设计模式 - 观察者模式

概述

观察者模式（Observer Pattern）是一种行为型设计模式，它定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象。当主题对象的状态发生变化时，所有依赖于它的观察者对象都会得到通知并自动更新。观察者模式使得对象之间的耦合度降低，提高了系统的灵活性和可维护性。

结构

观察者模式包含以下几个角色：

1. 主题（Subject）：定义了观察者注册、移除和通知的方法。
2. 具体主题（ConcreteSubject）：实现主题接口，维护一个观察者列表，当状态发生变化时通知所有观察者。
3. 观察者（Observer）：定义了一个更新接口，当接收到主题的通知时更新自己。
4. 具体观察者（ConcreteObserver）：实现观察者接口，更新自己的状态以与主题的状态保持一致。

示例代码

假设我们有一个应用程序需要实现一个简单的股票价格通知系统。
代码地址

主题接口

public interface IStock
{
    void RegisterObserver(IObserver observer);
    void RemoveObserver(IObserver observer);
    void NotifyObservers();
}

具体主题

public class Stock(string symbol, double price) : IStock
{
    private readonly List<IObserver> _observers = [];

    public string Symbol => symbol;

    public double Price
    {
        get => price;
        set
        {
            price = value;
            NotifyObservers();
        }
    }

    public void RegisterObserver(IObserver observer)
    {
        _observers.Add(observer);
    }

    public void RemoveObserver(IObserver observer)
    {
        _observers.Remove(observer);
    }

    public void NotifyObservers()
    {
        foreach (var observer in _observers)
        {
            observer.Update(this);
        }
    }
}

观察者接口

public interface IObserver
{
    void Update(Stock stock);
}

具体观察者

public class StockObserver(string name) : IObserver
{
    public void Update(Stock stock)
    {
        Console.WriteLine($"Observer {name}: Stock {stock.Symbol} price updated to {stock.Price}");
    }
}

客户端代码

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Stock appleStock = new Stock("AAPL", 150.00);

        IObserver observer1 = new StockObserver("Observer1");
        IObserver observer2 = new StockObserver("Observer2");

        appleStock.RegisterObserver(observer1);
        appleStock.RegisterObserver(observer2);

        appleStock.Price = 155.00;
        appleStock.Price = 160.00;

        appleStock.RemoveObserver(observer1);

        appleStock.Price = 165.00;
    }
}

应用场景

观察者模式适用于以下场景：

1. 对象间存在一对多关系：当一个对象的状态发生变化时，需要通知其他多个对象并使它们自动更新时。
2. 系统中对象之间存在依赖关系：当对象之间存在依赖关系，但不希望这些对象之间紧密耦合时，可以使用观察者模式。

优缺点

优点

• 降低耦合度：观察者模式通过将观察者和主题解耦，使得它们可以独立变化，提高了系统的灵活性和可维护性。
• 支持广播通信：主题对象可以向所有注册的观察者发送通知，实现广播通信。

缺点

• 可能导致性能问题：如果观察者数量过多，通知所有观察者可能会导致性能问题。
• 可能导致内存泄漏：如果观察者没有及时解除注册，可能会导致内存泄漏。