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观察者模式（Observer Pattern）

web 2025/5/6 12:18:13

🧠 观察者模式（Observer Pattern）

观察者模式是一种行为型设计模式。它定义了一种一对多的依赖关系，使得当一个对象的状态发生变化时，所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。通常用于事件驱动的编程场景中。

🎯 为什么需要观察者模式？

松耦合设计：对象之间的耦合度降低。一个对象状态变化时，其他依赖它的对象自动更新，无需直接调用。
动态关系：当系统中存在多个“观察者”时，观察者可以在运行时动态添加或删除，不需要改动主体（被观察者）对象。
事件驱动：用于多方协作的场景，如GUI中的按钮点击、消息推送等。

✅ 优缺点分析

✅ 优点	❌ 缺点
减少了对象之间的耦合度，方便扩展	如果观察者过多，通知开销可能较大
支持动态注册和撤销观察者	可能导致过多的通知，影响性能
增加新的观察者不需要修改主题类（符合开放-封闭原则）	观察者与被观察者之间存在依赖关系，状态变化可能较为复杂

🧩 Python 示例：天气预报系统

假设我们有一个天气预报系统，其中天气站作为被观察者，而温度显示板、湿度显示板等作为观察者。天气站的状态变化时，它会通知所有的观察者来更新它们的状态。

🎯 1️⃣ 观察者接口（Observer）

from abc import ABC, abstractmethodclass Observer(ABC):@abstractmethoddef update(self, temperature: float, humidity: float):pass

Observer 是一个接口，所有观察者类都需要实现 update() 方法来接收来自被观察者的通知。

🎯 2️⃣ 被观察者接口（Subject）

class Subject(ABC):@abstractmethoddef register_observer(self, observer: Observer):pass@abstractmethoddef remove_observer(self, observer: Observer):pass@abstractmethoddef notify_observers(self):pass

Subject 类是被观察者接口。它提供了 register_observer()、remove_observer() 和 notify_observers() 方法来管理观察者。

🎯 3️⃣ 具体被观察者类（WeatherStation）

class WeatherStation(Subject):def __init__(self):self._observers = []self._temperature = 0self._humidity = 0def register_observer(self, observer: Observer):self._observers.append(observer)def remove_observer(self, observer: Observer):self._observers.remove(observer)def notify_observers(self):for observer in self._observers:observer.update(self._temperature, self._humidity)def set_weather(self, temperature: float, humidity: float):self._temperature = temperatureself._humidity = humidityself.notify_observers()

WeatherStation 继承自 Subject 类，管理观察者并通知它们。
set_weather() 方法用于设置新的天气数据并通知所有注册的观察者。

🎯 4️⃣ 具体观察者类（TemperatureDisplay, HumidityDisplay）

class TemperatureDisplay(Observer):def update(self, temperature: float, humidity: float):print(f"Temperature updated: {temperature}°C")class HumidityDisplay(Observer):def update(self, temperature: float, humidity: float):print(f"Humidity updated: {humidity}%")

TemperatureDisplay 和 HumidityDisplay 实现了 Observer 接口，在 update() 方法中接收天气站的状态变化并更新自己的显示内容。

🎯 5️⃣ 客户端代码（模拟天气变化）

# 创建被观察者（天气站）
weather_station = WeatherStation()# 创建观察者
temp_display = TemperatureDisplay()
humidity_display = HumidityDisplay()# 注册观察者
weather_station.register_observer(temp_display)
weather_station.register_observer(humidity_display)# 更新天气数据并通知观察者
weather_station.set_weather(25, 60)  # 设置温度为25°C，湿度为60%
weather_station.set_weather(30, 65)  # 设置温度为30°C，湿度为65%

✅ 输出结果

Temperature updated: 25°C
Humidity updated: 60%
Temperature updated: 30°C
Humidity updated: 65%

🧭 类图（Mermaid）

🧭 流程图（Mermaid）

🧠 应用场景总结

场景	示例
事件驱动应用	GUI应用，按钮点击等事件通知其他组件
状态变化通知	监控系统中的报警通知，状态变化
多方协作	即时通讯应用中的信息广播
更新同步	新闻推送，系统消息广播等