16.观察者模式（Observer Pattern）
动机(Motivate):
在软件构建 过程中，我们需要为某些对象建立一种“通知依赖关系” --------一个对象（目标对象）的状态发生改变，所有的依赖对象（观察者对象）都将得到通知。如果这样的依赖关系过于紧密，将使软件不能很好地抵御变化。使用面 向对象技术，可以将这种依赖关系弱化，并形成一种稳定的依赖关系。从而实现软件体系结构的松耦合。
意图(Intent):
定义对象间的一种一对多的依赖关系,当一个对象的状态发生改变时, 所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。
-------《设计模式》GOF
结构图(Struct):
适用性：
1．当一个抽象模型有两个方面, 其中一个方面依赖于另一方面。将这二者封装在独立的对象中以使它们可以各自独立地改变和复用。
2．当对一个对象的改变需要同时改变其它对象, 而不知道具体有多少对象有待改变。
3．当一个对象必须通知其它对象，而它又不能假定其它对象是谁。换言之, 你不希望这些对象是紧密耦合的。
生活中的例子：
观 察者定义了对象间一对多的关系，当一个对象的状态变化时，所有依赖它的对象都得到通知并且自动地更新。在ATM取款，当取款成功后，以手机、邮件等方式进行通知。
代码实现：
class BankAccount { private Emailer emailer; //强信赖关系 private Mobile phoneNumber; //强信赖关系 private double _money; public Emailer Emailer { get { return emailer; } set { emailer = value; } } public Mobile PhoneNumber { get { return phoneNumber; } set { phoneNumber = value; } } public double Money { get { return _money; } set { _money = value; } } public void WithDraw() { emailer.SendEmail(this); phoneNumber.SenderNotification(this); } }
class Emailer { private string _emailer; public Emailer(string emailer) { this._emailer = emailer; } public void SendEmail(BankAccount ba) { //.. Console.WriteLine("Notified : Emailer is {0}, You withdraw {1:C} ", _emailer, ba.Money); } }
class Mobile { private long _phoneNumber; public Mobile(long phoneNumber) { this._phoneNumber = phoneNumber; } public void SenderNotification(BankAccount ba) { //.. Console.WriteLine("Notified :Phone number is {0} You withdraw {1:C} ", _phoneNumber, ba.Money); } }
客户端调用如下：
static void Main(string[] args) { ////------------------------------ 模式1 ---------------------------------------- //model1.BankAccount ba = new 模式1.BankAccount(); //model1.Emailer emailer = new model1.Emailer("abcdwxc@163.com"); //model1.Mobile mobile = new model1.Mobile(13901234567); //ba.Emailer = emailer; //ba.PhoneNumber = mobile; //ba.Money = 2000; //ba.WithDraw(); ////------------------------------------------------------------------------------- }
运行结果如下：
由此可见程序可以正常运行，但请注意BandAccount和Emailer及Mobile之间形成了一种双向的依赖关系，即BankAccount调用了Emailer及Mobile的方法，而Emailer及Mobile调用了BnadAccount类的属性。如果有其中一个类变化，有可能会引起另一个的变化。如果又需添加一种新的通知方式，就得在BankAccount的WithDraw()方法中增加对该中通知方式的调用。
显然这样的设计极大的违背了“开放-封闭”原则，这不是我们所想要的，仅仅是新增加了一种通知对象，就需要对原有的BankAccount类进行修改，这样的设计是很糟糕的。对此做进一步的抽象，既然出现了多个通知对象，我们就为这些对象之间抽象出一个接口，用它来取消BankAccount和具体的通知对象之间依赖。
由此我们由左图转换到右图。
实例代码如下：
interface IObserverAccount { void Update(BankAccount ba); }
class BankAccount { private List<IObserverAccount> obServers = new List<IObserverAccount>(); private double _money; public double Money { get { return _money; } set { _money = value; } } public void WithDraw() { foreach (IObserverAccount ob in obServers) { ob.Update(this); } } public void AddObServer(IObserverAccount ob) { this.obServers.Add(ob); } public void RemoveObServer(IObserverAccount ob) { this.obServers.Remove(ob); } }
class Emailer : Pattern_P16_行为型模式_观察者模式.模式2.IObserverAccount { private string _emailer; public Emailer(string emailer) { this._emailer = emailer; } public void Update(BankAccount ba) { Console.WriteLine("Notified : Emailer is {0}, You withdraw {1:C} ", _emailer, ba.Money); } }
class Mobile : IObserverAccount { private long _phoneNumber; public Mobile(long phoneNumber) { this._phoneNumber = phoneNumber; } public void Update(BankAccount ba) { Console.WriteLine("Notified :Phone number is {0} You withdraw {1:C} ", _phoneNumber, ba.Money); } }
客户端与上方相同，其运行结果也相同。但BankAccount增加和删除通知对象时，还需对其进行修改。对此我们再做如下重构，在BankAccount中维护一个IObserver列表，同时提供相应的维护方法。
class BankAccount { private List<IObserverAccount> obServers = new List<IObserverAccount>(); private double _money; public double Money { get { return _money; } set { _money = value; } } public void WithDraw() { foreach (IObserverAccount ob in obServers) { ob.Update(this); } } public void AddObServer(IObserverAccount ob) { this.obServers.Add(ob); } public void RemoveObServer(IObserverAccount ob) { this.obServers.Remove(ob); } }
此时客户端代码如下：
////------------------------------ 模式2 ---------------------------------------- //model2.BankAccount ba = new model2.BankAccount(); //ba.Money = 2000; //model2.IObserverAccount emailer = new model2.Emailer("abcdwxc@163.com"); //model2.IObserverAccount phone = new model2.Mobile(13901234567); //ba.AddObServer(emailer); //ba.AddObServer(phone); //ba.WithDraw(); ////-------------------------------------------------------------------------------
走到这一步，已经有了Observer模式的影子了，BankAccount类不再依赖于具体的Emailer或Mobile，而是依赖于抽象的IObserverAccount。存在着的一个问题是Emailer或Mobile仍然依赖于具体的BankAccount，解决这样的问题很简单，只需要再对BankAccount类做一次抽象。如下图：
internal abstract class Subject { private List<IObserverAccount> lObservers = new List<IObserverAccount>(); private double _money; public double Money { get { return _money; } set { _money = value; } } public Subject(double money) { this.Money = money; } public void WithDraw() { foreach (IObserverAccount ob in lObservers) { ob.Update(this); } } public void AddObserverAccount(IObserverAccount ob) { lObservers.Add(ob); } public void RemoveObserverAccount(IObserverAccount ob) { lObservers.Remove(ob); } }
internal interface IObserverAccount { void Update(Subject subject); }
internal class BankAccount:Subject { public BankAccount(double money) : base(money) { } }
internal class Emailer : Pattern_P16_行为型模式_观察者模式.模式3.IObserverAccount { private string _emailer; public Emailer(string emailer) { this._emailer = emailer; } public void Update(Subject subject) { Console.WriteLine("Notified :Phone number is {0} You withdraw {1:C} ", _emailer, subject.Money); } }
internal class Mobile : IObserverAccount { private long _phoneNumber; public Mobile(long phoneNumber) { this._phoneNumber = phoneNumber; } public void Update(Subject subject) { Console.WriteLine("Notified :Phone number is {0} You withdraw {1:C} ", _phoneNumber, subject.Money); } }
此时客户端实现如下：
////------------------------------ 模式3 ---------------------------------------- //model3.Subject subject = new model3.BankAccount(2000); //model3.IObserverAccount emailer = new model3.Emailer("abcdwxc@163.com"); //model3.IObserverAccount mobile = new model3.Mobile(13901234567); //subject.AddObserverAccount(emailer); //subject.AddObserverAccount(mobile); //subject.WithDraw(); ////-------------------------------------------------------------------------------
推模式与拉模式
对于发布-订阅模型，大家都很容易能想到推模式与拉模式，用SQL Server做过数据库复制的朋友对这一点很清楚。在Observer模式中同样区分推模式和拉模式，我先简单的解释一下两者的区别：推模式是当有消息时，把消息信息以参数的形式传递（推）给所有观察者，而拉模式是当有消息时，通知消息的方法本身并不带任何的参数，是由观察者自己到主体对象那儿取回（拉）消息。知道了这一点，大家可能很容易发现上面我所举的例子其实是一种推模式的Observer模式。我们先看看这种模式带来了什么好处：当有消息时，所有的 观察者都会直接得到全部的消息，并进行相应的处理程序，与主体对象没什么关系，两者之间的关系是一种松散耦合。但是它也有缺陷，第一是所有的观察者得到的 消息是一样的，也许有些信息对某个观察者来说根本就用不上，也就是观察者不能“按需所取”；第二，当通知消息的参数有变化时，所有的观察者对象都要变化。鉴于以上问题，拉模式就应运而生了，它是由观察者自己主动去取消息，需要什么信息，就可以取什么，不会像推模式那样得到所有的消息参数。
拉模式实现如下：
internal abstract class Subject { private List<IObserverAccount> lObservers = new List<IObserverAccount>(); private double _money; public double Money { get { return _money; } set { _money = value; } } public Subject(double money) { this._money = money; } public void WithDraw() { foreach (IObserverAccount ob in lObservers) { ob.Update(); } } public void AddObserver(IObserverAccount ob) { lObservers.Add(ob); } public void RemoveObserver(IObserverAccount ob) { lObservers.Remove(ob); } }
internal interface IObserverAccount { void Update(); }
class BankAccount:Subject { public BankAccount(double money) : base(money) { } }
internal class Emailer : Pattern_P16_行为型模式_观察者模式.模式4.IObserverAccount { private string _emailer; private Subject _subject; public Emailer(string emailer, Subject subject) { this._emailer = emailer; this._subject = subject; } public void Update() { //.. Console.WriteLine("Notified : Emailer is {0}, You withdraw {1:C} ", _emailer, _subject.Money); } }
class Mobile : IObserverAccount { private long _phoneNumber; public Subject _subject; public Mobile(long phoneNumber, Subject subject) { this._phoneNumber = phoneNumber; this._subject = subject; } public void Update() { Console.WriteLine("Notified : Emailer is {0}, You withdraw {1:C} ", _phoneNumber, _subject.Money); } }
此时客户端调用如下：
////------------------------------ 模式4 ---------------------------------------- //model4.Subject subject = new model4.BankAccount(2000); //model4.IObserverAccount emailer = new model4.Emailer("abcdwxc@163.com", subject); //model4.IObserverAccount mobile = new model4.Mobile(13901234567, subject); //subject.AddObserver(emailer); //subject.AddObserver(mobile); //subject.WithDraw(); ////-------------------------------------------------------------------------------
.NET中Observer实现：
用事件和委托来实现Observer模式我认为更加的简单和优雅，也是一种更好的解决方案。
internal class Subject { public event DelegateClass.NotifyEventHander notifyEvent; private double _money; public double Money { get { return _money; } set { _money = value; } } public Subject(double money) { this._money = money; } public void WithDraw() { OnNotifyChange(); } public void OnNotifyChange() { if (notifyEvent != null) { notifyEvent(this); } } }
class Emailer { private string _emailer; public Emailer(string emailer) { this._emailer = emailer; } public void Update(object obj) { if (obj is Subject) { Subject subject = (Subject)obj; Console.WriteLine("Notified : Emailer is {0}, You withdraw {1:C} ", _emailer, subject.Money); } } }
public delegate void NotifyEventHandler(object sender); 客户端调用如
客户端调用如下：
//------------------------------ 模式5 ---------------------------------------- model5.Subject subject = new model5.Subject(2000); model5.Emailer emailer = new model5.Emailer("abcdwxc@163.com"); model5.Mobile mobile = new model5.Mobile(13901234567); subject.notifyEvent += new model5.DelegateClass.NotifyEventHander(emailer.Update); subject.notifyEvent += new model5.DelegateClass.NotifyEventHander(mobile.Update); subject.WithDraw(); //-------------------------------------------------------------------------------
Observer实现要点:
1．使用面向对象的抽象，Observer模式使得我们可以独立地改变目标与观察者，从而使二者之间的依赖关系达到松耦合。
2．目标发送通知时，无需指定观察者，通知（可以携带通知信息作为参数）会自动传播。观察者自己决定是否需要订阅通知。目标对象对此一无所知。
3．在C#中的Event。委托充当了抽象的Observer接口，而提供事件的对象充当了目标对象，委托是比抽象Observer接口更为松耦合的设计。
