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西部数码网站助手,电话号码查询公司单位,九江县网站建设,汕头市php网站建设目录 一、概述1.1 动机1.2 核心思想1.3 别名 二、角色与实现原理2.1 角色2.2 实现原理2.3 类图 三、经典接口实现3.1 示例3.1.1 观察者接口3.1.2 目标接口3.1.3 具体被观察者3.1.4 具体观察者3.1.5 Client3.1.6 UML时序图 3.2 特点 四、其他实现方式4.1 委托与事件#xff08;… 目录 一、概述1.1 动机1.2 核心思想1.3 别名 二、角色与实现原理2.1 角色2.2 实现原理2.3 类图 三、经典接口实现3.1 示例3.1.1 观察者接口3.1.2 目标接口3.1.3 具体被观察者3.1.4 具体观察者3.1.5 Client3.1.6 UML时序图 3.2 特点 四、其他实现方式4.1 委托与事件.NET 原生实现4.1.1 示例4.1.2 UML类图4.1.3 特点4.1.4 适用场景 4.2 IObservableT 和 IObserverT 接口4.2.1 接口概述4.2.1.1 被观察者接口 IObservableout T4.2.1.2 观察者接口 IObserverin T 4.2.2 示例4.2.2.1 具体被观察者Subject实现 IObservableT4.2.2.1.1 订阅管理 (Subscribe 方法)4.2.2.1.2 取消订阅 (Unsubscriber类)4.2.2.1.3 状态通知 (NotifyObservers 方法)4.2.2.1.4 完成与错误通知 (OnCompleted 和 OnError)4.2.2.1.5 线程安全设计4.2.2.1.6 全部代码 4.2.3 UML类图4.2.4 扩展内容4.2.4.1 异步通知4.2.4.2 事件过滤 4.2.5 特点4.2.6 适用场景 4.3 System.Reactive4.3.1 安装4.3.2 示例4.3.3 特点4.3.4 适用场景 五、使用场景六、扩展6.1 初始化和基础架构搭建6.1.1 初始化和基础架构搭建6.1.1.1 一个观察者观察多个目标6.1.1.2 目标多而观察者少6.1.1.3 目标对象之间存在复杂依赖关系 6.2 注册机制6.2.1 问题6.2.2 解决方案6.2.2.1 实现思路6.2.2.2 示例6.2.2.3 优点6.2.2.4 适用场景 6.3 触发机制6.3.1 触发之前6.3.2 更新的触发者6.3.3 示例6.3.3.1 抽象目标对象6.3.3.2 观察者接口6.3.3.3 具体的的观察者6.3.3.4 自动触发的目标对象6.3.3.5 手动触发的目标对象6.3.3.6 使用示例 6.4 信息传递机制6.4.1 解决方案与实现方式6.4.1.1 推模型Push Model6.4.1.2 拉模型Pull Model6.4.1.3 设计对比与权衡6.4.1.4 最佳实践建议 6.5 资源管理和错误处理 参考 设计模式可复用面向对象软件的基础典藏版 - 埃里克·伽玛 - 微信读书 第七章C#响应式编程System.Reactive - 平元兄 - 博客园 ReactiveX · ReactiveX文档中文翻译 项目地址 NitasDemo/10DesignPatterns/DesignPatterns/ObserverPattern at main · Nita121388/NitasDemo
一、概述 观察者模式是一种行为设计模式用于定义对象之间的一对多依赖关系。当一个对象被观察者的状态发生改变时所有依赖于它的对象观察者都会自动得到通知并更新。 1.1 动机 将一个系统分割成一系列相互协作的类有一个常见的副作用需要维护相关对象间的一致性。我们不希望为了维持一致性而使各类紧密耦合因为这样降低了其可复用性。 1.2 核心思想 解耦将被观察者与观察者解耦使它们之间通过接口或事件机制交互。自动通知当被观察者状态改变时自动通知所有观察者。 1.3 别名 依赖模式强调对象间的依赖关系。 发布–订阅模式发布者将消息发送给多个订阅者。 模型-视图模式模型变化时视图自动更新。 源-监听器模式事件源触发事件后通知所有监听器。 从属者模式从属者依赖于其他对象的状态变化。 这些别名都体现了观察者模式的核心思想定义对象间的一对多依赖关系实现状态变化的自动通知。
二、角色与实现原理 2.1 角色 Subject目标/主题/被观察者 维护一个观察者列表允许观察者订阅或取消订阅。当状态改变时通知所有观察者。 Observer观察者 观察者将对观察目标的改变做出反应。观察者一般定义为接口该接口声明了更新数据的方法update​​因此又称为抽象观察者。 ConcreteSubject具体被观察者 实现Subject接口维护自身状态并在状态改变时通知观察者。 ConcreteObserver具体观察者 实现Observer接口根据被观察者的状态改变做出相应反应。
2.2 实现原理 被观察者维护观察者列表 被观察者类中包含一个观察者列表用于存储所有订阅的观察者对象。 被观察者类可以注册与注销观察者提供方法允许观察者对象注册到被观察者列表中或从列表中注销。 通知机制 当被观察者状态改变时遍历观察者列表调用每个观察者的更新方法。
2.3 类图 #mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu {font-family:“trebuchet ms”,verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .edge-thickness-normal{stroke-width:2px;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu svg{font-family:“trebuchet ms”,verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu g.classGroup text{fill:#9370DB;fill:#131300;stroke:none;font-family:“trebuchet ms”,verdana,arial,sans-serif;font-size:10px;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu g.classGroup text .title{font-weight:bolder;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .nodeLabel,#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .edgeLabel{color:#131300;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .edgeLabel .label rect{fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .label text{fill:#131300;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .edgeLabel .label span{background:#ECECFF;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .classTitle{font-weight:bolder;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .node rect,#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .node circle,#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .node ellipse,#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .node polygon,#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .divider{stroke:#9370DB;stroke:1;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu g.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu g.classGroup rect{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu g.classGroup line{stroke:#9370DB;stroke-width:1;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .classLabel .box{stroke:none;stroke-width:0;fill:#ECECFF;opacity:0.5;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .classLabel .label{fill:#9370DB;font-size:10px;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .relation{stroke:#333333;stroke-width:1;fill:none;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .dashed-line{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu #compositionStart,#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .composition{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu #compositionEnd,#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .composition{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu #dependencyStart,#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .dependency{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu #dependencyStart,#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .dependency{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu #extensionStart,#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .extension{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu #extensionEnd,#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .extension{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu #aggregationStart,#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .aggregation{fill:#ECECFF!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu #aggregationEnd,#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .aggregation{fill:#ECECFF!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu .edgeTerminals{font-size:11px;}#mermaid-svg-OpECclgTlGtB0deu :root{–mermaid-font-family:“trebuchet ms”,verdana,arial,sans-serif;} implements implements notify 1..* Subject List observers Attach(observer: observer) : void Detach(observer: observer) : void notify() : void «Interface» Observer update() : void ConcreteSubject state: String setState(state: String) : void getState() : String ConcreteObserver update() : void 三、经典接口实现 Gang of FourGoF是指四位著名软件设计模式专家Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides在1994年出版的《设计模式》。 GoF模式本质通过接口规范化观察者模式中的角色职责强调设计契约优先适用于需要长期维护、高可扩展性的复杂系统架构设计。 核心思想通过显式接口定义观察者和主题的关系。 3.1 示例 3.1.1 观察者接口 // 观察者接口 public interface IObserver {void Update(string message); }3.1.2 目标接口 // 目标接口 public interface ISubject {void Attach(IObserver observer);void Detach(IObserver observer);void Notify(); }3.1.3 具体被观察者 // 具体目标 public class ConcreteSubject : ISubject {// 观察者列表private ListIObserver _observers new();// 目标状态private string _state;// 注册观察者: 将观察者对象注册到目标对象中public void Attach(IObserver observer) _observers.Add(observer);// 注销观察者: 移除一个观察者public void Detach(IObserver observer) _observers.Remove(observer);// 通知观察者: 改变目标对象的状态触发通知public void Notify(){foreach (var observer in _observers)observer.Update(_state);}// 设置目标状态: 改变目标对象的状态public void SetState(string state){_state state;Notify();} }3.1.4 具体观察者 // 具体观察者 public class ConcreteObserver : IObserver {// 接收通知并处理public void Update(string message) Console.WriteLine(\(Received: {message}); }3.1.5 Client using System;class Program {static void Main(string[] args){// 创建具体目标对象ConcreteSubject subject new ConcreteSubject();// 创建多个具体观察者对象ConcreteObserver observer1 new ConcreteObserver();ConcreteObserver observer2 new ConcreteObserver();ConcreteObserver observer3 new ConcreteObserver();// 将观察者对象注册到目标对象中subject.Attach(observer1);subject.Attach(observer2);subject.Attach(observer3);// 改变目标对象的状态触发通知Console.WriteLine(第一次状态更新);subject.SetState(Hello, Observers!);// 移除一个观察者subject.Detach(observer2);// 再次改变目标对象的状态触发通知Console.WriteLine(\n第二次状态更新);subject.SetState(State has changed!);} }结果 第一次状态更新 Received: Hello, Observers! Received: Hello, Observers! Received: Hello, Observers!第二次状态更新 Received: State has changed! Received: State has changed! 3.1.6 UML时序图 #mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn {font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .edge-thickness-normal{stroke-width:2px;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .actor{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn text.actortspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .actor-line{stroke:grey;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .messageLine0{stroke-width:1.5;stroke-dasharray:none;stroke:#333;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .messageLine1{stroke-width:1.5;stroke-dasharray:2,2;stroke:#333;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn #arrowhead path{fill:#333;stroke:#333;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .sequenceNumber{fill:white;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn #sequencenumber{fill:#333;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn #crosshead path{fill:#333;stroke:#333;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .messageText{fill:#333;stroke:#333;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .labelBox{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .labelText,#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .labelTexttspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .loopText,#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .loopTexttspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .loopLine{stroke-width:2px;stroke-dasharray:2,2;stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .note{stroke:#aaaa33;fill:#fff5ad;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .noteText,#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .noteTexttspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .activation0{fill:#f4f4f4;stroke:#666;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .activation1{fill:#f4f4f4;stroke:#666;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .activation2{fill:#f4f4f4;stroke:#666;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .actorPopupMenu{position:absolute;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .actorPopupMenuPanel{position:absolute;fill:#ECECFF;box-shadow:0px 8px 16px 0px rgba(0,0,0,0.2);filter:drop-shadow(3px 5px 2px rgb(0 0 0 / 0.4));}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .actor-man line{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn .actor-man circle,#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn line{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;stroke-width:2px;}#mermaid-svg-NMvQ9mggffBuw5Vn :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} Client ConcreteSubject ConcreteObserver1 ConcreteObserver2 ConcreteObserver3 创建() 创建() 创建() 创建() Attach(Observer1) Attach(Observer2) Attach(Observer3) 第一次状态更新 SetState(Hello, Observers!) Notify() Update(Hello...) Update(Hello...) Update(Hello...) loop [遍历观察者] Detach(Observer2) 第二次状态更新 SetState(State has changed!) Notify() Update(State...) Update(State...) loop [遍历剩余观察者] Client ConcreteSubject ConcreteObserver1 ConcreteObserver2 ConcreteObserver3 3.2 特点 符合设计模式原生定义代码结构清晰。强类型约束编译时检查接口实现。对语言无特殊要求通用性强。 显式依赖关系逻辑透明。 适用于简单场景无需框架支持。 四、其他实现方式 4.1 委托与事件.NET 原生实现 机制利用语言或框架提供的事件监听机制被观察者触发事件观察者通过监听器接收事件。 4.1.1 示例 public class EventSubject {public event EventHandlerstring StateChanged;private string _state;public void SetState(string state){_state state;StateChanged?.Invoke(this, _state);} }public class EventObserver {public void Subscribe(EventSubject subject){subject.StateChanged HandleStateChange;}private void HandleStateChange(object sender, string message){Console.WriteLine(\)Event received: {message});}public void Unsubscribe(EventSubject subject){subject.StateChanged - HandleStateChange;} } class Program{static void Main(string[] args){// 创建 EventSubject 和 EventObserver 对象EventSubject subject new EventSubject();EventObserver observer new EventObserver();// 订阅事件observer.Subscribe(subject);Console.WriteLine(Observer has subscribed to the subject.);// 改变状态触发事件subject.SetState(State 1);subject.SetState(State 2);// 取消订阅observer.Unsubscribe(subject);Console.WriteLine(Observer has unsubscribed from the subject.);// 再次改变状态观察是否还会触发事件subject.SetState(State 3); // 不会触发事件因为已取消订阅}} 结果 Observer has subscribed to the subject. Event received: State 1 Event received: State 2 Observer has unsubscribed from the subject. 4.1.2 UML类图 #mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT {font-family:“trebuchet ms”,verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .edge-thickness-normal{stroke-width:2px;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT svg{font-family:“trebuchet ms”,verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT g.classGroup text{fill:#9370DB;fill:#131300;stroke:none;font-family:“trebuchet ms”,verdana,arial,sans-serif;font-size:10px;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT g.classGroup text .title{font-weight:bolder;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .nodeLabel,#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .edgeLabel{color:#131300;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .edgeLabel .label rect{fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .label text{fill:#131300;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .edgeLabel .label span{background:#ECECFF;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .classTitle{font-weight:bolder;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .node rect,#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .node circle,#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .node ellipse,#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .node polygon,#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .divider{stroke:#9370DB;stroke:1;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT g.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT g.classGroup rect{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT g.classGroup line{stroke:#9370DB;stroke-width:1;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .classLabel .box{stroke:none;stroke-width:0;fill:#ECECFF;opacity:0.5;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .classLabel .label{fill:#9370DB;font-size:10px;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .relation{stroke:#333333;stroke-width:1;fill:none;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .dashed-line{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT #compositionStart,#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .composition{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT #compositionEnd,#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .composition{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT #dependencyStart,#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .dependency{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT #dependencyStart,#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .dependency{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT #extensionStart,#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .extension{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT #extensionEnd,#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .extension{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT #aggregationStart,#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .aggregation{fill:#ECECFF!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT #aggregationEnd,#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .aggregation{fill:#ECECFF!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT .edgeTerminals{font-size:11px;}#mermaid-svg-WgfWYJ30dl0XfkZT :root{–mermaid-font-family:“trebuchet ms”,verdana,arial,sans-serif;} uses EventSubject -string _state event EventHandler StateChanged void SetState(string state) EventObserver void Subscribe(EventSubject subject) -void HandleStateChange(object sender, string message) void Unsubscribe(EventSubject subject) 4.1.3 特点 代码更加简洁轻量级利用语言的内置特性减少了手动管理观察者列表的复杂性。内置线程安全的事件触发机制?.Invoke支持多播多个观察者订阅同一事件 对于一些复杂的业务逻辑可能无法完全满足需求因为事件机制通常是基于固定的事件类型和参数进行设计的不够灵活。而且如果事件的定义不合理可能会导致系统的可扩展性和维护性变差。 无法跨模块解耦需直接访问事件。
4.1.4 适用场景 GUI 事件处理如按钮点击。单模块内的局部解耦。适合简单通知逻辑且不涉及复杂数据流的场景。 4.2 IObservable 和 IObserver 接口 核心思想使用.NET框架内置的观察者模式标准化接口。 4.2.1 接口概述 接口角色职责IObservableT被观察对象数据/事件的生产者IObserverT观察者数据/事件的消费者 4.2.1.1 被观察者接口 IObservable namespace System {/// summary/// 定义了一个基于推送的事件通知提供者/ 被观察者/// /summary/// typeparam nameT提供通知信息的对象类型。/typeparampublic interface IObservableout T{/// summary/// 通知提供者有一个观察者将要接收通知。/// /summary/// observer将要接收通知的对象。/// returns一个接口引用允许观察者在提供者完成发送通知之前停止接收通知。/returnsIDisposable Subscribe(IObserverT observer);} }IObservableT是一个接口属于 C# 中的事件驱动编程模型是响应式编程Reactive Programming的核心接口之一。 它定义了一个基于推送的事件通知机制允许观察者IObserverT订阅 通知源IObservableT并在通知源产生数据或事件时接收通知。 泛型参数T表示通知中携带的数据类型。Subscribe方法是IObservableT的核心方法。 它接收一个实现了IObserverT接口的对象作为参数表示观察者。当调用Subscribe方法时观察者会注册到通知源从而能够接收通知。方法返回一个IDisposable对象观察者可以通过调用其Dispose方法来取消订阅停止接收通知。
4.2.1.2 观察者接口 IObserver namespace System {/// summary/// 提供一种接收基于推送的通知的机制。//观察者/// /summary/// typeparam nameT提供通知信息的对象类型。/typeparampublic interface IObserverin T{/// summary/// 向观察者提供新的数据。/// /summary/// param namevalue当前的通知信息。/paramvoid OnNext(T value);/// summary/// 通知观察者提供者遇到了错误条件。/// /summary/// param nameerror一个提供有关错误的额外信息的对象。/paramvoid OnError(Exception error);/// summary/// 通知观察者提供者已经完成发送基于推送的通知。/// /summaryvoid OnCompleted();} }IObserverT它定义了一个观察者的角色用于接收来自通知源IObservableT的推送通知。 泛型参数T表示通知中携带的数据类型。OnNext方法当通知源有新的数据可用时调用此方法向观察者传递数据。参数value是当前的通知信息。OnError方法当通知源在发送通知过程中遇到错误时调用此方法通知观察者。参数error是一个Exception对象提供有关错误的详细信息。OnCompleted方法当通知源完成所有通知的发送后调用此方法通知观察者。这表示通知源不会再发送任何新的通知。 4.2.2 示例 4.2.2.1 具体被观察者Subject实现 IObservable 4.2.2.1.1 订阅管理 (Subscribe 方法) public IDisposable Subscribe(IObserverstring observer) {lock (_lock) {if (!_observers.Contains(observer)) {_observers.Add(observer);}}return new Unsubscriber(_observers, observer, _lock); }功能允许观察者订阅主题。 线程安全通过 lock 确保多线程下订阅操作的原子性。 防止重复订阅检查观察者是否已存在。 返回Unsubscriber通过 IDisposable 实现优雅的取消订阅机制。 关于IDisposable ,可以查看我的另一篇文章C#中的非托管资源释放机制详解|Finalizer与Dispose模式-CSDN博客。
4.2.2.1.2 取消订阅 (Unsubscriber类) private class Unsubscriber : IDisposable {// … 略去字段和构造函数 …public void Dispose() {lock (_lock) {if (_observer ! null _observers.Contains(_observer)) {_observers.Remove(_observer);_observer null;}}} }功能调用 Dispose() 时从观察者列表中移除目标观察者。资源释放移除后置空引用避免内存泄漏。线程安全通过 lock 确保取消订阅的原子性。 4.2.2.1.3 状态通知 (NotifyObservers 方法) public void NotifyObservers(string state) {lock (_lock) {foreach (var observer in _observers) {observer.OnNext(state);}} }功能遍历所有观察者调用其 OnNext 方法推送新状态。线程安全遍历期间锁定列表防止并发修改。 4.2.2.1.4 完成与错误通知 (OnCompleted 和 OnError) public void OnCompleted() {lock (_lock) {foreach (var observer in _observers) {observer.OnCompleted();}_observers.Clear();} }public void OnError(Exception error) {lock (_lock) {foreach (var observer in _observers) {observer.OnError(error);}_observers.Clear();} }完成通知调用所有观察者的 OnCompleted()清空列表终止后续通知。错误通知调用所有观察者的 OnError()清空列表。线程安全全程加锁。 4.2.2.1.5 线程安全设计 锁对象_lock所有对观察者列表的操作增、删、遍历均通过 lock (_lock) 确保原子性。场景覆盖 多线程同时订阅/取消订阅。通知过程中触发新的订阅/取消订阅。
4.2.2.1.6 全部代码 具体目标 using System; using System.Collections.Generic; using System.Threading;// Subject 类实现了 IObservablestring 接口用于管理观察者并通知状态变化 public class Subject : IObservablestring {// 用于存储所有订阅的观察者private List _observers new();// 用于线程安全的锁对象private readonly object _lock new();// 订阅方法允许观察者订阅状态变化public IDisposable Subscribe(IObserver observer){lock (_lock) // 确保线程安全{if (!_observers.Contains(observer)) // 防止重复订阅{_observers.Add(observer);}}// 返回一个 Unsubscriber 对象用于取消订阅return new Unsubscriber(_observers, observer, _lock);}// Unsubscriber 类实现了 IDisposable 接口用于取消观察者的订阅private class Unsubscriber : IDisposable{private List _observers;private IObserver _observer;private readonly object _lock;// 构造函数初始化观察者列表、当前观察者和锁对象public Unsubscriber(List observers, IObserver observer, object lockObj){_observers observers;_observer observer;_lock lockObj;}// Dispose 方法用于取消订阅public void Dispose(){lock (_lock) // 确保线程安全{if (_observer ! null _observers.Contains(_observer)){_observers.Remove(_observer); // 从观察者列表中移除当前观察者_observer null; // 清空当前观察者引用}}}}// SetState 方法用于设置状态并通知所有观察者public void NotifyObservers(string state){lock (_lock) // 确保线程安全{foreach (var observer in _observers){observer.OnNext(state); // 调用观察者的 OnNext 方法通知状态变化}}}// OnCompleted 方法用于通知所有观察者完成事件public void OnCompleted(){lock (_lock) // 确保线程安全{foreach (var observer in _observers){observer.OnCompleted(); // 调用观察者的 OnCompleted 方法通知完成事件}_observers.Clear(); // 清空观察者列表}}// OnError 方法用于通知所有观察者发生错误public void OnError(Exception error){lock (_lock) // 确保线程安全{foreach (var observer in _observers){observer.OnError(error); // 调用观察者的 OnError 方法通知错误事件}_observers.Clear(); // 清空观察者列表}} } 具体观察者 ConcreteObserver类实现了IObserverstring接口用于接收被观察者的状态变化通知。 OnNext方法接收状态变化通知并输出状态信息。OnError方法接收错误通知并输出错误信息。OnCompleted方法接收完成通知并输出完成信息。 // ConcreteObserver 类实现了 IObserverstring 接口用于接收状态变化通知 public class ConcreteObserver : IObserverstring {// 观察者的名称用于区分不同的观察者private readonly string _name;// 构造函数初始化观察者名称public ConcreteObserver(string name){_name name;}// OnNext 方法用于接收状态变化通知public void OnNext(string value){Console.WriteLine(\({_name} received: {value}); // 输出接收到的状态信息}// OnError 方法用于接收错误通知public void OnError(Exception error){Console.WriteLine(\){_name} received an error: {error.Message}); // 输出错误信息}// OnCompleted 方法用于接收完成通知public void OnCompleted(){Console.WriteLine(\({_name} received completion notification.); // 输出完成通知} }客户端使用实例Client using System;namespace IObservableTDemo {class Program{static void Main(string[] args){// 1. 创建被观察者和观察者Subject subject new Subject();ConcreteObserver observer1 new ConcreteObserver(observer 1);ConcreteObserver observer2 new ConcreteObserver(observer 2);// 2. 订阅观察者IDisposable subscription1 subject.Subscribe(observer1);IDisposable subscription2 subject.Subscribe(observer2);// 状态通知subject.NotifyObservers(Hello, World!);// 取消订阅 observer2subscription2.Dispose();// 再次设置状态观察者1会收到通知观察者2不会收到subject.NotifyObservers(Hello again!);// 模拟错误 此时会清空观察者列表subject.OnError(new Exception(Something went wrong!));// 再次设置状态观察者1和观察者2都不会收到通知subject.NotifyObservers(Hello again!);// 再次订阅观察者IDisposable subscription3 subject.Subscribe(observer1);// 再次设置状态观察者1收到通知subject.NotifyObservers(Hello again!);// 完成通知subject.OnCompleted();//再次设置状态都不会收到通知subject.NotifyObservers(Hello again!);// 等待用户输入后退出Console.WriteLine(Press any key to exit...);Console.ReadKey();}} }结果 Observer 1 received: Hello, World! Observer 2 received: Hello, World! Observer 1 received: Hello again! Observer 1 received an error: Something went wrong! Observer 3 received: Hello again! Observer 3 received completion notification. Press any key to exit... 4.2.3 UML类图 #mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx {font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .edge-thickness-normal{stroke-width:2px;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx g.classGroup text{fill:#9370DB;fill:#131300;stroke:none;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:10px;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx g.classGroup text .title{font-weight:bolder;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .nodeLabel,#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .edgeLabel{color:#131300;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .edgeLabel .label rect{fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .label text{fill:#131300;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .edgeLabel .label span{background:#ECECFF;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .classTitle{font-weight:bolder;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .node rect,#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .node circle,#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .node ellipse,#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .node polygon,#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .divider{stroke:#9370DB;stroke:1;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx g.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx g.classGroup rect{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx g.classGroup line{stroke:#9370DB;stroke-width:1;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .classLabel .box{stroke:none;stroke-width:0;fill:#ECECFF;opacity:0.5;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .classLabel .label{fill:#9370DB;font-size:10px;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .relation{stroke:#333333;stroke-width:1;fill:none;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .dashed-line{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx #compositionStart,#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .composition{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx #compositionEnd,#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .composition{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx #dependencyStart,#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .dependency{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx #dependencyStart,#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .dependency{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx #extensionStart,#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .extension{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx #extensionEnd,#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .extension{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx #aggregationStart,#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .aggregation{fill:#ECECFF!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx #aggregationEnd,#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .aggregation{fill:#ECECFF!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx .edgeTerminals{font-size:11px;}#mermaid-svg-nGuTpJC8dZK4FyUx :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} Implements Implements Implements Creates Notifies «interface» IObservableout T Subscribe(IObserverT observer) : IDisposable «interface» IObserverin T OnNext(T value) : void OnError(Exception error) : void OnComplete() : void «interface» IDisposable Dispose() : void Subject -ListIObserverstring _observers -object _lock Subscribe(IObserverstring observer) : IDisposable NotifyObservers(string state) : void OnCompleted() : void OnError(Exception error) : void Unsubscriber -ListIObserverstring _observers -IObserverstring _observer -object _lock Unsubscriber(ListIObserverstring observers, IObserverstring observer, object lockObj) Dispose() : void ConcreteObserver -string _name OnNext(string value) : void OnError(Exception error) : void OnComplete() : void 4.2.4 扩展内容 4.2.4.1 异步通知 可以通过Task或async/await来实现异步通知。 异步接口 每个方法都返回Task以支持异步操作完全异步的观察者接口 public interface IAsyncObserverin T {Task OnNextAsync(T value);Task OnErrorAsync(Exception exception);Task OnCompletedAsync(); } 顺序异步通知机制 严格按顺序通知观察者每个观察者处理完成后再通知下一个保留通知顺序性 foreach (var observer in observersCopy) {try{await observer.OnNextAsync(value);}// ... }完整代码 using System; using System.Collections.Generic; using System.Threading.Tasks; using System.Threading;#region Client Code var subject new AsyncSubjectstring();var observer1 new AsyncObserver(observer 1); var observer2 new AsyncObserver(observer 2);// 订阅观察者 using var subscription1 subject.Subscribe(observer1); using var subscription2 subject.Subscribe(observer2);// 异步通知 await subject.NotifyAsync(First Message);// 取消订阅 observer2 subscription2.Dispose();// 再次通知 await subject.NotifyAsync(Second Message);// 错误通知 await subject.NotifyErrorAsync(new Exception(Test Error));// 完成通知 await subject.OnCompletedAsync();Console.WriteLine(Press any key to exit...); Console.ReadKey(); #endregion#region Interfaces public interface IAsyncObserverin T {Task OnNextAsync(T value);Task OnErrorAsync(Exception exception);Task OnCompletedAsync(); }public interface IAsyncObservableout T {IDisposable Subscribe(IAsyncObserver observer); } #endregion#region Async Subject public class AsyncSubjectT : IAsyncObservableT {private readonly List _observers new();private readonly object _lock new();public IDisposable Subscribe(IAsyncObserver observer){lock (_lock){if (!_observers.Contains(observer)){_observers.Add(observer);}}return new Unsubscriber(() {lock (_lock){_observers.Remove(observer);}});}public async Task NotifyAsync(T value){IAsyncObserverT[] observersCopy;lock (_lock){observersCopy _observers.ToArray();}foreach (var observer in observersCopy){try{await observer.OnNextAsync(value);}catch (Exception ex){Console.WriteLine(\)Notification failed: {ex.Message});}}}public async Task NotifyErrorAsync(Exception error){IAsyncObserverT[] observersCopy;lock (_lock){observersCopy _observers.ToArray();_observers.Clear();}foreach (var observer in observersCopy){try{await observer.OnErrorAsync(error);}catch (Exception ex){Console.WriteLine(\(Error notification failed: {ex.Message});}}}public async Task OnCompletedAsync(){IAsyncObserverT[] observersCopy;lock (_lock){observersCopy _observers.ToArray();_observers.Clear();}foreach (var observer in observersCopy){try{await observer.OnCompletedAsync();}catch (Exception ex){Console.WriteLine(\)Completion notification failed: {ex.Message});}}}private class Unsubscriber : IDisposable{private readonly Action _unsubscribeAction;public Unsubscriber(Action unsubscribeAction){_unsubscribeAction unsubscribeAction;}public void Dispose() _unsubscribeAction?.Invoke();} } #endregion#region Async Observer public class AsyncObserver : IAsyncObserverstring {private readonly string _name;public AsyncObserver(string name) _name name;public async Task OnNextAsync(string value){await Task.Delay(100); // 模拟异步处理Console.WriteLine(\([{DateTime.Now:HH:mm:ss.fff}] {_name} received: {value});}public async Task OnErrorAsync(Exception exception){await Task.Delay(100); // 模拟异步处理Console.WriteLine(\)[{DateTime.Now:HH:mm:ss.fff}] {_name} error: {exception.Message});}public async Task OnCompletedAsync(){await Task.Delay(100); // 模拟异步处理Console.WriteLine(\([{DateTime.Now:HH:mm:ss.fff}] {_name} completed);} } #endregion结果 [22:14:48.269] Observer 1 received: First Message [22:14:48.449] Observer 2 received: First Message [22:14:48.554] Observer 1 received: Second Message [22:14:48.662] Observer 1 error: Test Error Press any key to exit... 4.2.4.2 事件过滤 可以通过在通知方法中添加过滤逻辑来实现事件过滤。 FilteredObservable的构造函数接收一个过滤函数FuncT, bool用于决定哪些消息需要通知给观察者。在Notify方法中只有满足过滤条件的消息才会被发送。 using System; using System.Collections.Generic; using System.Threading.Tasks;#region Client Codevar subject new FilteredObservablestring(s s.StartsWith([IMPORTANT]));var observer1 new Observer(Observer 1); var observer2 new Observer(Observer 2);using var subscription1 subject.Subscribe(observer1); using var subscription2 subject.Subscribe(observer2);// 这些消息将被过滤 subject.Notify(Normal Message 1); subject.Notify(Normal Message 2);// 这些消息将被传递 subject.Notify([IMPORTANT] Message 1); subject.Notify([IMPORTANT] Message 2);// 取消订阅 observer2 subscription2.Dispose();// 再次通知 subject.Notify([IMPORTANT] Message 3); // 只有 observer1 收到// 错误通知不过滤 subject.NotifyError(new Exception(Critical Error));// 完成通知不过滤 subject.OnCompleted();#endregion#region Subjectpublic class FilteredObservableT : IObservableT {private readonly ListIObserverT _observers new();private readonly FuncT, bool _filter;private readonly object _lock new();public FilteredObservable(FuncT, bool filter){_filter filter ?? throw new ArgumentNullException(nameof(filter));}public IDisposable Subscribe(IObserverT observer){lock (_lock){if (!_observers.Contains(observer))_observers.Add(observer);}return new Unsubscriber(() {lock (_lock){_observers.Remove(observer);}});}public async Task Notify(T value){if (!_filter(value)) return;IObserverT[] observersCopy;lock (_lock){observersCopy _observers.ToArray();}foreach (var observer in observersCopy){try{observer.OnNext(value);}catch (Exception ex){Console.WriteLine(\)Notification failed: {ex.Message});}}}public async Task NotifyError(Exception error){IObserverT[] observersCopy;lock (_lock){observersCopy _observers.ToArray();_observers.Clear();}foreach (var observer in observersCopy){try{ observer.OnError(error);}catch (Exception ex){Console.WriteLine(\(Error notification failed: {ex.Message});}}}public async Task OnCompleted(){IObserverT[] observersCopy;lock (_lock){observersCopy _observers.ToArray();_observers.Clear();}foreach (var observer in observersCopy){try{observer.OnCompleted();}catch (Exception ex){Console.WriteLine(\)Completion notification failed: {ex.Message});}}}private class Unsubscriber : IDisposable{private readonly Action _unsubscribeAction;public Unsubscriber(Action unsubscribeAction) _unsubscribeAction unsubscribeAction;public void Dispose() _unsubscribeAction?.Invoke();} }#endregion#region Observerpublic class Observer : IObserverstring {private readonly string _name;public Observer(string name){_name name;}public void OnCompleted(){Console.WriteLine(\({_name} completed.);}public void OnError(Exception error){Console.WriteLine(\){_name} error: {error.Message});}public void OnNext(string value){Console.WriteLine(\({_name} received: {value});} } #endregion Observer 1 received: [IMPORTANT] Message 1 Observer 2 received: [IMPORTANT] Message 1 Observer 1 received: [IMPORTANT] Message 2 Observer 2 received: [IMPORTANT] Message 2 Observer 1 received: [IMPORTANT] Message 3 Observer 1 error: Critical Error 4.2.5 特点 依赖框架依赖于.NET框架不适合跨平台或非.NET环境。学习曲线需要一定的.NET框架知识才能熟练使用。与LINQ集成可以使用LINQ查询语法对事件流进行操作简化代码。性能优化通过高效的订阅机制和事件分发提升了性能。扩展性强支持事件过滤、组合、转换等高级功能。线程安全框架提供了线程安全的机制减少了线程冲突的风险。标准化基于.NET框架的标准接口具有统一的规范。 4.2.6 适用场景 复杂事件处理适用于事件流复杂、需要高级操作如过滤、组合、转换的场景。多线程环境在多线程或异步编程中可以有效避免线程安全问题。数据流处理适合处理数据流如传感器数据、实时消息等。与.NET生态系统集成与.NET的其他功能如LINQ、Task并行库无缝集成。 4.3 System.Reactive System.Reactive 是基于IObservableT和IObserverT的扩展库用于处理事件流和异步数据流。 它将事件和数据流抽象为可观察序列并通过 LINQ 风格的操作符实现订阅、过滤、转换和合并。 核心思想使用响应式扩展库处理复杂事件流。Rx可以这样定义Rx Observables LINQ Schedulers。 4.3.1 安装 通过NuGet包管理器安装System.Reactive包 4.3.2 示例 using System.Reactive.Linq; using System.Reactive.Subjects;// 创建可观察序列 var subject new Subjectstring(); var observable subject.AsObservable();// 订阅观察者 var subscription observable.Where(msg msg.StartsWith(IMPORTANT)).Subscribe(msg Console.WriteLine(\)Rx received: {msg}));// 推送消息 subject.OnNext(IMPORTANT: System update); subject.OnNext(Normal message); // 被过滤// 取消订阅 subscription.Dispose();输出 Rx received: IMPORTANT: System update 4.3.3 特点 强大的事件流处理过滤、映射、合并等支持LINQ查询操作异步事件处理支持自动管理资源释放通过IDisposable需引入第三方库System.Reactive学习曲线较陡 4.3.4 适用场景 适合复杂事件流处理实时数据更新多线程和异步编程场景功能强大且与.NET生态系统无缝集成优先选择在需要复杂事件流处理的场景 五、使用场景 以下是观察者模式不同实现方式的对比总结 实现方式适合场景选择建议经典实现适用于简单的事件通知场景如 GUI 编程中组件间的交互。当事件逻辑简单、不需要复杂的数据流处理时适合使用经典实现。委托与事件实现适用于.NET中的事件处理尤其是需要在多个组件或类之间传递事件的场景。如果使用的是.NET框架并且需要在类之间传递事件委托与事件是首选。IObservableT/IObserverT实现适用于需要灵活处理数据流的场景如异步数据处理、多线程环境下的事件推送。当需要更灵活地控制数据流或者需要支持多个观察者订阅时IObservableT/IObserverT是一个不错的选择。System.Reactive实现适用于复杂的数据流处理尤其是需要对事件进行转换、过滤、组合等操作的场景。如果涉及复杂的数据流处理或者需要响应式编程的支持System.Reactive是最佳选择。 六、扩展 6.1 初始化和基础架构搭建 6.1.1 初始化和基础架构搭建 6.1.1.1 一个观察者观察多个目标 场景有时观察者需要依赖多个目标对象。 问题如果观察者无法区分通知的来源导致无法针对不同目标对象做出准确响应。 示例假设一个用户界面中有一个观察者用于监控多个数据源如温度、湿度和空气质量传感器。 当任何一个数据源更新时观察者都会收到通知但无法区分是哪个数据源发生了变化从而无法针对性地更新界面元素。 改动对目标对象的Update接口 进行扩展确保观察者能够准确识别通知的来源
using System; using System.Collections.Generic;public class Subject {private ListIObserver observers new ListIObserver();// 注册观察者public void Attach(IObserver observer){observers.Add(observer);}// 注销观察者public void Detach(IObserver observer){observers.Remove(observer);}// 通知所有观察者public void NotifyObservers(string message){foreach (var observer in observers){observer.Update(this, message); // 将自己作为参数传递给观察者}} }6.1.1.2 目标多而观察者少 问题 在传统观察者模式中目标对象Subject直接保存观察者的引用。这种方式简单直观但当目标对象数量多而观察者数量少时会产生明显弊端 存储开销问题 每个目标对象都要分配存储空间保存观察者引用即使某些目标对象没有观察者。 这会导致大量不必要的存储开销尤其在目标对象数量庞大时开销更加显著。 生命周期管理问题 如果目标对象的生命周期较短而观察者集合被强引用保留可能会导致内存泄漏。 因为即使目标对象被垃圾回收观察者集合仍然占用内存无法被清理。 解决方案
使用HashSetIObserver 为了解决存储开销问题可以考虑使用HashSetIObserver来存储观察者。HashSet提供了高效的动态添加和移除操作能够更好地支持观察者在运行时的动态变化。 优点 动态管理观察者HashSet提供高效的动态添加和移除操作支持观察者在运行时的动态变化。避免重复存储HashSet自动去重避免了重复存储相同的观察者。提高存储效率通过哈希表实现快速查找和插入操作减少了存储和检索观察者的开销。 缺点 内存泄漏风险如果目标对象被垃圾回收但观察者集合HashSetIObserver仍然存在引用那么这些观察者可能不会被正确清理从而导致内存泄漏。生命周期管理复杂需要手动管理目标对象和观察者集合的生命周期确保在目标对象被销毁时观察者集合也被正确清理。
使用ConditionalWeakTable ConditionalWeakTable是一种特殊的哈希表它允许键目标对象在没有其他强引用时被垃圾回收而不会影响值观察者集合的存在。 通过ConditionalWeakTable只有真正有观察者的目标对象才会占用存储空间同时避免了内存泄漏问题。 以下是使用ConditionalWeakTable实现观察者模式的示例代码 using System.Runtime.CompilerServices; using System.Collections.Generic;// 目标和观察者接口省略…public class Subject : ISubject {private static readonly object _syncLock new object();private static readonly ConditionalWeakTableSubject, HashSetIObserver observerMap new ConditionalWeakTableSubject, HashSetIObserver();public void Attach(IObserver observer){lock (_syncLock){if (!observerMap.TryGetValue(this, out var observers)){observers new HashSet();observerMap.Add(this, observers);}observers.Add(observer);}}public void Detach(IObserver observer){lock (_syncLock){if (observerMap.TryGetValue(this, out var observers)){observers.Remove(observer);if (observers.Count 0){observerMap.Remove(this);}}}}public void NotifyObservers(string message){HashSetIObserver observersCopy;lock (_syncLock){if (!observerMap.TryGetValue(this, out var observers)){return;}observersCopy new HashSet(observers);}foreach (var observer in observersCopy){observer.Update(this, message);}} }优点 避免内存泄漏ConditionalWeakTable允许目标对象在没有其他强引用时被垃圾回收从而避免了内存泄漏问题。动态管理目标对象和观察者之间的关系是动态的ConditionalWeakTable提供了一种灵活的方式来管理这种关系。优化存储效率只有真正有观察者的目标对象才会占用存储空间减少了不必要的存储开销。 缺点 性能开销ConditionalWeakTable的查找和管理操作比直接使用HashSetIObserver更复杂可能会引入额外的性能开销。复杂性增加代码的复杂性增加需要理解ConditionalWeakTable的工作机制。 实际应用中的权衡 观察者模式在实际应用中需要根据具体需求选择合适的实现方式。 如果目标对象数量较多且生命周期较短推荐使用ConditionalWeakTable以避免内存泄漏并优化存储效率。 如果目标对象生命周期较长且观察者管理较为简单则可以直接使用HashSetIObserver以简化实现和提高性能。
6.1.1.3 目标对象之间存在复杂依赖关系 问题 当目标对象存在复杂依赖关系时直接通知观察者可能引发以下问题 多次更新观察者可能因多个目标对象的改变收到重复通知导致冗余操作。更新顺序问题目标对象的改变顺序可能导致观察者在状态未完全更新时收到通知获取不一致的状态。维护成本高复杂的依赖关系增加了代码复杂性和维护难度。 解决方案 引入一个独立的更改管理器ChangeManager 来封装和管理复杂的更新逻辑。 更改管理器的作用 维护映射关系管理目标对象与观察者的映射降低耦合度。定义更新策略在所有相关目标对象状态更新完毕后统一通知观察者避免冗余和不一致问题。优化更新逻辑根据依赖关系优化更新流程确保观察者只接收一次更新。 更改管理器的两种实现 是一个典型的中介者模式实例通常以单例模式全局可见从而确保整个系统中只有一个协调中心。两种特殊的更改管理器实现 SimpleChangeManager 实现方案 使用字典维护目标对象与观察者的映射使用脏标记集合跟踪需要更新的目标对象Commit时统一通知观察者并去重 示例 using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;#region Client Code// 使用简单更改管理器ChangeManager.Instance SimpleChangeManager.Instance;var subject new ConcreteSubject();var observer new ConcreteObserver();ChangeManager.Instance.Register(subject, observer);subject.State 42;subject.Notify();ChangeManager.Instance.Commit();// 使用DAG更改管理器ChangeManager.Instance DAGChangeManager.Instance;var subjectA new ConcreteSubject();var subjectB new ConcreteSubject();var dagObserver new ConcreteObserver();ChangeManager.Instance.Register(subjectA, dagObserver);ChangeManager.Instance.Register(subjectB, dagObserver);((DAGChangeManager)ChangeManager.Instance).AddDependency(subjectA, subjectB);subjectA.State 10;subjectB.State 20;subjectA.Notify();subjectB.Notify();ChangeManager.Instance.Commit();#endregion#region IObserver// 观察者接口public interface IObserver{void Update(ISubject subject);}#endregion#region IObservable// 目标对象接口public interface ISubject{void Notify();}#endregion#region ChangeManager// 更改管理器抽象类public abstract class ChangeManager{public static ChangeManager Instance { get; set; }public abstract void Register(ISubject subject, IObserver observer);public abstract void Unregister(ISubject subject, IObserver observer);public abstract void Notify(ISubject subject);public abstract void Commit();}#endregion#region SimpleChangeManager// 简单更改管理器实现public sealed class SimpleChangeManager : ChangeManager{private readonly Dictionary _observers new();private readonly HashSetISubject _dirtySubjects new();static SimpleChangeManager(){}private static SimpleChangeManager _instance;public static SimpleChangeManager Instance{get{if (_instance null){_instance new SimpleChangeManager();}return _instance;}}public override void Register(ISubject subject, IObserver observer){if (!_observers.ContainsKey(subject)){_observers[subject] new HashSet();}_observers[subject].Add(observer);}public override void Unregister(ISubject subject, IObserver observer){if (_observers.TryGetValue(subject, out var observers)){observers.Remove(observer);}}public override void Notify(ISubject subject){lock (_dirtySubjects){_dirtySubjects.Add(subject);}}public override void Commit(){HashSetIObserver notified new();ListISubject toProcess;lock (_dirtySubjects){toProcess _dirtySubjects.ToList();_dirtySubjects.Clear();}foreach (var subject in toProcess){if (_observers.TryGetValue(subject, out var observers)){foreach (var observer in observers.Where(observer notified.Add(observer))){observer.Update(subject);}}}}}#endregion#region ConcreteSubject// 示例使用public class ConcreteSubject : ISubject{public int State { get; set; }public void Notify(){ChangeManager.Instance.Notify(this);}}#endregion#region ConcreteObserverpublic class ConcreteObserver : IObserver{public void Update(ISubject subject){if (subject is ConcreteSubject concreteSubject){Console.WriteLine(\(Received update: {concreteSubject.State});}}}#endregionc#Received update: 42特点总是更新每个目标对象的所有观察者。实现简单易于理解。可能会导致冗余更新效率较低。 适用场景当目标对象之间没有复杂的依赖关系或者更新逻辑简单时这种实现方式比较合适。 DAGChangeManager 实现方案 继承简单管理器基础功能 添加依赖关系管理 使用拓扑排序确保更新顺序 1. 使用深度优先搜索DFS。 2. 先处理依赖项再处理当前主题。 3. 最终得到的排序结果是一个线性顺序满足所有依赖关系 示例 #region DAGChangeManager// 基于DAG的复杂更改管理器public sealed class DAGChangeManager : ChangeManager{private readonly Dictionary _observers new();private readonly DictionaryISubject, HashSetISubject _dependencies new();private readonly HashSetISubject _dirtySubjects new();static DAGChangeManager(){}private static DAGChangeManager _instance;public static DAGChangeManager Instance{get{if (_instance null){_instance new DAGChangeManager();}return _instance;}}// 添加依赖关系dependent 依赖于 dependencypublic void AddDependency(ISubject dependent, ISubject dependency){if (!_dependencies.ContainsKey(dependent)){_dependencies[dependent] new HashSet();}_dependencies[dependent].Add(dependency);}public override void Register(ISubject subject, IObserver observer){if (!_observers.ContainsKey(subject)){_observers[subject] new HashSet();}_observers[subject].Add(observer);}public override void Unregister(ISubject subject, IObserver observer) {if (_observers.TryGetValue(subject, out var observers)){observers.Remove(observer);}}public override void Notify(ISubject subject){lock (_dirtySubjects){_dirtySubjects.Add(subject);}}public override void Commit(){ListISubject processingOrder;lock (_dirtySubjects){processingOrder TopologicalSort(_dirtySubjects);_dirtySubjects.Clear();}HashSetIObserver notified new();foreach (var subject in processingOrder){if (_observers.TryGetValue(subject, out var observers)){foreach (var observer in observers.Where(observer notified.Add(observer))){observer.Update(subject);}}}}private ListISubject TopologicalSort(HashSetISubject subjects){var sorted new ListISubject();var visited new HashSetISubject();foreach (var subject in subjects.OrderBy(s s.GetHashCode())){Visit(subject, visited, sorted);}return sorted;}private void Visit(ISubject subject, HashSetISubject visited, ListISubject sorted){if (!visited.Add(subject)) return;if (_dependencies.TryGetValue(subject, out var dependencies)){foreach (var dependency in dependencies){Visit(dependency, visited, sorted);}}sorted.Add(subject);}}#endregionc#Received update: 20- **特点**处理目标对象及其观察者之间依赖关系构成的**无环有向图DAGDirected Acyclic Graph**。优点可以避免冗余更新确保观察者只接收一次更新。 缺点实现复杂度较高需要维护依赖关系图。 适用场景当观察者可能依赖多个目标对象且目标对象之间存在复杂的依赖关系时这种实现方式更好。 总结 更改管理器ChangeManager是一种优化机制用于封装复杂更新逻辑简化目标对象与观察者之间的依赖关系。它通过以下方式实现优化 职责分离将映射关系和更新逻辑封装到独立对象中。统一通知在所有目标对象状态更新完毕后一次性通知观察者。优化策略避免冗余更新。 更改管理器可以是简单的SimpleChangeManager或复杂的DAGChangeManager具体取决于系统需求。它通常以单例模式全局可见作为系统的协调中心。 6.2 注册机制 6.2.1 问题 在观察者模式中传统的事件通知机制可能存在以下问题 通知效率低目标对象可能向所有观察者发送通知即使某些观察者并不关心某些事件。耦合度高观察者与目标对象之间的依赖关系较强难以灵活调整。缺乏灵活性观察者无法动态选择关注的事件类型难以适应复杂的应用场景。 这些问题可能导致系统性能下降代码难以维护和扩展。 6.2.2 解决方案 通过显式注册机制观察者可以明确指定其感兴趣的事件类型目标对象仅向已注册的观察者发送相关通知。 6.2.2.1 实现思路 引入“方面Aspect”概念将目标对象的状态变化分解为多个独立的方面每个方面代表一种特定类型的变更。观察者选择性注册观察者可以根据需要注册对特定方面的兴趣从而只接收关注的事件通知。目标对象优化通知目标对象仅向已注册特定方面的观察者发送通知避免不必要的消息传递。 6.2.2.2 示例 定义方面Aspect枚举 方面Aspect枚举定义了目标对象可能的状态变化类型例如状态变化、数据更新和错误发生。 // 定义方面Aspect枚举表示目标对象可能的状态变化类型 public enum Aspect {StateChange,DataUpdate,ErrorOccurred }目标对象类 Subject 使用字典存储每个方面对应的观察者列表。提供注册和取消注册的方法允许观察者显式指定感兴趣的方面。提供通知方法仅向注册了特定方面的观察者发送通知。 // 目标对象类 public class Subject {// 用于存储观察者订阅的方面private Dictionary observers new Dictionary();public Subject(){// 初始化方面列表foreach (Aspect aspect in Enum.GetValues(typeof(Aspect))){observers[aspect] new List();}}// 注册观察者public void RegisterObserver(Aspect aspect, Action observer){observers[aspect].Add(observer);Console.WriteLine(\)Observer registered for aspect: {aspect});}// 取消注册观察者public void UnregisterObserver(Aspect aspect, Action observer){observers[aspect].Remove(observer);Console.WriteLine(\(Observer unregistered from aspect: {aspect});}// 通知观察者public void NotifyObservers(Aspect aspect, string message){if (observers[aspect].Count 0){Console.WriteLine(\)Notifying observers for aspect: {aspect});foreach (var observer in observers[aspect]){observer(message);}}else{Console.WriteLine(\(No observers registered for aspect: {aspect});}}// 模拟目标对象状态变化public void ChangeState(){Console.WriteLine(Subject state changed.);NotifyObservers(Aspect.StateChange, State has changed.);}public void UpdateData(){Console.WriteLine(Subject data updated.);NotifyObservers(Aspect.DataUpdate, Data has been updated.);}public void ErrorOccurred(){Console.WriteLine(Error occurred in the subject.);NotifyObservers(Aspect.ErrorOccurred, An error has occurred.);} } 观察者类 Observer 包含多个回调方法分别对应不同的方面。观察者可以根据需要注册对特定方面的兴趣。 // 观察者类 public class Observer {private string name;public Observer(string name){this.name name;}public void OnStateChange(string message){Console.WriteLine(\){name} received state change notification: {message});}public void OnDataUpdate(string message){Console.WriteLine(\({name} received data update notification: {message});}public void OnError(string message){Console.WriteLine(\){name} received error notification: {message});} }Client 创建目标对象和观察者。观察者显式注册对特定方面的兴趣。模拟目标对象的状态变化观察通知机制的运行。 // 测试程序 public class Program {public static void Main(){// 创建目标对象Subject subject new Subject();// 创建观察者Observer observer1 new Observer(Observer1);Observer observer2 new Observer(Observer2);// 观察者1注册对所有方面的兴趣subject.RegisterObserver(Aspect.StateChange, observer1.OnStateChange);subject.RegisterObserver(Aspect.DataUpdate, observer1.OnDataUpdate);subject.RegisterObserver(Aspect.ErrorOccurred, observer1.OnError);// 观察者2仅注册对错误方面的兴趣subject.RegisterObserver(Aspect.ErrorOccurred, observer2.OnError);// 模拟目标对象状态变化subject.ChangeState();subject.UpdateData();subject.ErrorOccurred();// 观察者2取消对错误方面的兴趣subject.UnregisterObserver(Aspect.ErrorOccurred, observer2.OnError);// 再次触发错误事件观察者2不再接收通知subject.ErrorOccurred();} }结果 Observer registered for aspect: StateChange Observer registered for aspect: DataUpdate Observer registered for aspect: ErrorOccurred Observer registered for aspect: ErrorOccurred Subject state changed. Notifying observers for aspect: StateChange Observer1 received state change notification: State has changed. Subject data updated. Notifying observers for aspect: DataUpdate Observer1 received data update notification: Data has been updated. Error occurred in the subject. Notifying observers for aspect: ErrorOccurred Observer1 received error notification: An error has occurred. Observer2 received error notification: An error has occurred. Observer unregistered from aspect: ErrorOccurred Error occurred in the subject. Notifying observers for aspect: ErrorOccurred Observer1 received error notification: An error has occurred.
6.2.2.3 优点 提高通知效率目标对象仅发送观察者关心的事件。降低耦合度观察者与目标对象之间保持松散耦合。灵活性强观察者可根据需求动态调整关注的事件类型。 6.2.2.4 适用场景 这种方法通过事件驱动机制实现了高效的通信适用于需要灵活配置和优化性能的场景例如 多用户系统中对不同事件的关注。复杂系统的状态监控和事件响应。需要动态调整事件监听的应用。 6.3 触发机制 6.3.1 触发之前 在通知观察者之前目标对象的状态必须是完整且正确的否则观察者可能会基于错误的状态进行操作从而引发问题。 6.3.2 更新的触发者 目标对象与观察者通过通知机制保持同步存在以下两种触发方式 自动触发目标对象状态变化后自动执行Notify。优势在于无需客户手动操作但可能因连续操作频繁触发更新影响效率。手动触发客户在状态变化完成后适时调用Notify。优点在于可避免不必要的中间更新但增加了客户操作负担且存在因遗漏调用而导致错误的风险。 6.3.3 示例 6.3.3.1 抽象目标对象 observers存储观察者的集合。mainState和secondaryState主题的状态信息。Attach和Detach用于添加和移除观察者。Notify抽象方法由具体主题类实现用于通知观察者。PrepareUpdate用于准备状态更新但不触发通知。ShowState用于打印当前状态。 #region abstract Subject// 抽象目标对象 abstract class Subject {protected HashSetIObserver observers new HashSetIObserver();protected int mainState;protected int secondaryState;public void Attach(IObserver observer) observers.Add(observer);public void Detach(IObserver observer) observers.Remove(observer);public abstract void Notify();protected void PrepareUpdate(int main, int secondary){mainState main;secondaryState secondary;}public void ShowState(){Console.WriteLine(\(State: [{mainState}, {secondaryState}]);} }#endregion6.3.3.2 观察者接口 #region IObserver// 观察者接口 interface IObserver {void Update(); }#endregion6.3.3.3 具体的的观察者 #region ConcreteObservers// 具体观察者 class StateObserver : IObserver {private readonly Subject subject;public StateObserver(Subject subject){this.subject subject;}public void Update(){Console.Write(Observer received update: );subject.ShowState();} }#endregion 6.3.3.4 自动触发的目标对象 状态发生改变时自动触发通知 #region AutoTriggerSubject// 自动触发实现 class AutoTriggerSubject : Subject {public void SetMainState(int value){mainState value;Notify(); // 自动触发}public override void Notify(){Console.WriteLine([AutoTrigger] Notifying observers...);foreach (var observer in observers){observer.Update();}} }#endregion 6.3.3.5 手动触发的目标对象 #region ManualTriggerSubject// 手动触发实现 class ManualTriggerSubject : Subject {public void CompleteUpdate(int main, int secondary){PrepareUpdate(main, secondary);// 不自动触发}public override void Notify(){Console.WriteLine([ManualTrigger] Notifying observers...);foreach (var observer in observers){observer.Update();}} } #endregion 6.3.3.6 使用示例 #region Client Code// 自动触发演示 Console.WriteLine( Automatic Trigger Demo ); var autoSubject new AutoTriggerSubject(); var obs1 new StateObserver(autoSubject); autoSubject.Attach(obs1);autoSubject.SetMainState(10); // 触发通知 autoSubject.SetMainState(20); // 再次触发// 手动触发演示 Console.WriteLine(\n Manual Trigger Demo ); var manualSubject new ManualTriggerSubject(); var obs2 new StateObserver(manualSubject); manualSubject.Attach(obs2);manualSubject.CompleteUpdate(1, 100); manualSubject.CompleteUpdate(2, 200); manualSubject.CompleteUpdate(3, 300); manualSubject.Notify(); // 单次触发#endregion结果 Automatic Trigger Demo [AutoTrigger] Notifying observers... Observer received update: State: [10, 0] [AutoTrigger] Notifying observers... Observer received update: State: [20, 0] Manual Trigger Demo [ManualTrigger] Notifying observers... Observer received update: State: [3, 300] 6.4 信息传递机制 观察者模式中目标将这些信息作为Update操作的一个参数传递出去。这些信息的量可能很小也可能很大。其信息量传递大小的两个极端便是推模型Push Model和拉模型Pull Model。 推模型一种主动推送信息的机制主题对象在状态发生变化时主动将包含具体变更信息的参数推送给所有观察者观察者通过更新方法来接收这些信息。这种方式传递的是结构化数据适用于需要接收完整、结构化数据且数据格式相对稳定的场景。 拉模型一种按需获取信息的机制主题对象在状态发生变化时仅发送一个简单的通知给观察者观察者需要主动调用主题对象的查询接口来获取所需的信息。这种方式更加灵活适用于观察者需要不同数据子集或数据格式可能频繁变化的场景。 6.4.1 解决方案与实现方式 6.4.1.1 推模型Push Model 实现原理 目标对象主动推送包含具体变更信息的参数至观察者的更新方法采用事件驱动机制传递结构化数据。 典型实现示例气象监测系统 IObserver 接口 #region IObserver 接口 // 观察者接口 public interface IObserver {void Update(WeatherData data); } #endregion 具体观察者 Display 类 #region 具体观察者 Display 类 // 具体观察者 public class Display : IObserver {public void Update(WeatherData data){Console.WriteLine(\)当前温度{data.Temperature}℃);} } #endregion Subject 类: WeatherStation 类 SetMeasurements(float temp)设置新的温度数据并触发通知。NotifyObservers(WeatherData data)遍历观察者列表调用每个观察者的Update方法。 #region Subject 类: WeatherStation 类// 目标对象 public class WeatherStation {private ListIObserver _observers new ListIObserver();private float _temperature;public void SetMeasurements(float temp){_temperature temp;NotifyObservers(new WeatherData(temp));}private void NotifyObservers(WeatherData data){foreach (var observer in _observers){observer.Update(data);}}public void Attach(IObserver observer) _observers.Add(observer);public void Detach(IObserver observer) _observers.Remove(observer); }// 数据传输对象 public class WeatherData {public float Temperature { get; }public WeatherData(float temperature){Temperature temperature;} }#endregion Client #region Client Code// 创建一个天气站对象 WeatherStation weatherStation new WeatherStation();// 创建两个观察者对象 Display display1 new Display(); Display display2 new Display();// 将观察者添加到天气站的观察者列表 weatherStation.Attach(display1); weatherStation.Attach(display2);// 模拟天气站更新数据 Console.WriteLine(天气站更新温度为 25.5℃); weatherStation.SetMeasurements(25.5f);// 移除一个观察者 weatherStation.Detach(display1);// 再次更新数据 Console.WriteLine(\n天气站更新温度为 28.0℃); weatherStation.SetMeasurements(28.0f);Console.ReadLine();#endregion结果 天气站更新温度为 25.5℃ 当前温度25.5℃ 当前温度25.5℃天气站更新温度为 28.0℃ 当前温度28℃ 适用场景 观察者需要接收完整、结构化的数据数据格式相对稳定且预先可知需要最小化观察者的查询操作实时性要求高于通信成本
6.4.1.2 拉模型Pull Model 实现原理 目标对象仅发送简单通知观察者主动调用目标对象的查询接口获取所需信息实现按需获取 典型实现示例 假设一个股票市场监控系统目标对象是股票市场观察者是不同的投资者。当股票价格发生变化时股票市场仅通知投资者价格发生了变化而投资者需要主动查询当前的股票价格。 目标和观察者接口 #region Interface Code// 观察者接口 public interface IObserver {void Update(); }// 目标接口 public interface ISubject {void Attach(IObserver observer);void Detach(IObserver observer);void Notify(); }#endregion 具体目标 #region Concrete Subject : StockMarket// 具体目标类 public class StockMarket : ISubject {private ListIObserver observers new ListIObserver();private decimal stockPrice;public decimal StockPrice{get { return stockPrice; }set{stockPrice value;Notify();}}public void Attach(IObserver observer){observers.Add(observer);}public void Detach(IObserver observer){observers.Remove(observer);}public void Notify(){foreach (var observer in observers){observer.Update();}} }#endregion 具体观察者 通过Update方法接收通知并从目标对象中获取当前股票价格。 #region Concrete Observer : Investor // 具体观察者类 public class Investor : IObserver {private string name;private ISubject stockMarket;public Investor(string name, ISubject stockMarket){this.name name;this.stockMarket stockMarket;}public void Update(){decimal currentPrice ((StockMarket)stockMarket).StockPrice;Console.WriteLine(\({name} received notification. Current stock price: {currentPrice:C});} }#endregion使用示例 #region Client Code// 创建股票市场对象 StockMarket stockMarket new StockMarket();// 创建投资者 Investor investor1 new Investor(Alice, stockMarket); Investor investor2 new Investor(Bob, stockMarket);// 将投资者添加到股票市场的观察者列表 stockMarket.Attach(investor1); stockMarket.Attach(investor2);// 模拟股票价格变化 Console.WriteLine(Stock price changes to \)100.); stockMarket.StockPrice 100;Console.WriteLine(Stock price changes to \(120.); stockMarket.StockPrice 120;// 移除一个投资者 stockMarket.Detach(investor1);Console.WriteLine(Stock price changes to \)150.); stockMarket.StockPrice 150;Console.ReadLine(); #endregion 结果 Stock price changes to \(100. Alice received notification. Current stock price: 100.00 Bob received notification. Current stock price: 100.00 Stock price changes to \)120. Alice received notification. Current stock price: 120.00 Bob received notification. Current stock price: 120.00 Stock price changes to \(150. Bob received notification. Current stock price: 150.00 适用场景 适用于观察者需要不同数据子集的情况。数据格式可能频繁变化观察者可以根据需要动态获取数据。通信成本不是主要瓶颈因为观察者主动查询数据。 6.4.1.3 设计对比与权衡 维度推模型拉模型耦合度高需预知观察者需求低观察者自主决定获取内容通信效率高单次传输完整数据低需多次请求-响应接口稳定性要求高参数结构需固定要求低仅需保持查询接口可扩展性较差新增观察者类型需修改接口较好新观察者可自主获取数据 通过理解两种模型的本质特征可以根据具体业务需求、系统约束和演进方向制定出最适合当前上下文的信息传递策略。 在分布式系统和微服务架构中这种设计权衡往往直接影响系统的可维护性和扩展能力。 6.4.1.4 最佳实践建议 混合模式设计 结合两种模型的优势推送基础变更通知允许观察者拉取补充信息。 观察者接口 #region Interface Codepublic interface IObserver {void Update(int state); // 接收基础状态 }#endregion 具体目标 #region Subject public class Subject {private ListIObserver observers new ListIObserver();private int state; // 被观察者的状态public int State{get { return state; }set{state value;NotifyObservers(); // 状态改变时通知观察者}}// 注册观察者public void Attach(IObserver observer){observers.Add(observer);}// 移除观察者public void Detach(IObserver observer){observers.Remove(observer);}// 通知观察者public void NotifyObservers(){foreach (IObserver observer in observers){observer.Update(state); // 推送基础状态}} }#endregion 具体观察者ConcreteObserver #region ConcreteObserverpublic class ConcreteObserver : IObserver {private Subject subject; // 持有被观察者的引用public ConcreteObserver(Subject subject){this.subject subject;subject.Attach(this); // 注册到被观察者}public void Update(int state){Console.WriteLine(\)Received base state: {state});// 根据需要拉取补充信息if (state 10){int additionalInfo subject.State; // 拉取补充信息Console.WriteLine(\(Additional info: {additionalInfo});}} }#endregion 使用示例Client #region Client CodeSubject subject new Subject();// 创建观察者并注册到被观察者 ConcreteObserver observer1 new ConcreteObserver(subject); ConcreteObserver observer2 new ConcreteObserver(subject);// 改变被观察者的状态 Console.WriteLine(Setting state to 5:); subject.State 5; // 输出基础状态Console.WriteLine(\nSetting state to 15:); subject.State 15; // 输出基础状态和补充信息#endregion结果 Setting state to 5: Received base state: 5 Received base state: 5Setting state to 15: Received base state: 15 Additional info: 15 Received base state: 15 Additional info: 15 通信优化策略 实现思路 批量处理拉取请求通过在Subject中维护一个队列将观察者的拉取请求批量处理。建立数据缓存机制在Subject中缓存状态信息避免重复计算或重复拉取。使用差异更新delta update仅推送状态变化的部分而不是完整状态。 观察者接口 IObserver #region Interface Codepublic interface IObserver {void Update(int state); // 接收基础状态 }#endregion目标对象 Subject #region Subjectpublic class Subject {private ListIObserver observers new ListIObserver();private int state; // 被观察者的状态private int previousState; // 上一次的状态用于差异更新public int State{get { return state; }set{if (state ! value) // 检查状态是否变化{previousState state; // 保存上一次状态state value;NotifyObservers(); // 状态改变时通知观察者}}}// 注册观察者public void Attach(IObserver observer){observers.Add(observer);}// 移除观察者public void Detach(IObserver observer){observers.Remove(observer);}// 通知观察者public void NotifyObservers(){foreach (IObserver observer in observers){observer.Update(state); // 推送基础状态}}// 提供拉取补充信息的接口public int GetAdditionalInfo(){// 模拟缓存机制如果状态未变直接返回缓存值if (state previousState){Console.WriteLine(Using cached additional info.);return previousState;}// 模拟拉取补充信息Console.WriteLine(Fetching additional info...);return state;} }#endregion 具体观察者ConcreteObserver #region ConcreteObserverpublic class ConcreteObserver : IObserver {private Subject subject; // 持有被观察者的引用public ConcreteObserver(Subject subject){this.subject subject;subject.Attach(this); // 注册到被观察者}public void Update(int state){Console.WriteLine(\)Received base state: {state});// 根据需要拉取补充信息if (state 10){int additionalInfo subject.GetAdditionalInfo(); // 拉取补充信息Console.WriteLine(\(Additional info: {additionalInfo});}} }#endregion使用示例 Client #region Client CodeSubject subject new Subject();// 创建观察者并注册到被观察者 ConcreteObserver observer1 new ConcreteObserver(subject); ConcreteObserver observer2 new ConcreteObserver(subject);// 改变被观察者的状态 Console.WriteLine(Setting state to 5:); subject.State 5; // 输出基础状态Console.WriteLine(\nSetting state to 15:); subject.State 15; // 输出基础状态和补充信息Console.WriteLine(\nSetting state to 15 again (cached info will be used):); subject.State 15; // 使用缓存信息 #endregion 结果 Setting state to 5: Received base state: 5 Received base state: 5Setting state to 15: Received base state: 15 Fetching additional info... Additional info: 15 Received base state: 15 Fetching additional info... Additional info: 15Setting state to 15 again (cached info will be used): 6.5 资源管理和错误处理 避免已删除目标的悬挂引用 删除目标时需确保其观察者中不遗留对该目标的无效引用。 否则当观察者尝试访问已销毁的目标时可能会引发错误或异常导致程序崩溃或行为不可预测。 为了避免这种情况可以在目标对象被销毁之前主动通知所有观察者解除对其的订阅。 示例 目标接口和观察者接口 #region Interface// 定义观察者接口 public interface IObserver {void Update(string message);void Unsubscribe(); }// 定义目标接口 public interface ISubject {void Attach(IObserver observer);void Detach(IObserver observer);void Notify(string message); }#endregion具体目标类 Subject 在目标对象被销毁之前通知所有观察者解除订阅 #region 定义具体目标类 : Subject// 定义具体目标主题类 public class Subject : ISubject {private List _observers new List();public void Attach(IObserver observer){_observers.Add(observer);}public void Detach(IObserver observer){_observers.Remove(observer);}public void Notify(string message){foreach (var observer in _observers){observer.Update(message);}}// 在目标对象被销毁之前通知所有观察者解除订阅public void Dispose(){foreach (var observer in _observers){observer.Unsubscribe();}_observers.Clear();} }#endregion具体观察者类 ConcreteObserver #region 具体观察者类 ConcreteObserver // 定义具体观察者类 public class ConcreteObserver : IObserver {private string _name;private Subject _subject;public ConcreteObserver(string name, Subject subject){_name name;_subject subject;}public void Update(string message){Console.WriteLine(\){_name} received message: {message});}public void Unsubscribe(){if (_subject ! null){_subject.Detach(this);_subject null;}} } #endregion使用实例 Client Code 在销毁目标对象之前通知所有观察者解除订阅. #region Client CodeSubject subject new Subject();IObserver observer1 new ConcreteObserver(observer 1, subject); IObserver observer2 new ConcreteObserver(observer 2, subject);subject.Attach(observer1); subject.Attach(observer2);subject.Notify(Hello Observers!);// 在销毁目标对象之前通知所有观察者解除订阅 subject.Dispose();// 尝试再次通知应该不会有任何效果因为观察者已被移除 subject.Notify(This should not be received.);#endregion 结果 Observer 1 received message: Hello Observers! Observer 2 received message: Hello Observers!