設計模式—觀察者模式(發布-訂閱模式)

一、簡介

發布-訂閱模式是一種消息傳遞模式，用于實現對象間的一對多依賴關系。在這種模式中：

• 發布者（Publisher）不直接向訂閱者（Subscriber）發送消息
• 發布者和訂閱者通過一個中介（通常稱為事件總線或消息代理）進行通信
• 訂閱者可以訂閱感興趣的事件，發布者可以發布事件

這種模式實現了發布者和訂閱者的解耦，提高了系統的靈活性和可擴展性。

二、原理

2.1核心組件：

Publisher（發布者）：產生事件/消息的對象

Subscriber（訂閱者）：接收并處理事件的對象

Event Bus/Message Broker（事件總線）：管理訂閱關系，負責將消息從發布者路由到訂閱者

2.2工作流程：

訂閱者向事件總線注冊對特定事件的興趣

發布者向事件總線發布事件

事件總線將事件傳遞給所有注冊的訂閱者

三、C++實現

以下是發布-訂閱模式的簡單C++實現：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <map>
#include <functional>
#include <memory>// 前置聲明
class EventBus;// 訂閱者接口
class Subscriber {
public:virtual ~Subscriber() = default;virtual void handleEvent(const std::string& event, const std::string& message) = 0;
};// 具體訂閱者
class ConcreteSubscriber : public Subscriber {
public:ConcreteSubscriber(const std::string& name) : name_(name) {}void handleEvent(const std::string& event, const std::string& message) override {std::cout << name_ << " received event '" << event << "' with message: " << message << std::endl;}private:std::string name_;
};// 事件總線
class EventBus {
public:// 訂閱事件void subscribe(const std::string& event, Subscriber* subscriber) {subscribers_[event].push_back(subscriber);}// 取消訂閱void unsubscribe(const std::string& event, Subscriber* subscriber) {auto& subs = subscribers_[event];subs.erase(std::remove(subs.begin(), subs.end(), subscriber), subs.end());}// 發布事件void publish(const std::string& event, const std::string& message) {if (subscribers_.find(event) != subscribers_.end()) {for (auto subscriber : subscribers_[event]) {subscriber->handleEvent(event, message);}}}private:std::map<std::string, std::vector<Subscriber*>> subscribers_;
};// 發布者
class Publisher {
public:Publisher(EventBus& eventBus) : eventBus_(eventBus) {}void publish(const std::string& event, const std::string& message) {eventBus_.publish(event, message);}private:EventBus& eventBus_;
};int main() {EventBus eventBus;// 創建訂閱者ConcreteSubscriber sub1("Subscriber1");ConcreteSubscriber sub2("Subscriber2");ConcreteSubscriber sub3("Subscriber3");// 訂閱事件eventBus.subscribe("event1", &sub1);eventBus.subscribe("event1", &sub2);eventBus.subscribe("event2", &sub2);eventBus.subscribe("event2", &sub3);// 創建發布者Publisher publisher(eventBus);// 發布事件publisher.publish("event1", "First event message");publisher.publish("event2", "Second event message");// 取消訂閱eventBus.unsubscribe("event1", &sub2);// 再次發布publisher.publish("event1", "Event after unsubscribe");return 0;
}

代碼運行結果：

四、應用場景

1. GUI系統中的事件處理
2. 分布式系統中的消息傳遞
3. 微服務架構中的服務間通信
4. 游戲開發中的事件系統
5. 日志系統和監控系統

優點

1. 松耦合：發布者和訂閱者不需要知道對方的存在
2. 可擴展性：可以輕松添加新的發布者或訂閱者
3. 靈活性：訂閱者可以動態訂閱或取消訂閱事件

缺點

1. 調試困難：由于間接性，事件流可能難以跟蹤
2. 性能開銷：消息傳遞可能比直接調用慢
3. 可能導致內存泄漏：如果訂閱者沒有正確取消訂閱

發布-訂閱模式是現代軟件架構中非常重要的模式，特別是在需要組件間松散耦合的系統中。

參考文章：

1.“牽一發而動全身”——我用觀察者模式簡單模擬吃雞

2.《推薦C++ 23種設計模式》系列第十九期：觀察者模式【架構設計與實現】