设计模式学习之“观察者模式” [C#]

《深入浅出设计模式》学习笔记第二章

需求：

开发一套气象监测应用，如图：

气象站，目前有三种装置，温度、湿度和气压感应装置。

WeatherData对象追踪气象站的数据，并更新到布告板，布告板（目前是三个：目前状况、气象统计、天气预报）用来显示目前的天气状况给用户。

初步设计

目前的要求：

1.其中有三个方法分别获得气温、湿度和气压的数据。

2.一旦气象测量被更新，那么这个measurementsChanged()方法就会被调用。

3.一旦有新的数据，者三个布告板（暂时三个）就会马上更新。

4.可扩展，可以开发第三方的布告板。

错误的实现：

错误在哪：

1.变化的地方需要封装。

2.布告板应该统一实现某个带有update方法的接口。

3.不应该针对实现编程，应该针对接口编程。

什么是观察者模式 Observer Pattern

例子：

我们订阅公众号，公众号一旦有新文章就会发送给我们。

当我不再想看文章时，就取消订阅，这时就不会给我发送文章了。

只要公众号还在运营，就一直有人订阅或者取消订阅。

出版者(Publishers) + 订阅者(Subscribers) = 观察者模式(Observer Pattern)

不过我们用的名词不一样，出版者改为主题(Subject)，订阅者改为观察者(Observer)

观察者模式定义：

观察者模式定义了对象之间的一对多依赖，这样一来，当一个对象改变状态时，它的所有依赖者(dependents)都会收到通知并自动更新。

观察这模式关系图：

松耦合

两个对象之间的松耦合就是，他们可以交互，但是不清楚对方太多细节。

观察者模式的Subject与Observers之间是松耦合，因为：

1.Subject对于Observer知道的唯一一件事情就是它实现了某个接口。

2.随时可以添加新的Observer。

3.新的Observer出现时，永远不需要更改Subject的代码。

4.我们可以独立的复用Subject或Observer。

5.改变任意的一方并不会影响另外一方。

设计原则

交互对象之间应该尽可能的去实现松耦合设计。

气象应用的具体设计：

C#实现：

接口们：

namespace C02ObserverPattern.Raw.Bases
{
    public interface ISubject
    {
        // 订阅
        void RegisterObserver(IObserver observer);

        // 取消订阅
        void RemoveObserver(IObserver observer);

        // 状态变化时，通知所有观察者
        void NotifyObservers();
    }

    public interface IObserver
    {
        // 气象之变化时，subject会把这些值更新给observers
        void Update(float temp, float humidity, float pressure);
    }

    public interface IDisplayElement
    {
        // 布告板显示
        void Display();
    }
}

WeatherData（subject）：

namespace C02ObserverPattern.Raw
{
    public class WeatherData: ISubject
    {
        private readonly HashSet<IObserver> _observers;
        private float _temp, _humidity, _pressure;

        public WeatherData()
        {
            _observers = new HashSet<IObserver>();
        }

        public void RegisterObserver(IObserver observer)
        {
            _observers.Add(observer);
        }

        public void RemoveObserver(IObserver observer)
        {
            _observers.Remove(observer);
        }

        public void NotifyObservers()
        {
            foreach (var observer in _observers)
            {
                observer.Update(_temp, _humidity, _pressure);
            }
        }

        public void MeasurementsChanged()
        {
            NotifyObservers();
        }

        public void SetMeasurements(float temp, float humidity, float pressure)
        {
            _temp = temp;
            _humidity = humidity;
            _pressure = pressure;
            MeasurementsChanged();
        }
    }
}

其中一个布告板：

namespace C02ObserverPattern.Raw
{
    public class CurrentConditionDisplay: IObserver, IDisplayElement
    {
        private float _temp, _humidity;

        public CurrentConditionDisplay(ISubject weatherData)
        {
            weatherData.RegisterObserver(this);
        }
        public void Update(float temp, float humidity, float pressure)
        {
            _temp = temp;
            _humidity = humidity;
            Display();
        }

        // 这个布告板只显示温度和湿度
        public void Display()
        {
            Console.WriteLine($"Current conditions：{_temp}℃ and {_humidity}% humidity");
        }
    }
}

测试程序：

namespace C02ObserverPattern
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            WeatherData weatherData = new WeatherData();

            CurrentConditionDisplay currentConditionDisplay = new CurrentConditionDisplay(weatherData);
            StatisticsDisplay statisticsDisplay = new StatisticsDisplay(weatherData);
            // XxxDisplay1 xxxDisplay1 = new XxxDisplay1(weatherData);
            // XxxDisplay2 xxxDisplay2 = new XxxDisplay2(weatherData);

            weatherData.SetMeasurements(, , );
            weatherData.SetMeasurements(, , );
            weatherData.SetMeasurements(, , );

            Console.ReadLine();
        }
    }
}

结果：

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使用C#内置的Observer Pattern

IObservable<T> 作为Subject。

IObserver<T> 作为Observer。

先封装一下数据：

namespace C02ObserverPattern.BuiltIn
{
    public struct MyData
    {
        public float Temperature { get; }
        public float Humidity { get; }
        public float Pressure { get; }

        public MyData(float temperature, float humidity, float pressure)
        {
            Temperature = temperature;
            Humidity = humidity;
            Pressure = pressure;
        }
    }
}

WeatherData：

namespace C02ObserverPattern.BuiltIn
{
    public class WeatherDataAlternative : IObservable<MyData>
    {
        private readonly HashSet<IObserver<MyData>> _observers;

        public WeatherDataAlternative()
        {
            _observers = new HashSet<IObserver<MyData>>();
        }

        public IDisposable Subscribe(IObserver<MyData> observer)
        {
            if (!_observers.Contains(observer))
            {
                _observers.Add(observer);
            }
            return new Unsubscriber(_observers, observer);
        }

        public void NotifyMeasurementsChanged(MyData? data)
        {
            foreach (var observer in _observers)
            {
                if (!data.HasValue)
                {
                    observer.OnError(new Exception("No value!!!"));
                }
                else
                {
                    observer.OnNext(data.Value);
                }
            }
        }

        public void WeatherStationClose()
        {
            foreach (var observer in _observers.ToArray())
            {
                observer.OnCompleted();
            }
            _observers.Clear();
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Red;
            Console.WriteLine("The weather station has been closed.");
        }

        private class Unsubscriber : IDisposable
        {
            private readonly HashSet<IObserver<MyData>> _observers;
            private readonly IObserver<MyData> _observer;

            public Unsubscriber(HashSet<IObserver<MyData>> observers, IObserver<MyData> observer)
            {
                _observers = observers;
                _observer = observer;
            }

            public void Dispose()
            {
                if (_observer != null && _observers.Contains(_observer))
                    _observers.Remove(_observer);
            }
        }

    }
}

实现两个布告板：

namespace C02ObserverPattern.BuiltIn
{
    public class CurrentConditionDisplayAlternative : IObserver<MyData>
    {
        private IDisposable _unsubscriber;

        public virtual void Subscribe(IObservable<MyData> provider)
        {
            if (provider != null)
                _unsubscriber = provider.Subscribe(this);
        }

        public void OnNext(MyData value)
        {
            Console.WriteLine($"Current condition: {value.Temperature}C degrees and {value.Humidity}% humidity and {value.Pressure} pressure.");
        }

        public void OnError(Exception error)
        {
            var original = Console.ForegroundColor;
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Red;
            Console.WriteLine("Error occurred at Current Condition Display!");
            Console.ForegroundColor = original;
        }

        public void OnCompleted()
        {
            Console.WriteLine("Current condition display Task Completed.");
            Unsubscribe();
        }

        public virtual void Unsubscribe()
        {
            Console.WriteLine("Current condition display will unsubscribe from weather station.");
            _unsubscriber.Dispose();
        }
    }
}

namespace C02ObserverPattern.BuiltIn
{
    public class StatisticsDisplayAlternative : IObserver<MyData>
    {
        private IDisposable _unsubscriber;

        public virtual void Subscribe(IObservable<MyData> provider)
        {
            if (provider != null)
                _unsubscriber = provider.Subscribe(this);
        }

        public void OnNext(MyData value)
        {
            Console.WriteLine($"Statistics: {value.Temperature}, {value.Humidity}, {value.Pressure}.");
        }

        public void OnError(Exception error)
        {
            var original = Console.ForegroundColor;
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Red;
            Console.WriteLine("Error occurred at Statistics!");
            Console.ForegroundColor = original;
        }

        public void OnCompleted()
        {
            Console.WriteLine("Statistics Task Completed.");
            Unsubscribe();
        }

        public virtual void Unsubscribe()
        {
            Console.WriteLine("Statistics will unsubscribe from weather station.");
            _unsubscriber.Dispose();
        }
    }
}

测试程序：

namespace C02ObserverPattern
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            WeatherDataAlternative weatherDataAlternative = new WeatherDataAlternative();
            CurrentConditionDisplayAlternative currentConditionDisplayAlternative = new CurrentConditionDisplayAlternative();
            currentConditionDisplayAlternative.Subscribe(weatherDataAlternative);
            StatisticsDisplayAlternative statisticsDisplayAlternative = new StatisticsDisplayAlternative();
            statisticsDisplayAlternative.Subscribe(weatherDataAlternative);

            weatherDataAlternative.NotifyMeasurementsChanged(, , ));
            Task.Delay();
            weatherDataAlternative.NotifyMeasurementsChanged(null);
            Task.Delay();
            currentConditionDisplayAlternative.Unsubscribe();
            weatherDataAlternative.NotifyMeasurementsChanged(, , ));
            weatherDataAlternative.WeatherStationClose();

            Console.ReadLine();
        }
    }
}