2015年2月21日 星期六

C# Design Pattern - Observer Pattern 觀察者模式

觀察者模式是一種軟件設計圖案,其中一個對象,稱為主體,保持其家屬,稱為觀察者的列表,並且自動通知它們中的任何狀態變化,通常通過調用其方法之一。它主要用於實現分佈式事件處理系統。 Observer模式也是大家熟悉的模型 - 視圖 - 控制器(MVC)架構模式的一個關鍵組成部分。[1]觀察者模式在眾多的編程庫和系統,包括幾乎所有的GUI工具包來實現。

物件導向設計建議我們將系統切割成一群互相協同合作的物件,以便提高個別物件的可重用性。在這種做法之下,有些物件的狀態與行為會相依於其他物件,並需要因為其他物件的狀態改變而做出反應。

觀察者模式可能會導致內存洩漏,遺失Listener的問題,因為在基本實現它需要顯式註冊和註銷明確,如在Dispose模式,因為主體持有以觀察員強引用,保持它們活著。這可以由對象保持到觀察者弱引用被防止。





如何得知物件狀態改變?

物件狀態異動的頻率無法預料。
為了達到狀態一致性而將物件緊密耦合在一起,將會降低物件的重複使用性。
不能限制資料相依物件的個數,可能有任意數量的物件都有興趣想要知道物件的狀態。
當某物件狀態改變時,其相依物件必須適時自動被通知。


Solution:定義一對多的相依關係,當物件改變狀態的時候,讓它的相依者可以自動收到更新通知。此模式規範了兩種角色(介面):擁有狀態的物件(Subject)以及它的相依者(Observer),也就是想得知Subject狀態改變的物件們(Observer可以有一個以上)。

Subject角色允許Observer向它註冊或取消註冊(attach、detach),以便獲得或解除狀態改變的通知。當Subject要將狀態改變的事實通知Observer的時候,Subject會呼叫自己的notify方法通知Observer。Observer角色需實作update方法,以便讓Subject在notify方法中可以通知到各種不同類別的Observer(ConcreteObserver)。

下面範例的結構代碼演示了其註冊的對象通知和更新的狀態變化Observer模式。

using System;
using System.Collections.Generic;

namespace DoFactory.GangOfFour.Observer.Structural
{
  /// <summary>
  /// Observer Design Pattern.
  /// </summary>
  class MainApp
  {
    /// <summary>
    /// 程式進入控制台應用程序的起始。
    /// </summary>
    static void Main()
    {
      // 配置 Observer pattern
      ConcreteSubject s = new ConcreteSubject();

      s.Attach(new ConcreteObserver(s, "X"));
      s.Attach(new ConcreteObserver(s, "Y"));
      s.Attach(new ConcreteObserver(s, "Z"));

      // 改變主題和通知觀察者群
      s.SubjectState = "ABC";
      s.Notify();

      // 等待User
      Console.ReadKey();
    }
  }

  /// <summary>
  /// 'Subject' abstract 的 class
  /// </summary>
  abstract class Subject
  {
    private List<Observer> _observers = new List<Observer>();

    public void Attach(Observer observer)
    {
      _observers.Add(observer);
    }

    public void Detach(Observer observer)
    {
      _observers.Remove(observer);
    }

    public void Notify()
    {
      foreach (Observer o in _observers)
      {
        o.Update();
      }
    }
  }

  /// <summary>
  /// 'ConcreteSubject' 的 class
  /// </summary>
  class ConcreteSubject : Subject
  {
    private string _subjectState;

    //  subject state的存取
    public string SubjectState
    {
      get { return _subjectState; }
      set { _subjectState = value; }
    }
  }

  /// <summary>
  ///  'Observer' 的 abstract class
  /// </summary>
  abstract class Observer
  {
    public abstract void Update();
  }

  /// <summary>
  /// 'ConcreteObserver' 的 class
  /// </summary>
  class ConcreteObserver : Observer
  {
    private string _name;
    private string _observerState;
    private ConcreteSubject _subject;

    // 建構函數
    public ConcreteObserver(
      ConcreteSubject subject, string name)
    {
      this._subject = subject;
      this._name = name;
    }

    public override void Update()
    {
      _observerState = _subject.SubjectState;
      Console.WriteLine("Observer {0}'s new state is {1}",
        _name, _observerState);
    }

    //  subject存取
    public ConcreteSubject Subject
    {
      get { return _subject; }
      set { _subject = value; }
    }
  }
}


下面的程式範例用真實情況來呈現,程式碼演示中,以Microsoft註冊的投資者被告知每一個股票的價值發生變化時觀察者模式。

using System;
using System.Collections.Generic;

namespace DoFactory.GangOfFour.Observer.RealWorld
{
  /// <summary>
  /// Observer Design Pattern.
  /// </summary>
  class MainApp
  {
    /// <summary>
    /// 程式進入控制台應用程序的起始。
    /// </summary>
    static void Main()
    {
      // 產生 Microsoft stock 和 附上 投資者群
      Microsoft microsoft = new Microsoft("Microsoft", 120.00);
      microsoft.Attach(new Investor("Sorros"));
      microsoft.Attach(new Investor("Berkshire"));

      // 價格波動會通知投資者
      microsoft.Price = 120.10;
      microsoft.Price = 121.00;
      microsoft.Price = 120.50;
      microsoft.Price = 120.75;

      // 等待User
      Console.ReadKey();
    }
  }

  /// <summary>
  /// The 'Subject' abstract class
  /// </summary>
  abstract class Stock
  {
    private string _symbol;
    private double _price;
    private List<IInvestor> _investors = new List<IInvestor>();

    // 建構函數
    public Stock(string symbol, double price)
    {
      this._symbol = symbol;
      this._price = price;
    }

    public void Attach(IInvestor investor)
    {
      _investors.Add(investor);
    }

    public void Detach(IInvestor investor)
    {
      _investors.Remove(investor);
    }

    public void Notify()
    {
      foreach (IInvestor investor in _investors)
      {
        investor.Update(this);
      }

      Console.WriteLine("");
    }

    //  price存取
    public double Price
    {
      get { return _price; }
      set
      {
        if (_price != value)
        {
          _price = value;
          Notify();
        }
      }
    }

    // 取得 symbol
    public string Symbol
    {
      get { return _symbol; }
    }
  }

  /// <summary>
  /// 'ConcreteSubject' 的 class
  /// </summary>
  class Microsoft : Stock
  {
    // 建構函數
    public Micrososft(string symbol, double price)
      : base(symbol, price)
    {
    }
  }

  /// <summary>
  /// 'Observer' 的 interface
  /// </summary>
  interface IInvestor
  {
    void Update(Stock stock);
  }

  /// <summary>
  /// 'ConcreteObserver' class
  /// </summary>
  class Investor : IInvestor
  {
    private string _name;
    private Stock _stock;

    // 建構函數
    public Investor(string name)
    {
      this._name = name;
    }

    public void Update(Stock stock)
    {
      Console.WriteLine("Notified {0} of {1}'s " +
        "change to {2:C}", _name, stock.Symbol, stock.Price);
    }

    // 變數 stock 的存取
    public Stock Stock
    {
      get { return _stock; }
      set { _stock = value; }
    }
  }

}

-雲遊山水為知已逍遙一生而忘齡- 電腦神手

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