使用C# (.NET Core) 实现观察者模式 (Observer Pattern) 并介绍 delegate 和 event

观察者模式

这里面综合了几本书的资料.

需求

有这么个项目: 

需求是这样的:

一个气象站, 有三个传感器(温度, 湿度, 气压), 有一个WeatherData对象, 它能从气象站获得这三个数据. 还有三种设备, 可以按要求展示气象站的最新数据.

WeatherData的结构如下:

有3个get方法, 分别获取最新的气温, 湿度和气压. 还有一个measurementsChanged()方法, 当任一传感器有变化的时候, 这个方法都会被调用.

总结一下项目的需求:

• WeatherData类有三个get方法可以获取温度, 湿度和气压
• 如果任何一个数据发生变化, 那么measureChanged()方法就会被调用
• 我们需要实现这三种显示设备:
  • 　　当前天气
  • 　　数据统计
  • 　　天气预测
• 系统必须可以扩展, 其他开发者可以创建自定义展示设备.

初版代码

这个地方有个"错误", xxxDisplay都是具体的实现, 而编程规则要求是应该对接口编程而不是对实现编程.

那么什么是观察者模式?

举一个例子:

1. 报社发行报纸
2. 你订阅报纸, 一旦有新一期的报纸发行, 新报纸就会送到你家里, 只要你一直订阅, 你就一直会收到新报纸
3. 你不再订阅报纸的时候, 就收不到以后的新报纸了
4. 报社运营的时候, 一直会有人去订阅或者取消订阅报纸.

发布者 + 订阅者 = 观察者模式
Publishers + Subscribers = Observer Pattern
在观察者模式里, 我们把报社叫做被观察对象(Subject), 把订阅者叫做观察者(Observers)

观察者模式是这样操作的:

  

观察者模式的定义就是:

一个目标物件管理所有相依于它的观察者物件，并且在它本身的状态改变时主动发出通知。

类图如下:

 

谈一下松耦合

当两个对象是松耦合的时候, 他们可以进行交互, 但是却几乎不了解对方.
观察者模式下的被观察者(Subject)和观察者(Observers)就是松耦合设计的对象. 这是因为:

• 被观察者(Subject)只知道观察者实现了某个接口
• 可以随时添加观察者
• 添加新类型观察者的时候不需要修改被观察者
• 可以复用观察者或者被观察者
• 如果被观察者或观察者发生变化了, 那么这些变化不会影响到对方.

一个设计原则:

交互的对象之间应尽量设计成松耦合的. Strive for loosely coupled designs between objects that interact.
松耦合设计可以让我们设计出这样的系统: 因为对象之间的相互依存减小了, 所以系统可以轻松处理变化.

重新设计:

代码:

OK, 上面是书中的内容, C#7.0里面对观察者模式是怎么实现的呢?

先只谈下面这个:

Event

谈到Event, 就得把delegate先细说一下

Delegate 委托

一个委托类型定义了某种类型的方法(方法的返回类型和参数类型), 然后这个委托的实例可以调用这些方法.

例如:

delegate int Transformer (int x);

这个委托就和返回类型是int, 参数是一个int的方法兼容.

例如:

static int Square (int x) { return x * x };
// 或
static int Square (int x) => x * x;

 

把一个方法赋值给委托变量的时候就创建了一个委托的实例:

Transformer t = Square;

 

然后就可以像方法一样进行调用:

int answer = t(3); // 9

 

所以说一个委托的实例就是调用者的委托: 调用者调用委托, 然后委托调用目标方法, 这样就把调用者和目标方法解耦了.

其中:

Transformer t = Square;
// 是下面的简写
Transformer t = new Transformer(Square);

 

t(3)
// 是下面的简写
t.Invoke(3)

 

多播委托

一个委托实例可以引用多个目标方法. 使用+=操作符.

SomeDelegate d = Method1;
d += Method2;
// 第二行相当于:
d = d + Method2;

 

调用d的时候就会调用Method1和Method2两个方法.

委托方法的调用顺序和它们被添加的顺序是一样的.

使用-=操作符来移除目标方法:

d -= Method1;

 

这时调用d后只会执行Method2了.

注意: 委托是不可变的 +=/-=实际上是创建了新的委托.

多播委托返回类型

如果多播委托有返回值(非void), 那么调用者只会获得最后一个被调用方法的返回值.

委托也可以使用泛型:

public delegate T Transformer (T arg);

 

Func 和 Action

记住Func有返回值, Action没有就行.

 

Event

使用委托的时候, 通常会有两个角色出现: 广播者(被观察者)和订阅者(观察者) [观察者模式]

广播者包含一个委托field, 广播者决定何时广播, 它通过调用委托进行广播.

订阅者就是方法的目标接收者.订阅者可以决定何时开始和结束监听, 是通过在广播者的委托上使用+=和-=操作符来实现的.

订阅者之间互相不了解, 不干扰.

event就是为上述模型所存在的, 它只把上述模型所必须的功能从委托里暴露出来. 它的主要目的就是防止订阅者之间相互干扰.

最简单声明event的方法就是在委托成员前面加上event关键字:

public delegate void SomeChangedHandler(decimal x);

public class Broadcaster
{
    public event SomeChangedHandler handler;
}

 

在Broadcaster类里面的代码, 可以把handler作为委托一样来用.

在Broadcaster类外边, 只能对这个event执行+=和-=操作.

 

Event 模式/ 观察者模式

这种模式在.net core里首先需要EventArgs.

EventArgs是一个基类, 它可以为event传递信息.

可以创造它的子类来传递自定义参数:

public class FallsIllEventArgs : EventArgs
    {
        public readonly string Address;

        public FallsIllEventArgs(string address)
        {
            this.Address = address;
        }
    }

 

然后就需要给这个event定义一个委托了, 这有三条规则:

• 返回类型必须是void
• 需要有两个参数, 第一个是object, 第二个是EventArgs的子类. 第一个参数代表着广播者, 第二个参数包含额外的需要传递的信息.
• 名称必须以EventHandler结束.

.net core定义了System.EventHandler<>, 它满足这些要求.

public event EventHandler FallsIll;

 

最后, 需要写一个 protected virtual 方法可以触发event. 方法的名称必须和event匹配: 以On开头, 接受EventArgs类型的参数:

        public void OnFallsIll()
        {
            FallsIll?.Invoke(this, new FallsIllEventArgs("China Beijing"));
        }

 

 

注意: 预定义的非泛型的EventHandler委托可以在没有数据需要传输的时候使用, 调用的时候可以使用EventArgs.Empty来避免不必要的初始化EventArgs.

 

用.net core 实现观察者模式的代码:

Person.cs

using System;

namespace ObserverPattern
{
    public class Person
    {
        public event EventHandler FallsIll;

        public void OnFallsIll()
        {
            FallsIll?.Invoke(this, new FallsIllEventArgs("China Beijing"));
        }

    }
}

 

 

FallsIllEventArgs.cs:

using System;

namespace ObserverPattern
{
    public class FallsIllEventArgs : EventArgs
    {
        public readonly string Address;

        public FallsIllEventArgs(string address)
        {
            this.Address = address;
        }
    }
}

 

Program.cs:

using System;

namespace ObserverPattern
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            var person = new Person();
            person.FallsIll += OnFallsIll;
            person.OnFallsIll();
            person.FallsIll -= OnFallsIll;
        }

        private static void OnFallsIll(object sender, FallsIllEventArgs eventArgs)
        {
            Console.WriteLine($"A doctor has been called to {eventArgs.Address}");
        }
    }
}