观察者模式（Observer Pattern）

观察者模式（Observer Pattern）

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定义

‌观察者模式（Observer Pattern）‌ 是一种行为设计模式，允许对象（称为 ‌Subject‌，主题）维护一组依赖对象（称为 ‌Observer‌，观察者），并在主题状态变化时自动通知所有观察者。其核心是 ‌一对多的依赖关系‌ 和 ‌事件驱动的通信机制‌。

核心思想

• 解耦主题与观察者‌：主题无需知道观察者的具体实现，只需通过接口通知。

• 动态订阅机制‌：观察者可随时注册或注销对主题的监听。

• 自动广播通知‌：主题状态变化时，自动触发所有观察者的响应逻辑。

模式结构

• 抽象主题（Subject）：定义注册、移除观察者的接口，维护观察者列表，在状态变化时触发通知。作为被观察对象的核心抽象，通过接口规范观察者管理行为。

• 具体主题类（ConcreteSubject）‌：实现抽象主题接口，存储具体状态数据，状态变更时调用通知方法，是状态的实际持有者。

• 观察者接口（IObserver）‌：定义接收主题通知的更新方法, 解耦主题与观察者的关键，确保观察者实现统一的更新逻辑。

• 具体观察者类（ConcreteObserver）‌：实现观察者接口，定义自身对主题状态变化的响应逻辑（如更新显示、记录日志），实现业务场景中的具体响应。

主要解决的问题

• 对象间实时更新‌：当对象状态变化时，依赖它的多个对象需同步更新（如 GUI 组件）。

• 避免紧耦合‌：减少主题与观察者的直接依赖，提升代码复用性和扩展性

• 替代轮询机制‌：通过事件驱动避免资源浪费，仅在状态变化时触发更新。

代码示例

场景描述

假设一个气象站（WeatherStation）作为主题，当温度变化时，自动通知显示屏（Display）和移动应用（MobileApp）更新显示。

‌实现代码

using System;
using System.Collections.Generic;

// 主题接口
interface ISubject
{
    void RegisterObserver(IObserver observer);
    void RemoveObserver(IObserver observer);
    void NotifyObservers();
}

// 观察者接口
interface IObserver
{
    void Update(float temperature);
}

// 具体主题：气象站
class WeatherStation : ISubject
{
    public event Action<float>? OnTemperatureChanged;
    private float _temperature;

    public void RegisterObserver(IObserver observer)
    {
        OnTemperatureChanged += observer.Update;
    }
    public void RemoveObserver(IObserver observer)
    {
        OnTemperatureChanged -= observer.Update;
    }
    public void NotifyObservers()
    {
        OnTemperatureChanged?.Invoke(Temperature);
    }
    public float Temperature
    {
        get => _temperature;
        set
        {
            _temperature = value;
            NotifyObservers(); // 温度变化时触发通知
        }
    }
}

// 具体观察者：显示屏
class Display : IObserver
{
    public void Update(float temperature) => 
        Console.WriteLine($"显示屏更新：当前温度 {temperature}°C");
}

// 具体观察者：移动应用
class MobileApp : IObserver
{
    public void Update(float temperature) => 
        Console.WriteLine($"移动应用推送：气温已变为 {temperature}°C");
}

// 客户端调用
class Program
{
    static void Main()
    {
        WeatherStation station = new WeatherStation();
        Display display = new Display();
        MobileApp app = new MobileApp();

        // 注册观察者
        station.RegisterObserver(display);
        station.RegisterObserver(app);

        // 模拟温度变化
        station.Temperature = 25.5f;
        station.Temperature = 26.0f;

        // 移除一个观察者
        station.RemoveObserver(app);
        station.Temperature = 27.3f;
    }
}

‌输出结果

显示屏更新：当前温度 25.5°C  
移动应用推送：气温已变为 25.5°C  
显示屏更新：当前温度 26°C  
移动应用推送：气温已变为 26°C  
显示屏更新：当前温度 27.3°C  

总结

‌优点

• 解耦性强‌：主题与观察者通过接口交互，互不影响内部实现。

• 动态扩展‌：新增观察者无需修改主题代码，符合开闭原则。

• 事件驱动高效‌：仅在状态变化时触发更新，避免资源浪费。

‌缺点

• 通知顺序不可控‌：观察者响应顺序可能影响系统行为。

• 循环引用风险‌：若观察者持有主题引用且未正确注销，可能导致内存泄漏。

通过观察者模式，C# 开发者可以构建灵活、可维护的事件驱动系统，广泛应用于 GUI 框架、消息队列、实时数据同步等场景。