觀察者模式是一種軟體設計模式，其中一個名為主體(Subject)的物件維護其依賴項列表，稱為觀察者，並通常透過呼叫它們(observers)的方法之一來自動通知它們任何狀態更改。

觀察者模式主要用於在“事件驅動”軟體中實現分散式事件處理系統。在這些系統中，主體 Subject 通常被稱為“事件流(stream of events)”或“事件流源”，而觀察者被稱為“事件接收器”。

流命名法暗示了一種物理設定，其中觀察者在物理上是分開的，並且無法控制從主題/流源發出的事件。

這種模式非常適合任何程式，其中資料從啟動時 CPU 不可用的某些輸入到達，而是“隨機”到達（HTTP 請求、GPIO 資料、來自鍵盤/滑鼠/的使用者輸入...、分散式資料庫）和區塊鏈，...）。

大多數現代程式語言都包含實現觀察者模式元件的內建“事件”結構。雖然不是強制性的，但大多數“觀察者”實現將使用後臺執行緒監聽主題事件和核心提供的其他支援機制（Linux epoll，...）。

觀察者設計模式是二十三個著名的“四人幫”設計模式之一，描述瞭如何解決反覆出現的設計挑戰，以設計靈活且可重用的物件導向軟體，即更容易實現、更改、 測試和重用。

# What problems can the Observer design pattern solve?

觀察者模式解決了以下問題：

* 物件之間的一對多依賴關係應該在不使物件緊密耦合的情況下定義。
* 應該確保當一個物件改變狀態時，自動更新無限數量的依賴物件。
* 一個物件可以通知無限數量的其他物件應該是可能的。

透過定義一個直接更新依賴物件狀態的物件（主體）來定義物件之間的一對多依賴是不靈活的，因為它將主體耦合到特定的依賴物件。儘管如此，從效能的角度來看，或者如果物件實現是緊密耦合的（想想每秒執行數千次的低階核心結構），它仍然有意義。在某些情況下，緊密耦合的物件可能難以實現，並且難以重用，因為它們引用並瞭解（以及如何更新）具有不同介面的許多不同物件。在其他情況下，緊密耦合的物件可能是更好的選擇，因為編譯器將能夠在編譯時檢測錯誤並在 CPU 指令級別最佳化程式碼。

# What solution does the Observer design pattern describe?

定義主題和觀察者物件。

這樣當一個主題改變狀態時，所有註冊的觀察者都會被自動通知和更新（可能是非同步的）。

主體的唯一職責是維護觀察者列表並透過呼叫它們的 update() 操作通知它們狀態變化。 觀察者的職責是在一個主題上註冊（和取消註冊）自己（以獲得狀態變化的通知）並在收到通知時更新他們的狀態（將他們的狀態與主題的狀態同步）。 這使得主體和觀察者鬆散耦合。 主體和觀察者彼此之間沒有明確的感知。 可以在執行時獨立新增和刪除觀察者。 這種通知-註冊互動也稱為釋出-訂閱。

# Strong vs. weak reference

觀察者模式會導致記憶體洩漏，稱為失效偵聽器問題，因為在基本實現中，它需要顯式註冊和顯式取消註冊，就像在處置模式中一樣，因為主體持有對觀察者的強引用，使它們保持活動狀態。 這可以透過主體持有對觀察者的弱引用來防止。

# Coupling and typical pub-sub implementations

通常，觀察者模式被實現，因此被“觀察”的“主體”是正在觀察狀態變化的物件的一部分（並傳達給觀察者）。這種型別的實現被認為是“緊密耦合的”，迫使觀察者和主體相互瞭解並可以訪問它們的內部部分，從而產生可擴充套件性、速度、訊息恢復和維護（也稱為事件或通知）的可能問題損失），條件分散缺乏靈活性，以及可能妨礙所需的安全措施。在釋出-訂閱模式（又名釋出-訂閱模式）的一些（非輪詢）實現中，這是透過建立一個專用的“訊息佇列”伺服器（有時還有一個額外的“訊息處理程式”物件）作為額外階段來解決的觀察者和被觀察物件之間，從而解耦元件。在這些情況下，訊息佇列伺服器由觀察者使用觀察者模式訪問，“訂閱某些訊息”只知道預期的訊息（或在某些情況下不知道），而對訊息傳送者本身一無所知；傳送者也可能對觀察者一無所知。釋出訂閱模式的其他實現，實現了類似的通知和向感興趣的各方通訊的效果，根本不使用觀察者模式。

在 OS/2 和 Windows 等多視窗作業系統的早期實現中，術語“釋出-訂閱模式”和“事件驅動的軟體開發”被用作觀察者模式的同義詞。

正如 GoF 書中所描述的，觀察者模式是一個非常基本的概念，並沒有解決在通知觀察者之前或之後消除對觀察到的“主體”或被觀察“主體”所做的特殊邏輯的更改的興趣。該模式也不處理傳送更改通知時的記錄或保證收到更改通知。這些問題通常在訊息佇列系統中處理，其中觀察者模式只是其中的一小部分。

# 觀察者模式的 UML 和 時序圖

![](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/4062d1cc5dc2ddf7b17f9211875308cf.png)

在上面的UML類圖中，Subject類並沒有直接更新依賴物件的狀態。 相反，Subject 引用 Observer 介面（update()）來更新狀態，這使得 Subject 獨立於依賴物件的狀態如何更新。 Observer1 和 Observer2 類透過將它們的狀態與主題的狀態同步來實現 Observer 介面。
UML 序列圖顯示了執行時互動：Observer1 和Observer2 物件呼叫Subject1 上的attach(this) 來註冊它們自己。 假設 Subject1 的狀態發生了變化，Subject1 會對其自身呼叫 notify() 。
notify() 對已註冊的 Observer1 和 Observer2 物件呼叫 update()，它們從 Subject1 請求更改的資料 (getState()) 以更新（同步）它們的狀態。

# UML 類圖

![](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/a7d649d66184349fec137b5fd4b68a47.png)

看一個 Java 的例子。

Subject 即資料來源的實現：

```java
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Scanner;

class EventSource {
    public interface Observer {
        void update(String event);
    }
  
    private final List<observer> observers = new ArrayList<>();
  
    private void notifyObservers(String event) {
        observers.forEach(observer -> observer.update(event));
    }
  
    public void addObserver(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }
  
    public void scanSystemIn() {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (scanner.hasNextLine()) {
            String line = scanner.nextLine();
            notifyObservers(line);
        }
    }
}
```

Observer 的實現：

```java
public class ObserverDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Enter Text: ");
        EventSource eventSource = new EventSource();
        
        eventSource.addObserver(event -> {
            System.out.println("Received response: " + event);
        });

eventSource.scanSystemIn();
    }
}
```

JavaScript 的實現：

```javascript
let Subject = {
    _state: 0,
    _observers: [],
    add: function(observer) {
        this._observers.push(observer);
    },
    getState: function() {
        return this._state;
    },
    setState: function(value) {
        this._state = value;
        for (let i = 0; i < this._observers.length; i++)
        {
            this._observers[i].signal(this);
        }
    }
};

let Observer = {
    signal: function(subject) {
        let currentValue = subject.getState();
        console.log(currentValue);
    }
}

Subject.add(Observer);
Subject.setState(10);
//Output in console.log - 10
```</observer>

設計模式中的觀察者模式

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