观察者模式
概述
观察者模式（Observer Pattern）是一种行为型设计模式，定义了对象间一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生变化时，所有依赖它的对象都会收到通知并自动更新。它通过将主题（Subject）和观察者（Observer）解耦，允许动态添加或移除观察者，广泛应用于事件驱动系统。观察者模式遵循“开闭原则”和“依赖倒置原则”，适用于需要动态响应状态变化的场景，如用户界面更新、消息通知系统等。与发布-订阅模式类似，但观察者模式通常更直接，主题直接管理观察者，而发布-订阅模式通过中间件（如消息队列）解耦。
模式结构
观察者模式的主要角色如下：
- 主题接口（Subject）：定义注册、移除和通知观察者的接口。
- 具体主题（Concrete Subject）：维护观察者列表，管理状态并在状态变化时通知观察者。
- 观察者接口（Observer）：定义更新方法，接收主题状态变化的通知。
- 具体观察者（Concrete Observer）：实现观察者接口，根据通知更新自身状态。
- 客户端（Client）：创建主题和观察者，触发状态变化和通知。
实现
观察者模式的 UML 类图如下所示：
新闻发布示例
subject.go 代码如下：
go
package observer
// 观察者模式
// 主题接口
// Subject 定义主题接口，管理观察者
type Subject interface {
RegisterObserver(o Observer)
RemoveObserver(o Observer)
NotifyObservers()
}news_agency.go 代码如下：
go
package observer
// 观察者模式
// 具体主题
// NewsAgency 是具体主题，管理新闻和观察者
type NewsAgency struct {
observers []Observer
news string
}
// RegisterObserver 添加观察者
func (n *NewsAgency) RegisterObserver(o Observer) {
n.observers = append(n.observers, o)
}
// RemoveObserver 移除观察者
func (n *NewsAgency) RemoveObserver(o Observer) {
for i, observer := range n.observers {
if observer == o {
n.observers = append(n.observers[:i], n.observers[i+1:]...)
break
}
}
}
// NotifyObservers 通知所有观察者
func (n *NewsAgency) NotifyObservers() {
for _, observer := range n.observers {
observer.Update(n.news)
}
}
// SetNews 设置新闻并通知观察者
func (n *NewsAgency) SetNews(news string) {
n.news = news
n.NotifyObservers()
}observer.go 代码如下：
go
package observer
// 观察者模式
// 观察者接口
// Observer 定义观察者接口，处理通知
type Observer interface {
Update(news string)
}news_channel.go 代码如下：
go
package observer
// 观察者模式
// 具体观察者
// NewsChannel 是具体观察者，接收和存储新闻
type NewsChannel struct {
name string
news string
}
// NewNewsChannel 创建具体观察者实例
func NewNewsChannel(name string) *NewsChannel {
return &NewsChannel{name: name}
}
// Update 更新观察者的新闻内容
func (n *NewsChannel) Update(news string) {
n.news = news
}
// GetNews 获取观察者的新闻内容
func (n *NewsChannel) GetNews() string {
return n.news
}客户端（单元测试）
client_test.go 代码如下：
go
package observer
import (
"testing"
)
// 单元测试
// 模拟客户端调用
// TestObserver 测试观察者模式的场景
func TestObserver(t *testing.T) {
agency := &NewsAgency{}
channel1 := NewNewsChannel("频道1")
channel2 := NewNewsChannel("频道2")
tests := []struct {
name string
news string
expectedNews string
}{
{
name: "发布第一条新闻",
news: "突发新闻：事件A",
expectedNews: "突发新闻：事件A",
},
{
name: "发布第二条新闻",
news: "最新报道：事件B",
expectedNews: "最新报道：事件B",
},
}
// 注册观察者
agency.RegisterObserver(channel1)
agency.RegisterObserver(channel2)
for _, tt := range tests {
t.Run(tt.name, func(t *testing.T) {
// 发布新闻
agency.SetNews(tt.news)
// 验证观察者接收的新闻
if result := channel1.GetNews(); result != tt.expectedNews {
t.Errorf("频道1 期望新闻 %q，实际得到 %q", tt.expectedNews, result)
}
if result := channel2.GetNews(); result != tt.expectedNews {
t.Errorf("频道2 期望新闻 %q，实际得到 %q", tt.expectedNews, result)
}
t.Logf("新闻发布: %s", tt.expectedNews)
})
}
// 测试移除观察者
agency.RemoveObserver(channel2)
agency.SetNews("新事件：事件C")
if channel2.GetNews() != "最新报道：事件B" {
t.Errorf("频道2 不应接收新新闻，期望 %q，实际得到 %q", "最新报道：事件B", channel2.GetNews())
}
if channel1.GetNews() != "新事件：事件C" {
t.Errorf("频道1 期望新闻 %q，实际得到 %q", "新事件：事件C", channel1.GetNews())
}
}实现说明
观察者模式通过 Subject 接口定义了主题的行为，NewsAgency（具体主题）维护观察者列表并在新闻更新时通知所有观察者。Observer 接口定义了观察者的更新方法，NewsChannel（具体观察者）接收并存储新闻内容。客户端通过注册和移除观察者、设置新闻内容来触发通知。测试代码验证了观察者模式的动态注册、通知和移除功能，展示了主题与观察者的解耦以及状态更新的正确性。
优点与缺点
优点：
- 松耦合：主题和观察者解耦，观察者可动态添加或移除。
- 支持广播：一个主题状态变化可通知多个观察者，适合一对多通信。
- 符合开闭原则：易于扩展新的观察者，无需修改主题代码。
- 动态管理：观察者可在运行时注册或取消注册，灵活性高。
- 事件驱动：适合事件驱动系统，如 GUI 事件处理或消息通知。
缺点：
- 内存泄漏风险：未移除的观察者可能导致内存泄漏。
- 通知开销：大量观察者可能导致通知性能下降。
- 复杂性增加：需要维护观察者列表，增加设计和维护成本。
- 通知顺序不定：观察者通知顺序不可控，可能影响某些场景。
- 线程安全问题：并发环境中需确保观察者列表和通知的线程安全。
适用场景
观察者模式适用于以下场景：
- 状态变化通知：一个对象状态变化需通知多个相关对象，如 UI 组件更新。
- 事件驱动系统：需要响应事件或触发回调，如按钮点击、传感器数据更新。
- 消息广播：需要将消息广播给多个订阅者，如新闻发布或消息队列。
- 解耦模块：模块间需松耦合通信，如 MVC 架构中的视图和模型。
- 实时更新：需要实时同步状态，如股票价格监控或聊天应用。
注意事项
- Go 设计哲学：Go 强调简单性和性能，观察者模式适合事件驱动场景，但应避免过度复杂的设计。
- 线程安全：在并发环境中，
NewsAgency的观察者列表需加锁（如sync.RWMutex）以确保线程安全。 - 内存管理：及时移除不再需要的观察者，避免内存泄漏。
- 通知优化：若观察者数量多，可考虑异步通知或批量更新以提高性能。
- 与发布-订阅模式区分：观察者模式中主题直接管理观察者，而发布-订阅模式通常通过中间件（如消息代理）解耦。