.NET设计模式：观察者模式（Observer Pattern）

　　概述


　 　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

　　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。[GOF
《设计模式》]

　　结构图



图1
Observer
模式结构图

　　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。拍卖演示了这种模式。每个投标人都有一个标有数
字的牌子用于出价。拍卖师开始拍卖时，他观察是否有牌子举起出价。每次接受一个新的出价都改变了拍卖的当前价格，并且广播给所有的投标人进行新的出价。



图2
使用拍卖例子的观察者模式

　　Observer
模式解说


　　下面通过一个例子来说明Observer
模式。监控某一个公司的股票
价格变化，可以有多种方式，通知的对象可以是投资者，或者是发送到移动设备，还有电子邮件等。一开始我们先不考虑Observer
模式，通过一步步地重
构，最终重构为Observer
模式。现在有这样两个类：Microsoft
和Investor
，如下图所示：



图3
UML
静态图示例

　　它们的实现如下：

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);

}

}

　　简单的客户端实现：

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();

}

}

　　运行后结果如下：

　　Notified Jom of Microsoft's change to
￥120

　　可以看到，这段代码运行并没有问题，也确实实现了我们最初的设想的功能，把Microsoft
的股票价格变化通知到了Jom
投资者那儿。但是这里面出现了如下几个问题：

　　1
．Microsoft
和Investor
之间形成了一种双向的依赖关系，即Microsoft
调用了Investor
的方法，而Investor
调用了Microsoft
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。

　　2
．当出现一种的通知对象，比如说是移动设备Mobile
：

public

class
Mobile

{

private

string
_no;

public
Mobile(
string
No)

{

this
._no =
No;

}

public

void
SendData(Microsoft ms)

{

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

ms.Symbol, ms.Price);

}

}

　　这时候对应的Microsoft
的类就应该改变为如下代码，在Microsot
类中增加Mobile
，同时修改Update()
方法使其可以通知到移动设备：

public

class
Microsoft

{

private

Investor _investor;

private

Mobile _mobile;

private

String _symbol;

private

double
_price;

public

void
Update()

{

_investor.SendData(
this
);

_mobile.SendData(
this
);

}

public

Mobile Mobile

{

get
{
return
_mobile; }

set
{
_mobile = value; }

}

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; }

}

}

　 　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Microsoft
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Microsoft
和具体的通知对象之 间依赖。



图4

静态UML
图示例

　　实现代码如下：

public

interface
IObserver

{

void

SendData(Microsoft ms);

}

public

class
Investor : IObserver

{

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);

}

}

public

class
Microsoft

{

private

IObserver _investor;

private

String _symbol;

private

double
_price;

public

void
Update()

{

_investor.SendData(
this
);

}

public

String Symbol

{

get
{
return
_symbol; }

set
{
_symbol = value; }

}

public

double
Price

{

get
{
return
_price; }

set
{
_price = value; }

}

public

IObserver Investor

{

get
{
return
_investor; }

set
{
_investor = value; }

}

}

　　做到这一步，可以看到，我们在降低两者的依赖性上已经迈进了一小步，正在朝着弱依赖性这个方向变化。在Microsoft
类中已经不再依赖于具体的Investor
，而是依赖于接口IObserver
。

　　但同时我们看到，再新出现一个移动设备这样的通知对象，Microsoft
类仍然需要改变，对此我们再做如下重构，在Microsoft
中维护一个IObserver
列表，同时提供相应的维护方法。



图5

静态UML
示例图

　　Microsoft
类的实现代码如下：

public

class
Microsoft

{

private

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

private

String _symbol;

private

double
_price;

public

void
Update()

{

foreach

(IObserver ob
in
observers)

{

ob.SendData(
this
);

}

}

public

void
AddObserver(IObserver observer)

{

observers.Add(observer);

}

public

void
RemoveObserver(IObserver observer)

{

observers.Remove(observer);

}

public

String Symbol

{

get
{
return
_symbol; }

set
{
_symbol = value; }

}

public

double
Price

{

get
{
return
_price; }

set
{
_price = value; }

}

}

　　此时客户端的调用代码：

class
Program

{

static

void
Main(
string
[] args)

{

IObserver investor1 =
new
Investor(
"Jom"
);

IObserver investor2 =
new
Investor(
"TerryLee"
);

Microsoft ms =
new
Microsoft();

ms.Symbol =
"Microsoft"
;

ms.Price =
120.00
;

ms.AddObserver(investor1);

ms.AddObserver(investor2);

ms.Update();

Console.ReadLine();

}

}

　 　走到这一步，已经有了Observer
模式的影子了，Microsoft
类不再依赖于具体的Investor
，而是依赖于抽象的IOberver
。存在 着的一个问题是Investor
仍然依赖于具体的公司Microsoft
，况且公司还会有很多IBM
，Google
等，解决这样的问题很简单，只需要再对 Microsoft
类做一次抽象。如下图所示：



图6

静态UML
示例图

　　实现代码如下：





Code

public

abstract

class
Stock

{

private
List<IObserver> observers =
new

List<IObserver>();

private
String _symbol;

private

double
_price;

public
Stock(String symbol,
double
price)

{

this
._symbol = symbol;

this
._price = price;

}

public

void
Update()

{

foreach
(IObserver ob
in
observers)

{

ob.SendData(
this
);

}

}

public

void
AddObserver(IObserver observer)

{

observers.Add(observer);

}

public

void
RemoveObserver(IObserver observer)

{

observers.Remove(observer);

}

public
String Symbol

{

get
{
return
_symbol; }

}

public

double
Price

{

get
{
return
_price; }

}

}

public

class
Microsoft : Stock

{

public
Microsoft(String symbol,
double
price)

:
base
(symbol, price)

{ }

}

public

interface
IObserver

{

void
SendData(Stock stock);

}

public

class
Investor : IObserver

{

private

string
_name;

public
Investor(
string
name)

{

this
._name = name;

}

public

void
SendData(Stock stock)

{

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

stock.Symbol,stock.Price);

}

}

　　客户端程序代码如下：

class
Program

{

static

void
Main(
string
[] args)

{

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

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

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

ms.Update();

Console.ReadLine();

}

}

　　到这里我们可以看到，通过不断的重构，不断地抽象，我们由一开始的很糟糕的设计，逐渐重构为使用Observer
模式的这样一个方案。在这个例 子里面，IOberser
充当了观察者的角色，而Stock
则扮演了主题对象角色，在任何时候，只要调用了Stock
的Update()
方法，它就会通知 它的所有观察者对象。同时可以看到，通过Observer
模式，取消了直接依赖，变为间接依赖，这样大大提供了系统的可维护性和可扩展性。

　　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。OK
， 说到这儿，你是否对于推模式和拉模式有了一点了解呢？我把前面的例子修改为了拉模式，供大家参考，可以看到通知方法是没有任何参数的：

public

abstract

class
Stock

{

private

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

private

String _symbol;

private

double
_price;

public

Stock(String symbol,
double
price)

{

this
._symbol
= symbol;

this
._price
= price;

}

public

void
Update()

{

foreach

(IObserver ob
in
observers)

{

ob.SendData();

}

}

public

void
AddObserver(IObserver observer)

{

observers.Add(observer);

}

public

void
RemoveObserver(IObserver observer)

{

observers.Remove(observer);

}

public

String Symbol

{

get
{
return
_symbol; }

}

public

double
Price

{

get
{
return
_price; }

}

}

public

class
Microsoft : Stock

{

public

Microsoft(String symbol,
double
price)

:
base
(symbol,
price)

{ }

}

public

interface
IObserver

{

void

SendData();

}

public

class
Investor : IObserver

{

private

string
_name;

private
Stock
_stock;

public

Investor(
string
name,Stock stock)

{

this
._name
= name;

this
._stock
= stock;

}

public

void
SendData()

{

Console.WriteLine(
"Notified {0} of {1}'s "
+
"change to {2:C}"
,

_name, _stock.Symbol, _stock.Price);

}

}

class
Program

{

static

void
Main(
string
[] args)

{

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

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

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

ms.Update();

Console.ReadLine();

}

}

　　当然拉模式也是有一些缺点的，主体对象和观察者之间的耦合加强了，但是这可以通过抽象的手段使这种耦合关系减到最小。[
感谢idior
的意见]

.NET

中的Observer
模式


　　在.NET
中，相信大家对于事件和委托都已经不陌生了，这里就不具体多说了。利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。因为在上面的示例中我们可以看到，虽然取消了直接耦合，但是又引入了不必要的约束（暂且这么说吧）。即那些子类必须都继承于主题父类，还有观察者接
口等。网上有很多这方面的例子，上面的例子简单的用事件和委托实现如下，仅供大家参考：


class
Program

{

static

void
Main(
string
[] args)

{

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

Investor investor =
new
Investor(
"Jom"
);

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

stock.Update();

Console.ReadLine();

}

}

public

delegate

void
NotifyEventHandler(
object

sender);

public

class
Stock

{

public

NotifyEventHandler NotifyEvent;

private

String _symbol;

private

double
_price;

public

Stock(String symbol,
double
price)

{

this
._symbol
= symbol;

this
._price
= price;

}

public

void
Update()

{

OnNotifyChange();

}

public

void
OnNotifyChange()

{

if

(NotifyEvent !=
null
)

{

NotifyEvent(
this
);

}

}

public

String Symbol

{

get
{
return
_symbol; }

}

public

double
Price

{

get
{
return
_price; }

}

}

public

class
Investor

{

private

string
_name;

public

Investor(
string
name)

{

this
._name
= name;

}

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。

　　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。

　　总结


　　通过Observer
模式，把一对多对象之间的通知依赖关系的变得更为松散，大大地提高了程序的可维护性和可扩展性，也很好的符合了开放-
封闭原则。