20、C#设计模式 - 观察者模式

观察者模式（Observer Pattern）

观察者模式属于行为型模式，有时又被称为模型-视图（Model-View）模式、发布-订阅（Publish-Subscribe）模式、源-监听器（Source-Listener）模式或从属者（Dependents）模式。

观察者模式完美的将观察者和被观察的对象分离开，并在目标物件状态改变时主动向观察者发出通知（接口方法、抽象方法、委托、事件）。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。

角色：

1、 抽象主题（Subject）；

主题需要维持对所有观察者的引用，以便在状态更改时调用观察者接口。每个主题都可以有任何数量的观察者，并可以增加和删除观察者对象；

2、 具体主题（ConcreteSubject）；

将有关状态存入具体观察者对象，在具体主题内部状态改变时，给所有订阅过的观察者发送更改通知；

3、 抽象观察者（Observer）；

为所有的具体观察者定义一个接口，在得到主题通知时更新自己；

4、 具体观察者（ConcreteObserver）；

实现抽象观察者角色所要求的通知（接收）接口，以便使本身的状态与主题状态协调。

示例：

命名空间ObserverPattern中包含抽象出版社基类Publisher（主题）、中国机械工业出版社类Machine、中国农业出版社类Agriculture、读者接口IReader（观察者）、具体观察者Iori类和Jay类、图书类Book。另外为了代码更整洁，引入Extentions扩展类，方便图书和读者信息的处理。这个示例展示读者如何观察出版社发布图书的状态，并在出版社发布图书时，得到通知。

namespace ObserverPattern

public class Book {

    public string Name { get; set; }

    public Book(string name) {
        Name = name;
    }

}

简单的图书类，仅包含一个构造函数和图书的名字属性。

public interface IReader {

    void Receive(Publisher publisher, Book book);

}

读者接口，定义公开的Receive契约，并且得到出版社和图书信息。

public class Iori : IReader {

    public void Receive(Publisher publisher, Book book) {
        Console.WriteLine(
            $"{this.ReaderName()} received {book.BookName()} from {publisher.Name}.");
    }

}

public class Jay : IReader {

    public void Receive(Publisher publisher, Book book) {
        Console.WriteLine(
            $"{this.ReaderName()} received {book.BookName()} from {publisher.Name}.");
    }

}

具体读者类，Iori和Jay，一个是我的英文名，另一个则是我的偶像。

public abstract class Publisher {

    private List<IReader> _readers = new List<IReader>();

    public string Name { get; set; }
    private const string LINE_BREAK =
        "----------------------------------------" +
        "----------------------------------------";
    //文章排版需要，故折成2行

    public void AttachReader(IReader reader) {
        if (reader == null) throw new ArgumentNullException();
        _readers.Add(reader);
    }

    public bool DetachReader(IReader reader) {
        if (reader == null) throw new ArgumentNullException();
        return _readers.Remove(reader);
    }

    protected virtual void OnPublish(Book book, DateTime publishTime) {
        Console.WriteLine(
            $"{Name} published {book.BookName()} at {publishTime.ToString("yyyy-MM-dd")}.");
        Console.WriteLine(LINE_BREAK);
    }

    public void Publish(Book book, DateTime publishTime) {
        OnPublish(book, publishTime);
        foreach (var reader in _readers) {
            if (reader != null) {
                reader.Receive(this, book);
            }
        }
        Console.WriteLine(LINE_BREAK);
    }

}

抽象出版社类Publisher，即被观察者，这是整个观察者模式的核心基类。首先在内部维持对IReader列表的引用，并且可以对观察者进行增加（AttachReader）或删除（DetachReader）操作。而发布方法Publish则在出版社发布新图书时，通知所有观察者。

public class Machine : Publisher {

    public Machine(string name) {
        Name = name;
    }

    protected override void OnPublish(Book book, DateTime publishTime) {
        Console.WriteLine(
            $"{Name} published {book.BookName()} at {publishTime.ToString("yyyy-MM-dd")}." +
            $"->Machine.OnPublish");
        Console.WriteLine(LINE_BREAK);
    }

}

public class Agriculture : Publisher {

    public Agriculture(string name) {
        Name = name;
    }

}

具体出版社类Machine和Agriculture，代表中国机械出版社和中国农业出版社。

public static class Extentions {

    public static string ReaderName(this IReader reader) {
        return reader.ToString().Replace(nameof(ObserverPattern) + ".", "");
    }

    public static string BookName(this Book book) {
        return "[" + book.Name + "]";
    }

}

公开的静态的扩展方法类，其中ReaderName扩展处理读者名称前的命名空间，使用nameof关键字是为了支持重构。BookName扩展则用来为书名加上中括号。

public class Program {

    public static void Main(string[] args) {
        Publisher publisher = new Machine("China Machine Press");

        var iori = new Iori();
        var jay = new Jay();

        publisher.AttachReader(iori);
        publisher.AttachReader(jay);

        publisher.Publish(new Book("How the Steel Was Tempered"), DateTime.UtcNow);

        publisher.DetachReader(jay);

        publisher.Publish(new Book("Jane Eyre"), DateTime.UtcNow);

        publisher = new Agriculture("China Agriculture Press");

        publisher.AttachReader(iori);
        publisher.AttachReader(jay);

        publisher.Publish(new Book("Romance of the Three Kingdoms"), DateTime.UtcNow);

        Console.ReadKey();
    }

}

这个是调用方的代码示例，首先创建机械工业出版社实例，再创建2个具体读者实例并订阅，最后出版社发布《钢铁是怎么炼成的》图书，2个读者都能收到发布通知。接下来演示了取消订阅和中国农业出版社的发布情况，请各位看官自行分析。以下是这个案例的输出结果：

China Machine Press published [How the Steel Was Tempered] at 2018-07-19.->Machine.OnPublish
--------------------------------------------------------------------------------
Iori received [How the Steel Was Tempered] from China Machine Press.
Jay received [How the Steel Was Tempered] from China Machine Press.
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China Machine Press published [Jane Eyre] at 2018-07-19.->Machine.OnPublish
--------------------------------------------------------------------------------
Iori received [Jane Eyre] from China Machine Press.
--------------------------------------------------------------------------------
China Agriculture Press published [Romance of the Three Kingdoms] at 2018-07-19.
--------------------------------------------------------------------------------
Iori received [Romance of the Three Kingdoms] from China Agriculture Press.
Jay received [Romance of the Three Kingdoms] from China Agriculture Press.
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优点：

1、 观察者模式在被观察者和观察者之间建立一个抽象的耦合被观察者角色所知道的只是一个具体观察者列表，每一个具体观察者都符合一个抽象观察者的接口被观察者并不了解每一个具体观察者的内部细节，它只知道它们都有一个共同的接口；
2、 由于被观察者和观察者没有紧密地耦合在一起，因此它们可以属于不同的抽象化层次，并且符合里氏替换原则和依赖倒置原则；

缺点：

1、 如果一个被观察者对象维持了较多的观察者，将所有的观察者都通知到会花费很多时间；
2、 如果在被观察者之间有循环依赖的话，被观察者可能会触发它们之间进行循环调用，导致系统崩溃；
3、 虽然观察者模式可以随时使观察者知道所观察的对象发生了变化，但是观察者模式没有相应的机制使观察者知道所观察的对象是怎么发生变化的；

使用场景：

1、 对一个对象状态的更新，需要其他对象同步更新，而且其他对象的数量动态可变；
2、 对象仅需要将自己的更新通知给其他对象而不需要知道其他对象的内部细节；