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【设计模式】用观察者模式对比事件订阅(相机举例)

news 来源：原创 2025/6/20 5:42:59

📷 用观察者模式对比事件订阅(相机举例)

标签：WPF、C#、Halcon、设计模式、观察者模式、事件机制

在日常开发中，我们经常使用 事件机制（Event） 来订阅图像采集信号。然而当系统日益复杂，多个模块同时需要响应图像变化 时，事件机制常常暴露出诸多痛点：

回调函数难以管理
抛异常一个挂全挂 ❌（详见下文）
解耦能力差，测试困难
缺乏灵活扩展能力（过滤、异步、重试等）

于是我重构了图像采集模块，采用 观察者模式（Observer Pattern），让系统结构更加优雅、可控、可扩展！

🧱 传统事件订阅方式的写法

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

👇 模拟订阅多个模块

camera.ImageGrabbed += img => Console.WriteLine("✅ UI 模块收到：" + img);camera.ImageGrabbed += img =>
{Console.WriteLine("❌ 日志模块出错了！");throw new Exception("磁盘已满");
};camera.ImageGrabbed += img => Console.WriteLine("🔬 图像分析模块收到：" + img);

❗ 为什么事件中一个模块抛异常，其他模块就收不到了？

C# 中事件是多播委托（MulticastDelegate），其底层是一个同步执行的委托链：

foreach (var handler in ImageGrabbed.GetInvocationList())
{handler.DynamicInvoke("图像1"); // 如果某个 handler 抛异常，后续的不会执行
}

因此，如果某个订阅者（例如日志模块）在处理事件时抛出异常，整个事件的执行链条会被中断，导致后续模块（如图像分析模块）完全无法接收到通知。

📌 这不是因为其他模块无法处理异常，而是它们根本没有被调用！

✅ 引入观察者模式（命名为 ICameraSubject）

在更实际的项目中，相机的图像采集往往是通过第三方 SDK 注册回调函数获得的。例如：

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

此时，CameraSubject 充当了“驱动层和业务逻辑之间的桥梁”。我们可以将采集到的图像统一分发给多个“观察者”，如 UI 展示模块、日志记录模块、图像分析模块等。

🔗 接口定义

//观察者需要实现的接口
public interface ICameraObserver
{void Update(HObject image);
}
//被观察者需要实现的接口
public interface ICameraSubject
{void Add(ICameraObserver observer);void Remove(ICameraObserver observer);void Notify(HObject image);
}

📷 被观察者实现（事件发布者）

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($"[异常] {observer.GetType().Name} 处理图像失败: {ex.Message}");}}}
}

被观察者实例定义的Notify()里面会调用所有已添加过的观察者的Update()

📷 相机驱动模块实现

public class CameraDriver
{private readonly ICameraSubject cameraSubject;public CameraDriver(ICameraSubject cameraSubject){this.cameraSubject = cameraSubject;}// 假设由 SDK 回调触发public void OnImageGrabbedFromDriver(byte[] buffer){HObject image = ConvertToHObject(buffer);cameraSubject.Notify(image); // 使用 Subject 通知观察者}private HObject ConvertToHObject(byte[] buffer){HObject image;HOperatorSet.GenEmptyObj(out image);// 这里添加具体的图像转换逻辑return image;}
}

注意，相机驱动模块里会调用被观察者对象的Notify方法，就是通知所有的观察者！
因为：被观察者的Notify()里面会调用所有已添加过的观察者的Update()

🖼️ 界面模块如何接收图像？

我们创建一个 UI 模块，界面模块作为观察者，实现 ICameraObserver 接口：

public class MainWindowObserver : ICameraObserver
{public void Update(HObject image){// 例如绑定到 ImageControl 或刷新控件Console.WriteLine("主界面刷新图像");}
}

然后在界面初始化时订阅：

cameraSubject.Add(this);

为什么是cameraSubject.Add(this)？

因为界面模块实现了接口ICameraObserver 而作为被观察者实例
cameraSubject管理全部的观察者，所以这里是：cameraSubject.Add(this); 表示界面订阅被观察者将会触发的事件！！！被cameraSubject收入麾下（观察者你需要时刻关注我啦）。

cameraSubject 通常会被作为单例注册到容器中。其他模块可以通过容器拿到被观察者的实例对象。
然后，观察者实现观察者接口，最后通过被观察者的实例对象加入自己（this）。

小结

模块	说明
`ICameraObserver`	观察者接口，定义 `Update(HObject image)` 方法，用于接收图像更新通知并处理图像数据。
`ICameraSubject`	被观察者接口，定义 `Add`, `Remove`, `Notify` 方法，用于管理观察者的注册、注销以及事件通知。
`CameraSubject`	实现 `ICameraSubject` 接口的具体类，负责维护观察者列表并通知所有已注册的观察者。
`CameraDriver`	相机驱动类，负责从 SDK 获取图像，并通过 `CameraSubject` 发布事件，触发观察者的更新方法。
`ImageProcessorA`	具体的观察者实现类，实现了 `ICameraObserver` 接口，负责执行特定的图像处理任务（如图像增强）。
`ImageProcessorB`	另一个具体的观察者实现类，也实现了 `ICameraObserver` 接口，负责执行不同的图像分析任务（如目标检测）。

然后，cameraSubject 被观察者实例，如果Add了观察者实例，那么就相当于该实例订阅了一个事件。
所以这里也可以感受到，观察者模式和事件订阅的差别。
事件订阅模式是，模块自己订阅事件。
而观察者模式是，有一个第三方的被观察者实例，把你纳入麾下，你就是订阅了（当然你还得实现观察者接口）。

总的来说：cameraSubject 被观察者实例，既存在于相机驱动模块（需要调用Notify()触发事件）又存在于处理事件模块（需要添加自己进去，以及需要实现Update方法！！！）

最后，被观察者的Notify()里面会调用所有观察者的Update()。

💡 多种 `Notify()` 用法示例

那观察者模式好在哪里？就体现在如下的几个方面！！！！一些功能事件订阅的方式是无法实现的。

1️⃣ 异常捕获（防止“炸链”）

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

2️⃣ 异步处理（提高响应效率）

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} 异步处理失败：{ex.Message}");}}));await Task.WhenAll(tasks);
}

3️⃣ 条件过滤（比如只处理亮度高的图像）

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} 出错：{ex.Message}"); }}
}

4️⃣ 自动重试（适合网络上传、数据库保存等）

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

✅ 实际使用演示

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

🎯 对比总结

功能/特性	`event` 事件	观察者模式
多模块响应图像	✅ 支持	✅ 支持
异常隔离	❌ 不支持	✅ 支持
条件过滤	❌ 不支持	✅ 支持
异步支持	❌ 手工复杂	✅ 易扩展
重试机制	❌ 不支持	✅ 支持
解耦性	❌ 紧耦合	✅ 松耦合
测试友好	❌ 不好 mock	✅ 好测试

📌 小结

事件机制虽然语法简洁，但在复杂系统中，尤其是图像采集 + 多模块处理的系统，劣势显现明显：

一旦抛异常，系统整体功能中断
缺乏扩展空间
不利于维护和测试

观察者模式完美解决这些问题，逻辑集中、扩展灵活、结构清晰、异常独立、安全可靠。

📘 推荐命名实践

如果你希望语义清晰又不太抽象，推荐使用：

interface ICameraSubject
interface ICameraObserver

如果你计划封装为通用框架，可以用：

interface ISubject<T>
interface IObserver<T>

最后一问：为啥被观察者也要定义一个接口？

在观察者模式中引入**抽象被观察者接口（如Subject或ISubject）**主要有以下几个原因：

1. 实现解耦与多态

接口定义了被观察者的行为契约，使得观察者只依赖于抽象接口，而非具体实现类。这实现了依赖倒置原则：

观察者只需知道如何注册/注销自己，以及如何接收通知（通过接口方法）。
具体被观察者可以自由变化（如从WeatherData扩展为StockData），只要实现相同接口，观察者无需修改。

示例：
若直接依赖WeatherData类，后续新增StockData类时，观察者代码需重新修改；而依赖ISubject接口后，新增被观察者只需实现该接口即可。

2. 支持多种被观察者实现

通过接口，可以有多个不同的被观察者实现，它们可以是：

同步通知：如示例中的直接遍历观察者列表调用Update。
异步通知：将通知放入队列，由单独线程处理。
广播通知：通过消息中间件发布事件。

示例：

// 不同被观察者实现相同接口
class WeatherData : ISubject { /* 同步通知 */ }
class AsyncWeatherData : ISubject { /* 异步通知 */ }

3. 遵循开闭原则

接口使系统更具扩展性：

新增观察者：无需修改被观察者代码，直接实现Observer接口并注册。
新增被观察者：实现ISubject接口，现有观察者可无缝适配。

4. 便于单元测试

接口便于创建测试替身（如Mock对象）：

在测试观察者时，可以用Mock对象模拟被观察者的行为，隔离外部依赖。

示例（使用Moq框架）：

var mockSubject = new Mock<ISubject>();
var observer = new CurrentConditionsDisplay(mockSubject.Object);// 验证观察者是否正确注册
mockSubject.Verify(s => s.RegisterObserver(observer), Times.Once);