依賴關系過于緊密，将使軟體不能很好地抵禦變化。使用面向對象技術，可以将這種依賴關系弱化，并形成一種穩定的依賴關系。進而實作軟體體系結構的松耦合。

意圖

定義對象間的一種一對多的依賴關系,當一個對象的狀态發生改變時, 所有依賴于它的對象都得到通知并被自動更新。[GOF 《設計模式》]

結構圖

圖1 Observer模式結構圖

生活中的例子

觀察者定義了對象間一對多的關系，當一個對象的狀态變化時，所有依賴它的對象都得到通知并且自動地更新。拍賣示範了這種模式。每個投标人都有一個标有數字的牌子用于出價。拍賣師開始拍賣時，他觀察是否有牌子舉起出價。每次接受一個新的出價都改變了拍賣的目前價格，并且廣播給所有的投标人進行新的出價。

圖2 使用拍賣例子的觀察者模式

Observer模式解說

下面通過一個例子來說明Observer模式。監控某一個公司的股票價格變化，可以有多種方式，通知的對象可以是投資者，或者是發送到移動裝置，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，最終重構為Observer模式。現在有這樣兩個類：Microsoft和Investor，如下圖所示：

圖3 UML靜态圖示例

它們的實作如下：

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);

簡單的用戶端實作：

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();

運作後結果如下：

Notified Jom of Microsoft's change to ￥120

可以看到，這段代碼運作并沒有問題，也确實實作了我們最初的設想的功能，把Microsoft的股票價格變化通知到了Jom投資者那兒。但是這裡面出現了如下幾個問題：

1．Microsoft和Investor之間形成了一種雙向的依賴關系，即Microsoft調用了Investor的方法，而Investor調用了Microsoft類的屬性。如果有其中一個類變化，有可能會引起另一個的變化。

2．當出現一種的通知對象，比如說是移動裝置Mobile：

public class Mobile

    private string _no;

    public Mobile(string No)

        this._no = No;

        Console.WriteLine("Notified {0} of {1}'s " + "change to {2:C}", _no, ms.Symbol, ms.Price);

這時候對應的Microsoft的類就應該改變為如下代碼，在Microsot類中增加Mobile，同時修改Update()方法使其可以通知到移動裝置：

    private Mobile _mobile;

        _mobile.SendData(this);

    public Mobile Mobile

        get { return _mobile; }

        set { _mobile = value; }

    } 

顯然這樣的設計極大的違背了“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象，就需要對原有的Microsoft類進行修改，這樣的設計是很糟糕的。對此做進一步的抽象，既然出現了多個通知對象，我們就為這些對象之間抽象出一個接口，用它來取消Microsoft和具體的通知對象之間依賴。

圖4 靜态UML圖示例

實作代碼如下：

public interface IObserver

    void SendData(Microsoft ms);

public class Investor : IObserver

    private IObserver _investor;

    public IObserver Investor

做到這一步，可以看到，我們在降低兩者的依賴性上已經邁進了一小步，正在朝着弱依賴性這個方向變化。在Microsoft類中已經不再依賴于具體的Investor，而是依賴于接口IObserver。

但同時我們看到，再新出現一個移動裝置這樣的通知對象，Microsoft類仍然需要改變，對此我們再做如下重構，在Microsoft中維護一個IObserver清單，同時提供相應的維護方法。

圖5 靜态UML示例圖

Microsoft類的實作代碼如下：

    private List<IObserver> observers = new List<IObserver>();

        foreach (IObserver ob in observers)

        {

            ob.SendData(this);

        }

    public void AddObserver(IObserver observer)

        observers.Add(observer);

    public void RemoveObserver(IObserver observer)

        observers.Remove(observer);

此時用戶端的調用代碼：

        IObserver investor1 = new Investor("Jom");

        IObserver investor2 = new Investor("TerryLee");

        ms.AddObserver(investor1);

        ms.AddObserver(investor2);

走到這一步，已經有了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。存在着的一個問題是Investor仍然依賴于具體的公司Microsoft，況且公司還會有很多IBM，Google等，解決這樣的問題很簡單，隻需要再對Microsoft類做一次抽象。如下圖所示：

圖6 靜态UML示例圖

public abstract class Stock

    public Stock(String symbol, double price)

        this._symbol = symbol;

        this._price = price;

public class Microsoft : Stock

    public Microsoft(String symbol, double price)

        : base(symbol, price)

    { }

    void SendData(Stock stock);

    public void SendData(Stock stock)

        Console.WriteLine("Notified {0} of {1}'s " + "change to {2:C}", _name, stock.Symbol,stock.Price);

用戶端程式代碼如下：

        Stock ms = new Microsoft("Microsoft",120.00);

        ms.AddObserver(new Investor("Jom"));

        ms.AddObserver(new Investor("TerryLee"));

到這裡我們可以看到，通過不斷的重構，不斷地抽象，我們由一開始的很糟糕的設計，逐漸重構為使用Observer模式的這樣一個方案。在這個例子裡面，IOberser充當了觀察者的角色，而Stock則扮演了主題對象角色，在任何時候，隻要調用了Stock的Update()方法，它就會通知它的所有觀察者對象。同時可以看到，通過Observer模式，取消了直接依賴，變為間接依賴，這樣大大提供了系統的可維護性和可擴充性。

推模式與拉模式

對于釋出-訂閱模型，大家都很容易能想到推模式與拉模式，用SQL Server做過資料庫複制的朋友對這一點很清楚。在Observer模式中同樣區分推模式和拉模式，我先簡單的解釋一下兩者的差別：推模式是當有消息時，把消息資訊以參數的形式傳遞（推）給所有觀察者，而拉模式是當有消息時，通知消息的方法本身并不帶任何的參數，是由觀察者自己到主體對象那兒取回（拉）消息。知道了這一點，大家可能很容易發現上面我所舉的例子其實是一種推模式的Observer模式。我們先看看這種模式帶來了什麼好處：當有消息時，所有的觀察者都會直接得到全部的消息，并進行相應的處理程式，與主體對象沒什麼關系，兩者之間的關系是一種松散耦合。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，也許有些資訊對某個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，當通知消息的參數有變化時，所有的觀察者對象都要變化。鑒于以上問題，拉模式就應運而生了，它是由觀察者自己主動去取消息，需要什麼資訊，就可以取什麼，不會像推模式那樣得到所有的消息參數。OK，說到這兒，你是否對于推模式和拉模式有了一點了解呢？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的：

            ob.SendData();

    void SendData();

    private Stock _stock;

    public Investor(string name,Stock stock)

        this._stock = stock;

    public void SendData()

        Console.WriteLine("Notified {0} of {1}'s " + "change to {2:C}", _name, _stock.Symbol, _stock.Price);

        Stock ms = new Microsoft("Microsoft", 120.00);

        ms.AddObserver(new Investor("Jom",ms));

        ms.AddObserver(new Investor("TerryLee",ms));

當然拉模式也是有一些缺點的，主體對象和觀察者之間的耦合加強了，但是這可以通過抽象的手段使這種耦合關系減到最小。[感謝idior的意見]

.NET中的Observer模式

在.NET中，相信大家對于事件和委托都已經不陌生了，這裡就不具體多說了。利用事件和委托來實作Observer模式我認為更加的簡單和優雅，也是一種更好的解決方案。因為在上面的示例中我們可以看到，雖然取消了直接耦合，但是又引入了不必要的限制（暫且這麼說吧）。即那些子類必須都繼承于主題父類，還有觀察者接口等。網上有很多這方面的例子，上面的例子簡單的用事件和委托實作如下，僅供大家參考：

        Stock stock = new Stock("Microsoft", 120.00);

        stock.NotifyEvent += new NotifyEventHandler(investor.SendData);

        stock.Update();

public delegate void NotifyEventHandler(object sender);

public class Stock

    public NotifyEventHandler NotifyEvent;

        OnNotifyChange();    

    public void OnNotifyChange()

        if (NotifyEvent != null)

            NotifyEvent(this);

    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);

效果及實作要點

1．使用面向對象的抽象，Observer模式使得我們可以獨立地改變目标與觀察者，進而使二者之間的依賴關系達到松耦合。

2．目标發送通知時，無需指定觀察者，通知（可以攜帶通知資訊作為參數）會自動傳播。觀察者自己決定是否需要訂閱通知。目标對象對此一無所知。

3．在C#中的Event。委托充當了抽象的Observer接口，而提供事件的對象充當了目标對象，委托是比抽象Observer接口更為松耦合的設計。

适用性

1．當一個抽象模型有兩個方面, 其中一個方面依賴于另一方面。将這二者封裝在獨立的對象中以使它們可以各自獨立地改變和複用。

2．當對一個對象的改變需要同時改變其它對象, 而不知道具體有多少對象有待改變。

3．當一個對象必須通知其它對象，而它又不能假定其它對象是誰。換言之, 你不希望這些對象是緊密耦合的。

總結

通過Observer模式，把一對多對象之間的通知依賴關系的變得更為松散，大大地提高了程式的可維護性和可擴充性，也很好的符合了開放-封閉原則。