• 设计模式——14. 观察者模式

    1. 说明

    观察者模式（Observer Pattern）是一种行为型设计模式，用于定义对象之间的一对多依赖关系，使得当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都能够自动收到通知并更新自己的状态，以保持与被观察对象的同步。观察者模式也被称为发布-订阅模式。

    观察者模式包含以下关键角色：

    1. Subject（被观察者）：Subject 是被观察对象，它维护一组观察者对象，并提供方法来添加、删除和通知观察者。当 Subject 的状态发生改变时，它会通知所有注册的观察者。
    2. Observer（观察者）：Observer 是观察者对象，它定义了一个更新方法（通常命名为 update），用于接收被观察对象的通知并执行相应的操作。多个观察者可以订阅同一个被观察者。
    3. ConcreteSubject（具体被观察者）：ConcreteSubject 是具体的被观察对象，它实现了 Subject 接口，负责维护状态并在状态发生改变时通知观察者。
    4. ConcreteObserver（具体观察者）：ConcreteObserver 是具体的观察者对象，它实现了 Observer 接口，并定义了在接收到通知时要执行的具体操作。

    观察者模式的优点包括：

    • 解耦性：被观察者和观察者之间的关系是松散耦合的，它们可以独立变化，不会相互影响。
    • 可扩展性：可以方便地添加新的观察者，无需修改被观察者的代码。
    • 通知机制：当被观察者的状态发生改变时，所有注册的观察者会自动收到通知，不需要手动轮询。

    观察者模式是一种非常有用的模式，它可以帮助实现对象之间的松散耦合，提高系统的可维护性和可扩展性。

    2. 使用的场景

    观察者模式在以下情况下特别有用，这些场景通常涉及到对象之间的状态变化需要通知其他对象或组件：

    1. 事件处理和 GUI 开发： 在图形用户界面（GUI）应用程序中，用户交互和事件处理是观察者模式的经典用例。例如，按钮点击事件、窗口关闭事件、鼠标移动事件等都可以通过观察者模式来处理。
    2. 消息通知系统： 观察者模式用于构建发布-订阅模型的消息通知系统，例如电子邮件通知、新闻订阅、社交媒体通知等。当有新消息或更新时，通知系统会通知所有订阅者。
    3. 股票市场和金融领域： 在股票市场中，股票价格的变化会通知所有订阅该股票的投资者。金融领域中也有类似的应用，如外汇汇率变化通知。
    4. 分布式系统： 在分布式系统中，观察者模式可以用于实现事件驱动的通信机制。当一个节点的状态发生变化时，可以通知其他节点或服务。
    5. 日志记录和监控系统： 观察者模式可以用于监控系统中，例如服务器日志记录和性能监控。当系统状态或日志条目发生变化时，观察者可以记录或报警。
    6. 实时数据更新： 当需要在多个地方保持数据同步时，观察者模式可以用于实时数据更新，确保所有订阅者都能及时获得最新数据。
    7. 游戏开发： 在游戏开发中，观察者模式常用于处理游戏中的事件和状态变化，如角色状态变化、敌人出现等。

    总之，观察者模式适用于任何需要对象之间的松散耦合、动态通信和状态同步的场景。它有助于将系统组件分离，提高代码的可维护性和可扩展性，并使系统更容易适应变化。

    3. 应用例子

    以下是一个使用 Python 实现的观察者模式示例，模拟了一个简单的股票市场通知系统：

    # 定义观察者接口
class Observer:
    def update(self, message):
        pass

# 定义具体观察者类
class StockInvestor(Observer):
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def update(self, message):
        print(f"{self.name} 收到股票市场通知：{message}")

# 定义被观察者类
class StockMarket:
    def __init__(self):
        self.investors = []  # 存储观察者

    def add_investor(self, investor):
        self.investors.append(investor)

    def remove_investor(self, investor):
        self.investors.remove(investor)

    def notify_investors(self, message):
        for investor in self.investors:
            investor.update(message)

if __name__ == "__main__":
    # 创建被观察者对象
    stock_market = StockMarket()

    # 创建具体观察者并注册到被观察者
    investor1 = StockInvestor("投资者1")
    investor2 = StockInvestor("投资者2")

    stock_market.add_investor(investor1)
    stock_market.add_investor(investor2)

    # 发送通知给观察者
    stock_market.notify_investors("股票价格上涨！")

    # 移除一个观察者
    stock_market.remove_investor(investor2)

    # 再次发送通知给观察者
    stock_market.notify_investors("股票价格下跌！")

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    4. 实现要素

    观察者模式的实现要素包括以下几个部分：

    1. Subject（被观察者）： 被观察者是一个具体的对象，它维护一组观察者对象的引用，提供方法用于添加、删除和通知观察者。通常，被观察者会维护一个状态，当状态发生变化时，会通知所有观察者。
    2. Observer（观察者）： 观察者是一个接口或抽象类，定义了一个更新方法（通常命名为 update），该方法在被观察者状态发生变化时被调用。具体的观察者类实现该接口，以便接收被观察者的通知并执行相应的操作。
    3. ConcreteSubject（具体被观察者）： 具体被观察者是被观察者接口的实现类，它负责维护状态并在状态发生改变时通知观察者。通常，具体被观察者会维护一个观察者列表，用于存储注册的观察者。
    4. ConcreteObserver（具体观察者）： 具体观察者是观察者接口的实现类，它定义了在接收到通知时要执行的具体操作。每个具体观察者都可以有不同的实现。

    5. UML图

    在这里插入图片描述

    • Subject 接口定义了 attach（添加观察者）、detach（删除观察者）和 notify（通知观察者）等方法。
    • ConcreteSubject 类实现了 Subject 接口，它维护了一个观察者列表，并在状态发生变化时调用 notify 方法通知观察者。
    • Observer 接口定义了 update 方法，用于在被观察者状态发生变化时接收通知。
    • ConcreteObserver 类实现了 Observer 接口，它包含具体的操作逻辑，以响应被观察者的通知。

    观察者模式的关键思想是被观察者与观察者之间的松散耦合，被观察者不需要知道观察者的具体实现，只需要知道它们实现了共同的接口。这种松散耦合使得系统更易于扩展和维护，符合面向对象设计原则中的依赖倒置原则。

    6. Java/golang/javascrip/C++ 等语言实现方式

    6.1 Java实现

    上述例子用Java语言实现示例如下：

    import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 定义观察者接口
interface Observer {
    void update(String message);
}

// 定义具体观察者类
class StockInvestor implements Observer {
    private String name;

    public StockInvestor(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void update(String message) {
        System.out.println(name + " 收到股票市场通知：" + message);
    }
}

// 定义被观察者类
class StockMarket {
    private List investors = new ArrayList<>();

    public void addInvestor(Observer investor) {
        investors.add(investor);
    }

    public void removeInvestor(Observer investor) {
        investors.remove(investor);
    }

    public void notifyInvestors(String message) {
        for (Observer investor : investors) {
            investor.update(message);
        }
    }
}

public class ObserverPatternExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建被观察者对象
        StockMarket stockMarket = new StockMarket();

        // 创建具体观察者并注册到被观察者
        Observer investor1 = new StockInvestor("投资者1");
        Observer investor2 = new StockInvestor("投资者2");

        stockMarket.addInvestor(investor1);
        stockMarket.addInvestor(investor2);

        // 发送通知给观察者
        stockMarket.notifyInvestors("股票价格上涨！");

        // 移除一个观察者
        stockMarket.removeInvestor(investor2);

        // 再次发送通知给观察者
        stockMarket.notifyInvestors("股票价格下跌！");
    }
}

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    6.2 Golang实现

    上述例子用golang实现示例如下：

    package main

import "fmt"

// 定义观察者接口
type Observer interface {
        Update(message string)
}

// 定义具体观察者结构体
type StockInvestor struct {
        Name string
}

func (si *StockInvestor) Update(message string) {
        fmt.Printf("%s 收到股票市场通知：%s\n", si.Name, message)
}

// 定义被观察者结构体
type StockMarket struct {
        investors []Observer
}

func (sm *StockMarket) AddInvestor(investor Observer) {
        sm.investors = append(sm.investors, investor)
}

func (sm *StockMarket) RemoveInvestor(investor Observer) {
        for i, obs := range sm.investors {
                if obs == investor {
                        sm.investors = append(sm.investors[:i], sm.investors[i+1:]...)
                        break
                }
        }
}

func (sm *StockMarket) NotifyInvestors(message string) {
        for _, investor := range sm.investors {
                investor.Update(message)
        }
}

func main() {
        // 创建被观察者对象
        stockMarket := &StockMarket{}

        // 创建具体观察者并注册到被观察者
        investor1 := &StockInvestor{Name: "投资者1"}
        investor2 := &StockInvestor{Name: "投资者2"}

        stockMarket.AddInvestor(investor1)
        stockMarket.AddInvestor(investor2)

        // 发送通知给观察者
        stockMarket.NotifyInvestors("股票价格上涨！")

        // 移除一个观察者
        stockMarket.RemoveInvestor(investor2)

        // 再次发送通知给观察者
        stockMarket.NotifyInvestors("股票价格下跌！")
}

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    6.3 Javascript实现

    上述例子用javascript实现示例如下：

    // 定义观察者接口
class Observer {
  update(message) {}
}

// 定义具体观察者类
class StockInvestor extends Observer {
  constructor(name) {
    super();
    this.name = name;
  }

  update(message) {
    console.log(`${this.name} 收到股票市场通知：${message}`);
  }
}

// 定义被观察者类
class StockMarket {
  constructor() {
    this.investors = [];
  }

  addInvestor(investor) {
    this.investors.push(investor);
  }

  removeInvestor(investor) {
    const index = this.investors.indexOf(investor);
    if (index !== -1) {
      this.investors.splice(index, 1);
    }
  }

  notifyInvestors(message) {
    this.investors.forEach((investor) => {
      investor.update(message);
    });
  }
}

// 创建被观察者对象
const stockMarket = new StockMarket();

// 创建具体观察者并注册到被观察者
const investor1 = new StockInvestor("投资者1");
const investor2 = new StockInvestor("投资者2");

stockMarket.addInvestor(investor1);
stockMarket.addInvestor(investor2);

// 发送通知给观察者
stockMarket.notifyInvestors("股票价格上涨！");

// 移除一个观察者
stockMarket.removeInvestor(investor2);

// 再次发送通知给观察者
stockMarket.notifyInvestors("股票价格下跌！");

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    6.4 C++实现

    上述例子用C++实现如下：

    #include 
#include 

// 定义观察者基类
class Observer {
public:
    virtual void update(const std::string& message) = 0;
};

// 定义具体观察者类
class StockInvestor : public Observer {
public:
    StockInvestor(const std::string& name) : name(name) {}

    void update(const std::string& message) override {
        std::cout << name << " 收到股票市场通知：" << message << std::endl;
    }

private:
    std::string name;
};

// 定义被观察者类
class StockMarket {
public:
    void addInvestor(Observer* investor) {
        investors.push_back(investor);
    }

    void removeInvestor(Observer* investor) {
        for (auto it = investors.begin(); it != investors.end(); ++it) {
            if (*it == investor) {
                investors.erase(it);
                break;
            }
        }
    }

    void notifyInvestors(const std::string& message) {
        for (auto investor : investors) {
            investor->update(message);
        }
    }

private:
    std::vector investors;
};

int main() {
    // 创建被观察者对象
    StockMarket stockMarket;

    // 创建具体观察者并注册到被观察者
    StockInvestor investor1("投资者1");
    StockInvestor investor2("投资者2");

    stockMarket.addInvestor(&investor1);
    stockMarket.addInvestor(&investor2);

    // 发送通知给观察者
    stockMarket.notifyInvestors("股票价格上涨！");

    // 移除一个观察者
    stockMarket.removeInvestor(&investor2);

    // 再次发送通知给观察者
    stockMarket.notifyInvestors("股票价格下跌！");

    return 0;
}

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    7. 练习题

    假设你正在开发一个简单的天气应用程序，用户可以订阅并接收天气预报通知。设计一个观察者模式来实现这个应用程序。

    要求：

    1. 创建一个 WeatherData 类，作为被观察者，它可以存储当前的天气信息（例如温度、湿度、气压）。
    2. 创建一个 Observer 接口，定义一个 update 方法，以便观察者可以在天气信息变化时收到通知。
    3. 创建具体观察者类 CurrentConditionsDisplay，它实现了 Observer 接口，可以显示当前的温度、湿度和气压。
    4. 在 WeatherData 类中，实现注册观察者、移除观察者和通知观察者的方法。
    5. 编写一个测试程序，创建一个 WeatherData 对象和一个 CurrentConditionsDisplay 对象，然后模拟天气信息的变化，观察 CurrentConditionsDisplay 是否能够接收并显示最新的天气信息。

    你可以在评论区里或者私信我回复您的答案，这样我或者大家都能帮你解答，期待着你的回复~

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/guohuang/article/details/133669280