在複雜的軟體系統中，我們經常會遇到一種場景：當一個對象的狀態改變時，需要通知其他對象，使它們做出對應的反應。如果直接在這些物件之間建立依賴關係，會導致系統的耦合度大幅增加，程式碼也變得難以維護。觀察者模式（Observer Pattern）透過發布-訂閱的方式，幫助我們優雅地解決這個問題。本文將深入介紹觀察者模式的概念、與其他相似模式的差異、解決的問題、Golang中的實現以及在實際開發中的應用和注意事項。
什麼是觀察者模式（Observer Pattern）？
觀察者模式是一種行為型設計模式，定義了一種一對多的依賴關係。當一個物件的狀態發生變化時，它會通知所有依賴它的物件（觀察者），從而使它們能夠自動更新。這種模式廣泛應用於事件驅動的系統中，例如GUI事件處理、訊息廣播、資料變更通知等。
觀察者模式的組成部分
- 主題（Subject）：被觀察的對象，負責維護和通知所有的觀察者。
- 觀察者（Observer）：監聽主題狀態變化的對象，當主題更新時會收到通知。
- 具體主題（Concrete Subject）：實現了主題介面的具體類，管理其觀察者並在狀態變化時通知它們。
- 具體觀察者（Concrete Observer）：實現了觀察者介面的具體類，響應主題的狀態變化。
觀察者模式與其他相似模式的區別
1. 中介者模式（Mediator Pattern）
- 目標：中介者模式透過中介者物件管理多個物件之間的通信，減少物件之間的直接依賴。
- 差別：中介者模式適用於複雜的多物件通信，而觀察者模式則專注於事件訂閱和通知。
中介者模式具體可參考：深入解析Go設計模式之中介者模式（Mediator Pattern）在Golang中的實現與應用
2. 發布-訂閱模式（Publish-Subscribe Pattern）
- 目標：發布-訂閱模式是觀察者模式的進化版，透過訊息代理解耦發布者和訂閱者。
- 差別：在發布-訂閱模式中，發布者和訂閱者之間沒有直接關係，而觀察者模式中的觀察者直接依賴主題。
3. 事件監聽器模式（Event Listener Pattern）
- 目標：事件監聽器模式通常用於GUI應用，用於捕捉使用者的事件（如滑鼠點擊、按鍵）。
- 差別：事件監聽器是一種特殊的觀察者模式，專注於UI事件的處理。
觀察者模式解決了什麼問題？
- 減少物件之間的耦合：觀察者模式讓物件之間的依賴變得鬆散，主題只需要維護一個觀察者列表，而不需要知道具體的觀察者實現。
- 實現多物件的聯動更新：當主題狀態改變時，所有觀察者都會自動收到通知並更新狀態，實現物件之間的連動。
- 提高系統的可擴展性：新的觀察者可以隨時註冊到主題中，而不會影響現有的程式碼。
觀察者模式的應用場景
- 事件驅動系統：如GUI應用程式中的按鈕點擊事件、表單提交事件。
- 訊息推播系統：如股票價格變動時，通知訂閱的用戶。
- 資料綁定：在前端開發中，資料變更時會自動更新UI。
- 日誌系統：多個日誌模組可以監聽系統的狀態變化並記錄日誌。
Golang中的觀察者模式實現
下面我們透過一個具體的Golang範例，展示如何使用觀察者模式來實現一個簡單的股票價格監控系統。
例：股票價格監控系統
1. 定義觀察者接口
package main
// Observer 介面：所有觀察者都需要實作的介面
type Observer interface {
Update(stockPrice float64)
}2. 實現具體觀察者
package main
import "fmt"
// Investor 結構體：具體觀察者
type Investor struct {
name string
}
func (i *Investor) Update(stockPrice float64) {
fmt.Printf("Investor %s notified. New stock price: %.2f\n ", i.name, stockPrice)
}3. 定義主題介面
// Subject 介面：定義新增、移除和通知觀察者的方法
type Subject interface {
Register(observer Observer)
Deregister(observer Observer)
NotifyAll()
}4. 實現具體主題
import "fmt"
// Stock 結構體：具體主題
type Stock struct {
observers []Observer
stockPrice float64
}
// Register 新增觀察者
func (s *Stock) Register(observer Observer) {
s.observers = append(s.observers, observer)
}
// Deregister 移除觀察者
func (s *Stock) Deregister(observer Observer) {
for i, obs := range s.observers {
if obs == observer {
s.observers = append(s.observers[:i], s.observers[i+1:]...) break
}
}
}
// NotifyAll 通知所有觀察者
func (s *Stock) NotifyAll() {
for _, observer := range s.observers {
observer.Update(s .stockPrice)
}
}
// UpdatePrice 更新股票價格並通知觀察者
func (s *Stock) UpdatePrice(price float64) {
fmt.Printf("Stock price updated to: %.2f\n", price)
s.stockPrice = price
s.NotifyAll()
}5. 使用觀察者模式的範例程式碼
func main() {
// 建立特定主題
stock := &Stock{}
// 建立觀察者
investor1 := &Investor{name: "Alice"}
investor2 := &Investor{name: "Bob"}
// 註冊觀察者
stock.Register(investor1)
stock.Register(investor2)
// 更新股票價格，並通知觀察者
stock.UpdatePrice(100.50)
stock.UpdatePrice(102.75)
// 移除觀察者
stock.Deregister(investor1)
// 再次更新價格，並通知剩餘的觀察者
stock.UpdatePrice(98.00)
}輸出
Stock price updated to: 100.50
Investor Alice notified. New stock price: 100.50
Investor Bob notified. New stock price: 100.50
Stock price updated to: 102.75
Investor Alice notified. New stock price: 102.75
Investor Bob notified. New stock price: 102.75
Stock price updated to: 98.00
Investor Bob notified. New stock price: 98.00程式碼解析
- Observer 介面：定義了所有觀察者的通用接口
Update。 - Investor 結構體：實現了
Observer接口，表示具體的投資者。 - Subject 介面：定義了註冊、移除和通知觀察者的方法。
- Stock 結構體：實現了
Subject接口，表示具體的股票價格監控系統。 - main 函數：示範如何使用觀察者模式，在股票價格更新時通知所有投資者。
實際開發中的應用
- 事件驅動的UI框架：按鈕點選、輸入框變更等事件會通知所有註冊的監聽器回應。
- 即時數據推播系統：如股票市場、天氣預報等系統，會即時推播資料給所有訂閱者。
- 日誌系統：日誌系統中的不同模組可以監聽系統事件並記錄日誌。
- 通知系統：用戶訂閱了某些事件後，當事件觸發時，會收到即時通知。
使用觀察者模式的注意事項
- 觀察者數量：當觀察者數量較多時，通知所有觀察者可能會帶來效能問題。
- 通知頻率：頻繁的狀態更新可能導致過多的通知，影響系統效能。可以使用大量更新或事件過濾來優化。
- 避免循環依賴：需要小心避免觀察者和主題之間的循環調用，以防止程式陷入死循環。
觀察者模式與中介者模式的對比
| 特性 | 觀察者模式 | 中介者模式 |
|---|---|---|
| 通訊方式 | 一對多 | 多對多，透過中介者協調 |
| 適用場景 | 事件通知系統 | 多模組之間的複雜交互 |
| 耦合性 | 觀察者與主題之間有依賴關係 | 中介者模式降低了模組間的耦合 |
| 實現複雜度 | 較低 | 可能導致中介者過於複雜 |
總結
觀察者模式是一種非常實用的設計模式，特別適合用於事件驅動的系統。透過將狀態變化和事件通知解耦，觀察者模式提高
了系統的可擴展性和可維護性。在Golang中，觀察者模式的實現非常簡潔，透過介面和結構體的組合即可完成。在實際開發中，觀察者模式廣泛應用於UI框架、資料推送系統和日誌系統等情境。
參考連結
希望透過這篇文章，你能深入理解觀察者模式在Golang中的實現與應用。如果你在專案中需要實現事件通知和狀態同步，不妨嘗試使用觀察者模式來簡化設計。