C#设计模式系列(17)-观察者模式

观察者模式（有时又被称为发布（publish ）-订阅（Subscribe）模式、模型-视图（View）模式、源-收听者(Listener)模式或从属者模式）是软件设计模式的一种。

观察者模式（Observer）完美的将观察者和被观察的对象分离开。举个例子，用户界面可以作为一个观察者，业务数据是被观察者，用户界面观察业务数据的变化，发现数据变化后，就显示在界面上。面向对象设计的一个原则是：系统中的每个类将重点放在某一个功能上，而不是其他方面。一个对象只做一件事情，并且将他做好。观察者模式在模块之间划定了清晰的界限，提高了应用程序的可维护性和重用性。

一、引言

在现实生活中，处处可见观察者模式，例如，微信中的订阅号，订阅博客和QQ微博中关注好友，这些都属于观察者模式的应用。在这一章将分享我对观察者模式的理解，废话不多说了，直接进入今天的主题。

二、观察者模式的介绍

2.1 观察者模式的定义

从生活中的例子可以看出，只要对订阅号进行关注的客户端，如果订阅号有什么更新，就会直接推送给订阅了的用户。从中，我们就可以得出观察者模式的定义。

观察者模式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，这个主题对象在状态发生变化时，会通知所有观察者对象，使它们能够自动更新自己的行为。

2.2 观察者模式的结构

从上面观察者模式的定义和生活中的例子，很容易知道，观察者模式中首先会存在两个对象，一个是观察者对象，另一个就是主题对象，然而，根据面向接口编程的原则，则自然就有抽象主题角色和抽象观察者角色。理清楚了观察者模式中涉及的角色后，接下来就要理清他们之间的关联了，要想主题对象状态发生改变时，能通知到所有观察者角色，则自然主题角色必须所有观察者的引用，这样才能在自己状态改变时，通知到所有观察者。有了上面的分析，下面观察者的结构图也就很容易理解了。具体结构图如下所示：

可以看出，在观察者模式的结构图有以下角色：

抽象主题角色（Subject）：抽象主题把所有观察者对象的引用保存在一个列表中，并提供增加和删除观察者对象的操作，抽象主题角色又叫做抽象被观察者角色，一般由抽象类或接口实现。

抽象观察者角色（Observer）：为所有具体观察者定义一个接口，在得到主题通知时更新自己，一般由抽象类或接口实现。

具体主题角色（ConcreteSubject）：实现抽象主题接口，具体主题角色又叫做具体被观察者角色。

具体观察者角色（ConcreteObserver）：实现抽象观察者角色所要求的接口，以便使自身状态与主题的状态相协调。

2.3 观察者模式的实现

下面以微信订阅号的例子来说明观察者模式的实现。现在要实现监控腾讯游戏订阅号的状态的变化。这里一开始不采用观察者模式来实现，而通过一步步重构的方式，最终重构为观察者模式。因为一开始拿到需求，自然想到有两个类，一个是腾讯游戏订阅号类，另一个是订阅者类。订阅号类中必须引用一个订阅者对象，这样才能在订阅号状态改变时，调用这个订阅者对象的方法来通知到订阅者对象。有了这个分析，自然实现的代码如下所示：

// 腾讯游戏订阅号类
    public class TenxunGame
    {
        
// 订阅者对象
        public Subscriber Subscriber {get;set;} 
 
        public String Symbol {get; set;}
 
        public string Info {get ;set;}
 
        public void Update()
        {
            if (Subscriber != null)
            {
                
// 调用订阅者对象来通知订阅者
                Subscriber.ReceiveAndPrintData(this);
            }
        }
 
    }
 
    
// 订阅者类
    public class Subscriber
    {
        public string Name { get; set; }
        public Subscriber(string name)
        {
            this.Name = name;
        }
 
        public void ReceiveAndPrintData(TenxunGame txGame)
        {
            Console.WriteLine("Notified {0} of {1}'s" + " Info is: {2}", Name, txGame.Symbol, txGame.Info);
        }
    }
 
    
// 客户端测试
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            
// 实例化订阅者和订阅号对象
            Subscriber LearningHardSub = new Subscriber("LearningHard");
            TenxunGame txGame = new TenxunGame();
 
            txGame.Subscriber = LearningHardSub;
            txGame.Symbol = "TenXun Game";
            txGame.Info = "Have a new game published ....";
 
            txGame.Update();
 
            Console.ReadLine();
        }
    }

上面代码确实实现了监控订阅号的任务。但这里的实现存在下面几个问题：

TenxunGame类和Subscriber类之间形成了一种双向依赖关系，即TenxunGame调用了Subscriber的ReceiveAndPrintData方法，而Subscriber调用了TenxunGame类的属性。这样的实现，如果有其中一个类变化将引起另一个类的改变。

当出现一个新的订阅者时，此时不得不修改TenxunGame代码，即添加另一个订阅者的引用和在Update方法中调用另一个订阅者的方法。

上面的设计违背了“开放——封闭”原则，显然，这不是我们想要的。对此我们要做进一步的抽象，既然这里变化的部分是新订阅者的出现，这样我们可以对订阅者抽象出一个接口，用它来取消TenxunGame类与具体的订阅者之间的依赖，做这样一步改进，确实可以解决TenxunGame类与具体订阅者之间的依赖，使其依赖与接口，从而形成弱引用关系，但还是不能解决出现一个订阅者不得不修改TenxunGame代码的问题。对此，我们可以做这样的思考——订阅号存在多个订阅者，我们可以采用一个列表来保存所有的订阅者对象，在订阅号内部再添加对该列表的操作，这样不就解决了出现新订阅者的问题了嘛。并且订阅号也属于变化的部分，所以，我们可以采用相同的方式对订阅号进行抽象，抽象出一个抽象的订阅号类，这样也就可以完美解决上面代码存在的问题了，具体的实现代码为：

// 订阅号抽象类
    public abstract class TenXun
    {
        
// 保存订阅者列表
        private List observers = new List();
 
        public string Symbol { get; set; }
        public string Info { get; set; }
        public TenXun(string symbol, string info)
        {
            this.Symbol = symbol;
            this.Info = info;
        }
 
        #region 新增对订阅号列表的维护操作
        public void AddObserver(IObserver ob)
        {
            observers.Add(ob);
        }
        public void RemoveObserver(IObserver ob)
        {
            observers.Remove(ob);
        }
        #endregion
 
        public void Update()
        {
            
// 遍历订阅者列表进行通知
            foreach (IObserver ob in observers)
            {
                if (ob != null)
                {
                    ob.ReceiveAndPrint(this);
                }
            }
        }
    }
 
    
// 具体订阅号类
    public class TenXunGame : TenXun
    {
        public TenXunGame(string symbol, string info) 
            : base(symbol, info) 
        { 
        }
    }
 
    
// 订阅者接口
    public interface IObserver 
    {
        void ReceiveAndPrint(TenXun tenxun);
    }
 
    
// 具体的订阅者类
    public class Subscriber : IObserver
    {
        public string Name { get; set; }
        public Subscriber(string name)
        {
            this.Name = name;
        }
 
        public void ReceiveAndPrint(TenXun tenxun)
        {
            Console.WriteLine("Notified {0} of {1}'s" + " Info is: {2}", Name, tenxun.Symbol, tenxun.Info);
        }
    }
 
    
// 客户端测试
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            TenXun tenXun = new TenXunGame("TenXun Game", "Have a new game published ....");
 
            
// 添加订阅者
            tenXun.AddObserver(new Subscriber("Learning Hard"));
            tenXun.AddObserver(new Subscriber("Tom"));
 
            tenXun.Update();
 
            Console.ReadLine();
        }
    }

从上图可以发现，这样的实现就是观察者模式的实现。这样，在任何时候，只要调用了TenXun类的Update方法，它就会通知所有的观察者对象，同时，可以看到，观察者模式，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。这里并不是直接给出观察者模式的实现，而是通过一步步重构的方式来引出观察者模式的实现，相信通过这个方式，大家可以更深刻地理解观察者模式所解决的问题和带来的好处。

三、.NET 中观察者模式的应用

在.NET中，我们可以使用委托与事件来简化观察者模式的实现，上面的例子用事件和委托的实现如下代码所示：

namespace ObserverInNET
{
    class Program
    {
        
// 委托充当订阅者接口类
        public delegate void NotifyEventHandler(object sender);
 
        
// 抽象订阅号类
        public class TenXun
        {
            public NotifyEventHandler NotifyEvent;
 
            public string Symbol { get; set; }
            public string Info { get; set; }
            public TenXun(string symbol, string info)
            {
                this.Symbol = symbol;
                this.Info = info;
            }
 
            #region 新增对订阅号列表的维护操作
            public void AddObserver(NotifyEventHandler ob)
            {
                NotifyEvent += ob;
            }
            public void RemoveObserver(NotifyEventHandler ob)
            {
                NotifyEvent -= ob;
            }
 
            #endregion
 
            public void Update()
            {
                if (NotifyEvent != null)
                {
                    NotifyEvent(this);
                }
            }
        }
 
        
// 具体订阅号类
        public class TenXunGame : TenXun
        {
            public TenXunGame(string symbol, string info)
                : base(symbol, info)
            {
            }
        }
 
        
// 具体订阅者类
        public class Subscriber
        {
            public string Name { get; set; }
            public Subscriber(string name)
            {
                this.Name = name;
            }
 
            public void ReceiveAndPrint(Object obj)
            {
                TenXun tenxun = obj as TenXun;
 
                if (tenxun != null)
                {
                    Console.WriteLine("Notified {0} of {1}'s" + " Info is: {2}", Name, tenxun.Symbol, tenxun.Info);
                }            
            }
        }
 
        static void Main(string[] args)
        {
            TenXun tenXun = new TenXunGame("TenXun Game", "Have a new game published ....");
            Subscriber lh =  new Subscriber("Learning Hard");
            Subscriber tom =  new Subscriber("Tom");
 
            
// 添加订阅者
            tenXun.AddObserver(new NotifyEventHandler(lh.ReceiveAndPrint));
            tenXun.AddObserver(new NotifyEventHandler(tom.ReceiveAndPrint));
 
            tenXun.Update();
 
            Console.WriteLine("-----------------------------------");
            Console.WriteLine("移除Tom订阅者");
            tenXun.RemoveObserver(new NotifyEventHandler(tom.ReceiveAndPrint));
            tenXun.Update();
 
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

从上面代码可以看出，使用事件和委托实现的观察者模式中，减少了订阅者接口类的定义，此时，.NET中的委托正式充到订阅者接口类的角色。使用委托和事件，确实简化了观察者模式的实现，减少了一个IObserver接口的定义，上面代码的运行结果如下图所示：