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= 观察者模式 =

观察者模式（'''Observer Pattern'''）是一种行为设计模式，用于定义对象之间的一对多依赖关系，使得当一个对象（'''Subject'''，主题）的状态发生改变时，所有依赖它的对象（'''Observer'''，观察者）都会自动收到通知并更新。该模式广泛应用于事件驱动系统、GUI 框架和发布-订阅模型中。

== 核心概念 ==
观察者模式包含以下主要角色：
* '''Subject（主题）'''：维护一个观察者列表，提供注册（attach）和注销（detach）观察者的方法，并在状态变化时通知观察者。
* '''Observer（观察者）'''：定义一个更新接口，供主题在状态变化时调用。
* '''ConcreteSubject（具体主题）'''：实现主题的具体逻辑，存储状态并在状态变化时通知观察者。
* '''ConcreteObserver（具体观察者）'''：实现观察者的更新逻辑，以响应主题的状态变化。

== 结构图 ==
以下为观察者模式的 UML 类图：
<mermaid>
classDiagram
    class Subject {
        +attach(Observer o)
        +detach(Observer o)
        +notify()
    }
    class Observer {
        <<interface>>
        +update()
    }
    class ConcreteSubject {
        -state
        +getState()
        +setState()
    }
    class ConcreteObserver {
        -subject
        +update()
    }
    Subject <|-- ConcreteSubject
    Observer <|-- ConcreteObserver
    Subject "1" *-- "0..*" Observer
    ConcreteObserver --> ConcreteSubject
</mermaid>

== 代码示例 ==
以下是一个简单的 Python 实现示例，展示观察者模式的基本结构：

<syntaxhighlight lang="python">
from abc import ABC, abstractmethod

# 观察者接口
class Observer(ABC):
    @abstractmethod
    def update(self, subject):
        pass

# 主题基类
class Subject:
    def __init__(self):
        self._observers = []

    def attach(self, observer):
        if observer not in self._observers:
            self._observers.append(observer)

    def detach(self, observer):
        self._observers.remove(observer)

    def notify(self):
        for observer in self._observers:
            observer.update(self)

# 具体主题：温度传感器
class TemperatureSensor(Subject):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self._temperature = 0

    @property
    def temperature(self):
        return self._temperature

    @temperature.setter
    def temperature(self, value):
        self._temperature = value
        self.notify()  # 温度变化时通知观察者

# 具体观察者：显示屏
class Display(Observer):
    def update(self, subject):
        print(f"温度更新：{subject.temperature}°C")

# 使用示例
sensor = TemperatureSensor()
display = Display()
sensor.attach(display)

sensor.temperature = 25  # 输出：温度更新：25°C
sensor.temperature = 30  # 输出：温度更新：30°C
</syntaxhighlight>

'''输出：'''
<pre>
温度更新：25°C
温度更新：30°C
</pre>

== 实际应用场景 ==
观察者模式在以下场景中非常有用：
* '''GUI 事件处理'''：如按钮点击事件通知多个监听器。
* '''发布-订阅系统'''：如消息队列、新闻推送。
* '''数据监控'''：如传感器数据变化时更新多个显示组件。
* '''MVC 架构'''：模型（Model）变化时自动更新视图（View）。

=== 案例：股票价格通知 ===
假设有一个股票交易系统，当某只股票价格变化时，所有订阅该股票的投资者都会收到通知。

<syntaxhighlight lang="python">
class Stock(Subject):
    def __init__(self, symbol, price):
        super().__init__()
        self.symbol = symbol
        self._price = price

    @property
    def price(self):
        return self._price

    @price.setter
    def price(self, value):
        self._price = value
        self.notify()

class Investor(Observer):
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def update(self, subject):
        print(f"{self.name} 收到通知：{subject.symbol} 最新价格 {subject.price}")

# 使用示例
apple = Stock("AAPL", 150)
investor1 = Investor("张三")
investor2 = Investor("李四")

apple.attach(investor1)
apple.attach(investor2)

apple.price = 155  # 价格变化，通知所有投资者
</syntaxhighlight>

'''输出：'''
<pre>
张三 收到通知：AAPL 最新价格 155
李四 收到通知：AAPL 最新价格 155
</pre>

== 优缺点 ==
'''优点：'''
* 松耦合：主题和观察者之间依赖最小化。
* 动态订阅：观察者可随时注册或注销。
* 广播通信：主题可一次性通知多个观察者。

'''缺点：'''
* 通知顺序不确定：观察者更新顺序可能影响系统行为。
* 性能问题：大量观察者可能导致通知延迟。

== 数学表示 ==
观察者模式可以形式化表示为：
<math>
\begin{cases}
\text{Subject} = (O, S) \\
\text{Observer}_i.\text{update}() \quad \forall i \in O \quad \text{当} \quad S \text{变化}
\end{cases}
</math>
其中：
* <math>O</math> 是观察者集合，
* <math>S</math> 是主题状态。

== 总结 ==
观察者模式是一种强大的设计模式，适用于需要解耦事件源和事件处理逻辑的场景。通过合理使用该模式，可以构建灵活、可扩展的事件驱动系统。

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