【設計模式】用觀察者模式對比事件訂閱(相機舉例)

📷 用觀察者模式對比事件訂閱(相機舉例)

標簽：WPF、C#、Halcon、設計模式、觀察者模式、事件機制

在日常開發中，我們經常使用 事件機制（Event） 來訂閱圖像采集信號。然而當系統日益復雜，多個模塊同時需要響應圖像變化 時，事件機制常常暴露出諸多痛點：

回調函數難以管理
拋異常一個掛全掛 ?（詳見下文）
解耦能力差，測試困難
缺乏靈活擴展能力（過濾、異步、重試等）

于是我重構了圖像采集模塊，采用 觀察者模式（Observer Pattern），讓系統結構更加優雅、可控、可擴展！

🧱 傳統事件訂閱方式的寫法

public class Camera
{public event Action<HObject> ImageGrabbed;public void SimulateGrab(){HObject image = GetImage();ImageGrabbed?.Invoke(image); // 拋異常就“炸鏈”}private HObject GetImage(){HObject image;HOperatorSet.GenEmptyObj(out image);return image;}
}

👇 模擬訂閱多個模塊

camera.ImageGrabbed += img => Console.WriteLine("? UI 模塊收到：" + img);camera.ImageGrabbed += img =>
{Console.WriteLine("? 日志模塊出錯了！");throw new Exception("磁盤已滿");
};camera.ImageGrabbed += img => Console.WriteLine("🔬 圖像分析模塊收到：" + img);

? 為什么事件中一個模塊拋異常，其他模塊就收不到了？

C# 中事件是多播委托（MulticastDelegate），其底層是一個同步執行的委托鏈：

foreach (var handler in ImageGrabbed.GetInvocationList())
{handler.DynamicInvoke("圖像1"); // 如果某個 handler 拋異常，后續的不會執行
}

因此，如果某個訂閱者（例如日志模塊）在處理事件時拋出異常，整個事件的執行鏈條會被中斷，導致后續模塊（如圖像分析模塊）完全無法接收到通知。

📌 這不是因為其他模塊無法處理異常，而是它們根本沒有被調用！

? 引入觀察者模式（命名為 ICameraSubject）

在更實際的項目中，相機的圖像采集往往是通過第三方 SDK 注冊回調函數獲得的。例如：

camera.RegisterImageCallback(OnImageReceived);private void OnImageReceived(byte[] rawBuffer)
{HObject image = ConvertToHObject(rawBuffer);Notify(image);
}

此時，CameraSubject 充當了“驅動層和業務邏輯之間的橋梁”。我們可以將采集到的圖像統一分發給多個“觀察者”，如 UI 展示模塊、日志記錄模塊、圖像分析模塊等。

🔗 接口定義

//觀察者需要實現的接口
public interface ICameraObserver
{void Update(HObject image);
}
//被觀察者需要實現的接口
public interface ICameraSubject
{void Add(ICameraObserver observer);void Remove(ICameraObserver observer);void Notify(HObject image);
}

📷 被觀察者實現（事件發布者）

public class CameraSubject : ICameraSubject
{private readonly List<ICameraObserver> observers = new();public void Add(ICameraObserver observer){observers.Add(observer);}public void Remove(ICameraObserver observer){observers.Remove(observer);}public void Notify(HObject image){foreach (var observer in observers){try{observer.Update(image);}catch (Exception ex){Console.WriteLine($"[異常] {observer.GetType().Name} 處理圖像失敗: {ex.Message}");}}}
}

被觀察者實例定義的Notify()里面會調用所有已添加過的觀察者的Update()

📷 相機驅動模塊實現

public class CameraDriver
{private readonly ICameraSubject cameraSubject;public CameraDriver(ICameraSubject cameraSubject){this.cameraSubject = cameraSubject;}// 假設由 SDK 回調觸發public void OnImageGrabbedFromDriver(byte[] buffer){HObject image = ConvertToHObject(buffer);cameraSubject.Notify(image); // 使用 Subject 通知觀察者}private HObject ConvertToHObject(byte[] buffer){HObject image;HOperatorSet.GenEmptyObj(out image);// 這里添加具體的圖像轉換邏輯return image;}
}

注意，相機驅動模塊里會調用被觀察者對象的Notify方法，就是通知所有的觀察者！
因為：被觀察者的Notify()里面會調用所有已添加過的觀察者的Update()

🖼? 界面模塊如何接收圖像？

我們創建一個 UI 模塊，界面模塊作為觀察者，實現 ICameraObserver 接口：

public class MainWindowObserver : ICameraObserver
{public void Update(HObject image){// 例如綁定到 ImageControl 或刷新控件Console.WriteLine("主界面刷新圖像");}
}

然后在界面初始化時訂閱：

cameraSubject.Add(this);

為什么是cameraSubject.Add(this)？

因為界面模塊實現了接口ICameraObserver 而作為被觀察者實例
cameraSubject管理全部的觀察者，所以這里是：cameraSubject.Add(this); 表示界面訂閱被觀察者將會觸發的事件！！！被cameraSubject收入麾下（觀察者你需要時刻關注我啦）。

cameraSubject 通常會被作為單例注冊到容器中。其他模塊可以通過容器拿到被觀察者的實例對象。
然后，觀察者實現觀察者接口，最后通過被觀察者的實例對象加入自己（this）。

小結

模塊	說明
`ICameraObserver`	觀察者接口，定義 `Update(HObject image)` 方法，用于接收圖像更新通知并處理圖像數據。
`ICameraSubject`	被觀察者接口，定義 `Add`, `Remove`, `Notify` 方法，用于管理觀察者的注冊、注銷以及事件通知。
`CameraSubject`	實現 `ICameraSubject` 接口的具體類，負責維護觀察者列表并通知所有已注冊的觀察者。
`CameraDriver`	相機驅動類，負責從 SDK 獲取圖像，并通過 `CameraSubject` 發布事件，觸發觀察者的更新方法。
`ImageProcessorA`	具體的觀察者實現類，實現了 `ICameraObserver` 接口，負責執行特定的圖像處理任務（如圖像增強）。
`ImageProcessorB`	另一個具體的觀察者實現類，也實現了 `ICameraObserver` 接口，負責執行不同的圖像分析任務（如目標檢測）。

然后，cameraSubject 被觀察者實例，如果Add了觀察者實例，那么就相當于該實例訂閱了一個事件。
所以這里也可以感受到，觀察者模式和事件訂閱的差別。
事件訂閱模式是，模塊自己訂閱事件。
而觀察者模式是，有一個第三方的被觀察者實例，把你納入麾下，你就是訂閱了（當然你還得實現觀察者接口）。

總的來說：cameraSubject 被觀察者實例，既存在于相機驅動模塊（需要調用Notify()觸發事件）又存在于處理事件模塊（需要添加自己進去，以及需要實現Update方法！！！）

最后，被觀察者的Notify()里面會調用所有觀察者的Update()。

💡 多種 `Notify()` 用法示例

那觀察者模式好在哪里？就體現在如下的幾個方面！！！！一些功能事件訂閱的方式是無法實現的。

1?? 異常捕獲（防止“炸鏈”）

public void Notify(HObject image)
{foreach (var observer in observers){try{observer.Update(image);}catch (Exception ex){Console.WriteLine($"? {observer.GetType().Name} 出錯：{ex.Message}");}}
}

2?? 異步處理（提高響應效率）

public async void Notify(HObject image)
{var tasks = observers.Select(o => Task.Run(() =>{try { o.Update(image); }catch (Exception ex){Console.WriteLine($"? {o.GetType().Name} 異步處理失敗：{ex.Message}");}}));await Task.WhenAll(tasks);
}

3?? 條件過濾（比如只處理亮度高的圖像）

public interface IFilterableObserver : ICameraObserver
{bool ShouldHandle(HObject image);
}public void Notify(HObject image)
{foreach (var o in observers){if (o is IFilterableObserver f && !f.ShouldHandle(image))continue;try { o.Update(image); }catch (Exception ex) { Console.WriteLine($"? {o.GetType().Name} 出錯：{ex.Message}"); }}
}

4?? 自動重試（適合網絡上傳、數據庫保存等）

private void SafeUpdate(ICameraObserver observer, HObject image)
{int retry = 3;while (retry-- > 0){try{observer.Update(image);return;}catch (Exception ex){Console.WriteLine($"?? {observer.GetType().Name} 第 {3 - retry} 次失敗: {ex.Message}");Thread.Sleep(100); // 可配置}}Console.WriteLine($"? {observer.GetType().Name} 重試失敗，放棄");
}public void Notify(HObject image)
{foreach (var observer in observers){SafeUpdate(observer, image);}
}

? 實際使用演示

var camera = new CameraSubject();camera.Add(new UIObserver());
camera.Add(new LoggerObserver());
camera.Add(new AnalyzerObserver());

🎯 對比總結

功能/特性	`event` 事件	觀察者模式
多模塊響應圖像	? 支持	? 支持
異常隔離	? 不支持	? 支持
條件過濾	? 不支持	? 支持
異步支持	? 手工復雜	? 易擴展
重試機制	? 不支持	? 支持
解耦性	? 緊耦合	? 松耦合
測試友好	? 不好 mock	? 好測試

📌 小結

事件機制雖然語法簡潔，但在復雜系統中，尤其是圖像采集 + 多模塊處理的系統，劣勢顯現明顯：

一旦拋異常，系統整體功能中斷
缺乏擴展空間
不利于維護和測試

觀察者模式完美解決這些問題，邏輯集中、擴展靈活、結構清晰、異常獨立、安全可靠。

📘 推薦命名實踐

如果你希望語義清晰又不太抽象，推薦使用：

interface ICameraSubject
interface ICameraObserver

如果你計劃封裝為通用框架，可以用：

interface ISubject<T>
interface IObserver<T>

最后一問：為啥被觀察者也要定義一個接口？

在觀察者模式中引入**抽象被觀察者接口（如Subject或ISubject）**主要有以下幾個原因：

1. 實現解耦與多態

接口定義了被觀察者的行為契約，使得觀察者只依賴于抽象接口，而非具體實現類。這實現了依賴倒置原則：

觀察者只需知道如何注冊/注銷自己，以及如何接收通知（通過接口方法）。
具體被觀察者可以自由變化（如從WeatherData擴展為StockData），只要實現相同接口，觀察者無需修改。

示例：
若直接依賴WeatherData類，后續新增StockData類時，觀察者代碼需重新修改；而依賴ISubject接口后，新增被觀察者只需實現該接口即可。

2. 支持多種被觀察者實現

通過接口，可以有多個不同的被觀察者實現，它們可以是：

同步通知：如示例中的直接遍歷觀察者列表調用Update。
異步通知：將通知放入隊列，由單獨線程處理。
廣播通知：通過消息中間件發布事件。

示例：

// 不同被觀察者實現相同接口
class WeatherData : ISubject { /* 同步通知 */ }
class AsyncWeatherData : ISubject { /* 異步通知 */ }

3. 遵循開閉原則

接口使系統更具擴展性：

新增觀察者：無需修改被觀察者代碼，直接實現Observer接口并注冊。
新增被觀察者：實現ISubject接口，現有觀察者可無縫適配。

4. 便于單元測試

接口便于創建測試替身（如Mock對象）：

在測試觀察者時，可以用Mock對象模擬被觀察者的行為，隔離外部依賴。

示例（使用Moq框架）：

var mockSubject = new Mock<ISubject>();
var observer = new CurrentConditionsDisplay(mockSubject.Object);// 驗證觀察者是否正確注冊
mockSubject.Verify(s => s.RegisterObserver(observer), Times.Once);