C#設計模式：觀察者模式，讓對象間通信更優雅

在軟件開發中，我們經常會遇到一個對象的狀態發生改變，其他對象需要自動更新或做出相應反應的場景。例如：

• GUI事件處理： 當用戶點擊按鈕時，按鈕需要通知所有注冊的事件處理程序。
• 股票價格更新： 當股票價格發生變化時，所有關注該股票的投資者都需要收到通知。
• 氣象站數據更新： 當氣象站收集到新的氣象數據時，所有顯示氣象數據的設備都需要更新顯示。

為了實現這種對象間的通信，我們可以使用觀察者模式（Observer Pattern），它定義了一種一對多的依賴關系，讓多個觀察者對象同時監聽某一個主題對象。當主題對象的狀態發生改變時，所有依賴于它的觀察者對象都會收到通知并自動更新。

一、觀察者模式簡介

觀察者模式屬于行為型設計模式，它主要解決的是對象間的一對多依賴關系，當一個對象的狀態發生改變時，所有依賴于它的對象都會收到通知并自動更新。

二、觀察者模式的結構

觀察者模式包含四個角色：

1. Subject（主題）： 被觀察的對象，它維護一個觀察者列表，并提供注冊、刪除和通知觀察者的方法。
2. Observer（觀察者）： 定義了一個更新接口，用于接收主題的通知。
3. ConcreteSubject（具體主題）： 具體被觀察的對象，它維護自身狀態，并在狀態改變時通知所有觀察者。
4. ConcreteObserver（具體觀察者）： 具體的觀察者對象，它實現更新接口，并在收到通知時更新自身狀態。

三、C# 實現示例

讓我們通過一個簡單的氣象站示例來理解觀察者模式：

// 主題接口
interface ISubject
{void RegisterObserver(IObserver observer);void RemoveObserver(IObserver observer);void NotifyObservers();
}// 觀察者接口
interface IObserver
{void Update(float temperature, float humidity, float pressure);
}// 具體主題：氣象站
class WeatherStation : ISubject
{private List<IObserver> _observers = new List<IObserver>();private float _temperature;private float _humidity;private float _pressure;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(_temperature, _humidity, _pressure);}}public void SetMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure){_temperature = temperature;_humidity = humidity;_pressure = pressure;NotifyObservers();}
}// 具體觀察者：顯示當前天氣狀況
class CurrentConditionsDisplay : IObserver
{private float _temperature;private float _humidity;public void Update(float temperature, float humidity, float pressure){_temperature = temperature;_humidity = humidity;Display();}public void Display(){Console.WriteLine($"Current conditions: {_temperature}F degrees and {_humidity}% humidity");}
}// 客戶端代碼
class Program
{static void Main(string[] args){WeatherStation weatherStation = new WeatherStation();CurrentConditionsDisplay currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay();weatherStation.RegisterObserver(currentDisplay);weatherStation.SetMeasurements(80, 65, 30.4f);weatherStation.SetMeasurements(82, 70, 29.2f);weatherStation.SetMeasurements(78, 90, 29.2f);}
}

四、觀察者模式的優缺點

優點：

• 松耦合： 主題和觀察者之間是松耦合的，主題不需要知道觀察者的具體類，只需要知道觀察者實現了更新接口。
• 可擴展性： 可以方便地增加新的觀察者，而不需要修改主題的代碼。
• 支持廣播通信： 主題可以一次通知所有觀察者。

缺點：

• 可能導致性能問題： 如果觀察者數量很多，通知所有觀察者可能會比較耗時。
• 可能導致內存泄漏： 如果觀察者沒有正確地從主題中注銷，可能會導致內存泄漏。

五、總結

觀察者模式提供了一種優雅的方式來實現對象間的一對多依賴關系，它在需要實現事件處理、數據更新等場景時非常有用。但是，在使用觀察者模式時，也需要考慮其潛在的性能問題和內存泄漏問題。

---

希望這篇博客能幫助你更好地理解和使用觀察者模式！