在日常生活中，交通訊號燈指揮者日益擁擠的城市交通。紅燈亮，汽車停止；綠燈亮，汽車繼續前行；在這個過程中，交通訊號燈是汽車的觀察目標，而汽車則是觀察者。隨著交通訊號燈的變化，汽車的行為也會隨之變化，一盞交通訊號燈可以指揮多輛汽車。在軟體系統中，有些物件之間也存在類似交通訊號燈和汽車之間的關係，一個物件的狀態或行為的變化將會導致其他物件的狀態或者行為也發生改變，它們之間將產生聯動，正所謂牽一髮而動全身。為了更好地描述物件之間存在的這種一對多的聯動，觀察者模式應運而生。

一、多人聯機對戰遊戲的設計

需求背景：M公司欲開發一款多人聯機對戰遊戲，在遊戲中，多個遊戲玩家可以加入同一戰隊組成聯盟，當戰隊中某一成員收到敵人攻擊時將給所有其他盟友傳送通知，盟友收到通知後將作出響應。M公司開發人員需要提供一個設計方案來實現戰隊成員之間的聯動。

　　M公司開發人員通過分析，發現在該系統中戰隊成員之間的聯動過程可以簡單描述如下：

　　聯盟成員收到攻擊 => 傳送通知給盟友 => 盟友作出響應

　　如果每個聯盟成員都需要持有盟友的資訊才能及時通知每一位盟友，因此這樣系統開銷較大。因此，M公司開發人員決定引入一個新角色“戰隊控制中心”來負責維護和管理每個戰隊所有成員的資訊，如下圖所示：

　　如何實現物件之間的聯動？讓我們來看看觀察者模式吧。

二、觀察者模式概述

2.1 觀察者模式簡介

　　觀察者模式是一種使用頻率最高的設計模式之一，用於建立一種物件與物件之間的依賴關係，一個物件發生改變時將自動通知其他物件，其他物件將相應作出反應。

觀察者（Observer）模式：定義物件之間的一種一對多依賴關係，使得當每一個物件狀態發生改變時，其相關依賴物件皆得到通知並被自動更新。　　

2.2 觀察者模式結構

　　觀察者模式包含以下4個角色：

　　（1）Subject（抽象目標）：又稱為主題，是被觀察的物件。

　　（2）ConcreteSubject（具體目標）：抽象目標的子類，通常包含有經常發生改變的資料，當它的狀態發生改變時，向其各個觀察者發出通知。

　　（3）Observer（抽象觀察者）：觀察者將對觀察目標的改變做出反應。

　　（4）ConcreteObserver（具體觀察者）：具體觀察者中維持一個指向具體目標物件的引用，它用於儲存具體觀察者的有關狀態，這些狀態需要和具體目標地狀態保持一致。

三、重構多人聯機對戰遊戲

3.1 重構後的設計結構

　　其中，AllyControlCenter充當抽象目標，ConcreteAllyControlCenter則充當具體目標，IObserver充當抽象觀察者，Player則充當具體觀察者。

3.2 具體程式碼實現

　　（1）抽象觀察者：IObserver

    /// <summary>
    /// 抽象觀察類 - IObserver介面
    /// </summary>
    public interface IObserver
    {
        string Name { get; set; }
        void Help();                                                                // 宣告支援盟友的方法
        void BeAttacked(AllyControlCenter acc);     // 宣告遭受攻擊的方法
    }

　　（2）具體觀察者：Player

    /// <summary>
    /// 具體觀察者類：戰隊成員
    /// </summary>
    public class Player : IObserver
    {
        public string Name
        {
            get;
            set;
        }

        public void BeAttacked(AllyControlCenter acc)
        {
            Console.WriteLine("{0}：我正被攻擊，速來援救！", this.Name);
            // 呼叫戰隊控制中心類的通知方法來通知盟友
            acc.NotifyObserver(this.Name);
        }

        public void Help()
        {
            Console.WriteLine("{0} ：堅持住，立馬來救你！", this.Name);
        }
    }

　　（3）抽象目標：AllyControlCenter

    /// <summary>
    /// 抽象目標類：戰隊控制中心
    /// </summary>
    public abstract class AllyControlCenter
    {
        public string AllyName { get; set; }
        protected IList<IObserver> playerList = new List<IObserver>();

        public void Join(IObserver observer)
        {
            playerList.Add(observer);
            Console.WriteLine("通知：{0} 加入 {1} 戰隊", observer.Name, this.AllyName);
        }

        public void Quit(IObserver observer)
        {
            playerList.Remove(observer);
            Console.WriteLine("通知：{0} 退出 {1} 戰隊", observer.Name, this.AllyName);
        }

        // 宣告抽象通知方法
        public abstract void NotifyObserver(string name);
    }

　　（4）具體目標：ConcreteAllyControlCenter

    public class ConcreteAllyControlCenter : AllyControlCenter
    {
        public ConcreteAllyControlCenter(string allyName)
        {
            Console.WriteLine("系統通知：{0} 戰隊組建成功！", this.AllyName);
            Console.WriteLine("-------------------------------------------------------");
            this.AllyName = allyName;
        }

        // 實現通知方法
        public override void NotifyObserver(string playerName)
        {
            Console.WriteLine("通知：盟友們，{0} 正遭受敵軍攻擊，速去搶救！", playerName);
            foreach (var player in playerList)
            {
                if (!player.Name.Equals(playerName, StringComparison.OrdinalIgnoreCase))
                {
                    player.Help();
                }
            }
        }
    }

　　（5）客戶端測試

    public class Program
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            // Step1.定義觀察者物件
            AllyControlCenter acc = new ConcreteAllyControlCenter("金庸群俠");
            // Step2.定義4個觀察者物件
            IObserver playerA = new Player() { Name = "楊過" };
            acc.Join(playerA);
            IObserver playerB = new Player() { Name = "令狐沖" };
            acc.Join(playerB);
            IObserver playerC = new Player() { Name = "張無忌" };
            acc.Join(playerC);
            IObserver playerD = new Player() { Name = "段譽" };
            acc.Join(playerD);
            // Step3.當某盟友遭受攻擊
            playerA.BeAttacked(acc);

            Console.ReadKey();
        }
    }

　　編譯除錯結果如下圖所示：

　　在本例項中，實現了兩次物件之間的聯動：Player.BeAttacked() => AllyControlCenter.NotifyObserver() => Player.Help()

四、觀察者模式與MVC

　　在當前流行的MVC（Model-View-Controller）結構中也應用了觀察者模式，它包含了3個角色：模型、檢視和控制器。其中，模型可對應觀察者模式中的觀察目標，而檢視則對應於觀察者，控制器充當二者之間的中介者。當模型層的資料發生改變時，檢視將會自動改變其顯示內容，如下圖所示：

五、觀察者模式總結

5.1 主要優點

　　（1）可以實現表示層和資料邏輯層的分離 => 各種不同的表示層可以充當具體觀察者

　　（2）支援廣播通訊，觀察目標會向已註冊的觀察者物件傳送通知 => 簡化一對多系統設計的難度

（3）增加新的觀察者無須修改原有系統程式碼 => 滿足開閉原則

5.2 主要缺點

　　（1）如果一個觀察目標有很多直接和間接的觀察者 => 所有觀察者收到通知會花費大量時間

　　（2）如果觀察者和觀察目標之間存在迴圈依賴 => 可能導致系統崩潰

5.3 應用場景

　　（1）一個抽象模型有兩個方面，其中一個方面依賴於另一個方面 => 封裝起來使其獨立改變和複用

　　（2）一個物件的改變將導致一個或多個其他物件也發生改變，但並不知道具體有多少個物件將要發生改變 => 最熟悉的陌生人

參考資料

　　劉偉，《設計模式的藝術—軟體開發人員內功修煉之道》

作者：周旭龍

本文版權歸作者和部落格園共有，歡迎轉載，但未經作者同意必須保留此段宣告，且在文章頁面明顯位置給出原文連結。