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C# 设计模式——观察者

news 2025/10/21 9:26:55

在C#中，观察者设计模式（Observer Pattern） 是一种行为型设计模式，用于定义对象间的“一对多”依赖关系：当一个对象（称为“主题/Subject”）的状态发生变化时，所有依赖它的对象（称为“观察者/Observer”）会自动收到通知并更新。这种模式的核心是解耦主题与观察者，让两者可以独立变化和复用。

核心角色

观察者模式包含4个核心角色：

主题（Subject）：维护观察者列表，提供添加、移除观察者的方法，以及通知所有观察者的方法。
观察者（Observer）：定义一个更新接口，当收到主题通知时执行具体的更新逻辑。
具体主题（Concrete Subject）：实现主题接口，维护自身状态，状态变化时触发通知。
具体观察者（Concrete Observer）：实现观察者接口，定义收到通知后的具体行为（如更新数据、刷新UI等）。

一、自定义观察者模式实现（基础版）

下面通过一个“气象站发布温度数据，多个显示设备接收并展示”的场景，演示自定义实现：

1. 定义接口（抽象层）

先定义主题和观察者的接口，明确规范：

// 观察者接口：定义更新方法
public interface IObserver
{// 接收主题通知时调用，参数为主题传递的数据（这里是温度）void Update(float temperature);
}// 主题接口：定义管理观察者和通知的方法
public interface ISubject
{// 添加观察者void RegisterObserver(IObserver observer);// 移除观察者void RemoveObserver(IObserver observer);// 通知所有观察者void NotifyObservers();
}

2. 实现具体主题（气象站）

具体主题维护自身状态（温度）和观察者列表，状态变化时触发通知：

// 具体主题：气象站（发布温度数据）
public class WeatherStation : ISubject
{// 维护观察者列表（使用泛型集合便于管理）private List<IObserver> _observers = new List<IObserver>();// 主题的状态：当前温度private float _temperature;// 添加观察者public void RegisterObserver(IObserver observer){_observers.Add(observer);}// 移除观察者public void RemoveObserver(IObserver observer){_observers.Remove(observer);}// 通知所有观察者（触发它们的Update方法）public void NotifyObservers(){foreach (var observer in _observers){observer.Update(_temperature); // 传递当前温度}}// 模拟温度变化（外部调用此方法更新状态，随后自动通知观察者）public void SetTemperature(float temperature){_temperature = temperature;Console.WriteLine($"气象站：温度更新为 {temperature}℃");NotifyObservers(); // 温度变化后立即通知所有观察者}
}

3. 实现具体观察者（显示设备）

不同的观察者接收通知后执行不同的更新逻辑（如控制台显示、UI刷新等）：

// 具体观察者1：控制台显示器
public class ConsoleDisplay : IObserver
{public void Update(float temperature){Console.WriteLine($"控制台显示：当前温度是 {temperature}℃");}
}// 具体观察者2：手机APP显示器
public class PhoneAppDisplay : IObserver
{public void Update(float temperature){Console.WriteLine($"手机APP提示：温度已更新至 {temperature}℃，请注意防暑/保暖！");}
}

4. 客户端使用

客户端负责创建主题和观察者，并建立关联：

class Program
{static void Main(string[] args){// 创建主题（气象站）WeatherStation weatherStation = new WeatherStation();// 创建观察者（显示设备）IObserver consoleDisplay = new ConsoleDisplay();IObserver phoneAppDisplay = new PhoneAppDisplay();// 注册观察者（观察者订阅主题）weatherStation.RegisterObserver(consoleDisplay);weatherStation.RegisterObserver(phoneAppDisplay);// 模拟温度变化（触发通知）weatherStation.SetTemperature(25.5f);// 输出：// 气象站：温度更新为 25.5℃// 控制台显示：当前温度是 25.5℃// 手机APP提示：温度已更新至 25.5℃，请注意防暑/保暖！// 移除一个观察者（手机APP取消订阅）weatherStation.RemoveObserver(phoneAppDisplay);Console.WriteLine("\n手机APP已取消订阅");// 再次更新温度weatherStation.SetTemperature(30.0f);// 输出：// 气象站：温度更新为 30.0℃// 控制台显示：当前温度是 30.0℃}
}

二、.NET内置的观察者模式（IObservable与IObserver）

.NET Framework 4.0及以上提供了标准的观察者模式接口：IObservable<T>（主题）和IObserver<T>（观察者），无需自定义接口，更符合.NET规范。

IObservable<T>：主题接口，定义Subscribe方法（用于观察者订阅），返回IDisposable（用于取消订阅）。
IObserver<T>：观察者接口，定义3个方法：
- OnNext(T value)：接收主题发送的新数据；
- OnError(Exception error)：接收主题发送的错误信息；
- OnCompleted()：接收主题发送的“完成”通知（后续不再发送数据）。

用内置接口实现气象站示例

using System;
using System.Collections.Generic;// 具体主题：气象站（实现IObservable<T>，T为温度数据类型）
public class WeatherStation : IObservable<float>
{private List<IObserver<float>> _observers = new List<IObserver<float>>();private float _temperature;// 观察者订阅时调用，返回IDisposable用于取消订阅public IDisposable Subscribe(IObserver<float> observer){if (!_observers.Contains(observer)){_observers.Add(observer);}// 返回一个自定义的取消订阅器return new Unsubscriber(_observers, observer);}// 模拟温度变化（触发通知）public void SetTemperature(float temperature){_temperature = temperature;Console.WriteLine($"气象站：温度更新为 {temperature}℃");// 通知所有观察者（调用OnNext）foreach (var observer in _observers){observer.OnNext(temperature);}}// 自定义取消订阅器（实现IDisposable）private class Unsubscriber : IDisposable{private List<IObserver<float>> _observers;private IObserver<float> _observer;public Unsubscriber(List<IObserver<float>> observers, IObserver<float> observer){_observers = observers;_observer = observer;}// 取消订阅时从列表中移除观察者public void Dispose(){if (_observer != null && _observers.Contains(_observer)){_observers.Remove(_observer);}}}
}// 具体观察者1：控制台显示器（实现IObserver<float>）
public class ConsoleDisplay : IObserver<float>
{public void OnNext(float temperature){Console.WriteLine($"控制台显示：当前温度是 {temperature}℃");}public void OnError(Exception error){Console.WriteLine($"控制台错误：{error.Message}");}public void OnCompleted(){Console.WriteLine("控制台：气象站已停止发送数据");}
}// 客户端使用
class Program
{static void Main(string[] args){WeatherStation weatherStation = new WeatherStation();ConsoleDisplay consoleDisplay = new ConsoleDisplay();// 订阅（返回取消订阅器）IDisposable unsubscriber = weatherStation.Subscribe(consoleDisplay);// 温度更新weatherStation.SetTemperature(28.0f);// 输出：// 气象站：温度更新为 28.0℃// 控制台显示：当前温度是 28.0℃// 取消订阅（调用Dispose）unsubscriber.Dispose();Console.WriteLine("\n控制台已取消订阅");// 再次更新温度（控制台不再收到通知）weatherStation.SetTemperature(32.0f);// 输出：// 气象站：温度更新为 32.0℃}
}