觀察者 (Observer) 模式

• 定義
  觀察者設計模式是一個非常受歡迎的行為型模式，它允許物件間建立一對多的依賴關係。當一個物件的狀態改變時，所有依賴於它的物件都會收到通知。

• 關鍵字

  • 幫助物件掌握現況
  • 當感興趣的事發生、立刻知道
  • 一對多關係
  • 鬆耦合

範例 (與書本內的無關)

以下，我們將透過 Solid State Drive (SSD) 和 Driver 的例子，來解釋觀察者模式

1.1 Subject

• 保持所有觀察者的列表。
• 提供方法來增加、移除和通知觀察者。

class Observer;

class Subject {
public:
    void addObserver(Observer* obs) {
        observers.push_back(obs);
    }

    void removeObserver(Observer* obs) {
        observers.erase(std::remove(observers.begin(), observers.end(), obs), observers.end());
    }

protected:
    void notify() {
        for (Observer* obs : observers) {
            obs->update();
        }
    }

private:
    vector<Observer*> observers;
};

1.2 Observer

• 提供更新介面，以便在主題的狀態更改時進行同步。

class Observer {
public:
    virtual void update() = 0;
};

2.1 Concrete Subject

• 當 SSD 接收到新數據或命令時，通知所有掛鉤的驅動程式和 I/O 裝置

class SSD : public Subject {
public:
    void receiveData(std::string data) {
        this->data = data;
        notify();
    }

    std::string getData() const {
        return data;
    }

private:
    std::string data;
};

2.2 Concrete Observer

• Kernel I/O Device: 當 SSD 有新數據，它更新其緩存
• Driver: 會針對 SSD 的新數據進行操作或處理

class KernelIODevice : public Observer {
public:
    KernelIODevice(SSD* drive) : drive(drive) {}

    void update() override {
        std::cout << "Kernel I/O Device updated with data: " << drive->getData() << std::endl;
    }

private:
    SSD* drive;
};

class Driver : public Observer {
public:
    Driver(SSD* drive) : drive(drive) {}

    void update() override {
        std::cout << "Driver processed the data: " << drive->getData() << std::endl;
    }

private:
    SSD* drive;
};

說明

• 當 SSD 接收到新數據時，KernelIODevice, Driver 會自動獲得通知

int main() {
    SSD mySSD;
    KernelIODevice ioDevice(&mySSD);
    Driver ssdDriver(&mySSD);

    mySSD.addObserver(&ioDevice);
    mySSD.addObserver(&ssdDriver);

    mySSD.receiveData("Operating System Boot Sequence");

    return 0;
}

Output

Kernel I/O Device updated with data: Operating System Boot Sequence
Driver processed the data: Operating System Boot Sequence

小結

• 透過觀察者模式，物件間的通信變得既簡單又靈活。在我們的 SSD 和 Kernel I/O Device, Driver 的例子中，當 SSD 的狀態變更，相關的元件可以迅速地獲得通知和反應
• 這種模式適用於任何需要跨多個物件同步的情境

發布者 + 訂閱者 = 觀察者模式

註: GoF 書中提到的 Pub-Sub 與我們現代軟體開發使用的 Pub-Sub 還是有些不同，不可完全視作等號!

發布者 (Publisher):

• 也稱為 Subject。它是資訊的源頭，當其內部狀態改變時，它會通知所有的訂閱者
  • 負責管理和追踪所有的訂閱者。
  • 提供接口，使得訂閱者可以訂閱或取消訂閱。

訂閱者 (Subscriber):

• 也稱為觀察者 (Observer)。它對一個或多個發布者有興趣，並希望被通知當這些發布者的狀態變化時
• 通常提供一個回調或更新函數，該函數將在相應的發布者變更時被調用
• 在真實生活中，考慮一家雜誌出版社：當有新的雜誌版本發布時，所有的訂閱者都會收到新的雜誌。在這裡，出版社是發布者，而那些訂閱雜誌的人是訂閱者
• 將此轉移到軟體領域：當一個物件（發布者/主題）的狀態變更時，它會通知所有註冊的物件（訂閱者/觀察者）
• 這種模式允許系統的這些部分保持解耦，使得發布者可以獨立於其訂閱者而操作，且無需知道訂閱者的具體實現。這也意味著在系統運行時，可以動態地添加或移除訂閱者，使得系統具有高度的靈活性和可擴展性。

回到我們的 SSD 和 Kernel I/O Device, Driver 的例子，SSD 可以被視為發布者，而 Kernel I/O Device 和 Driver 是訂閱者。當 SSD 接收到新數據或命令時（即狀態改變），它會通知所有的訂閱者，這些訂閱者隨後可以執行各自的操作，如更新緩存或處理數據

Reference

[1]. https://notfalse.net/11/pub-sub-pattern
[2]. https://www.agilecaterpillar.com/blog/observer/