.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

.NET设计模式:观察者模式(Observer Pattern)_第1张图片

 

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。

.NET设计模式:观察者模式(Observer Pattern)_第2张图片
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:MicrosoftInvestor ,如下图所示:

 

.NET设计模式:观察者模式(Observer Pattern)_第3张图片

 

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:

  1MicrosoftInvestor 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。

.NET设计模式:观察者模式(Observer Pattern)_第4张图片

 

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。

 

.NET设计模式:观察者模式(Observer Pattern)_第5张图片

 

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IBMGoogle 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:

.NET设计模式:观察者模式(Observer Pattern)_第6张图片

 

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StockUpdate() 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。

 

 

你可能感兴趣的:(设计模式,.net,String,Microsoft,Class,mobile)