摘要：在程序設(shè)計(jì)中，觀察者模式通常被定義為觀察者模式定義了對(duì)象之間的一對(duì)多依賴，這樣一來(lái)，當(dāng)一個(gè)對(duì)象改變狀態(tài)是，它的所有依賴者都會(huì)收到通知并自動(dòng)更新。事件扮演發(fā)布者的角色，監(jiān)聽(tīng)者則扮演觀察者的角色。

題目：現(xiàn)在你有一個(gè)數(shù)字，默認(rèn)格式化程序是以十進(jìn)制格式展示此數(shù)值，但需要提供一個(gè)功能，這個(gè)程序要支持添加/注冊(cè)更多的格式化程序（比如：添加一個(gè)十六進(jìn)制格式化程序和一個(gè)二進(jìn)制格式化程序）。每次數(shù)值更新時(shí)，已注冊(cè)的程序就會(huì)收到通知，并顯示更新后的值。

我們看下需求：

NumberFormatter 有一個(gè) number 屬性

當(dāng) number 值修改時(shí)，相關(guān)的格式化方式展示結(jié)果要改變

此系統(tǒng)必須可擴(kuò)展已適應(yīng)其他格式化方式的使用。

一個(gè)錯(cuò)誤的實(shí)現(xiàn)可能是這樣的：

class NumberFormatter(object):
    def __init__(self, number):
        self.number = number
        
    def show_data(self):
        self.default_formatter()
        self.hex_formatter()
        self.binary_formatter()
        
    def default_formatter(self):
        pass
        
    def hex_formatter(self):
        pass
        
    def binary_formatter(self):
        pass

我們可以這么使用：

number = NumberFormatter(10)
number.show_data()

但是這樣會(huì)有一個(gè)問(wèn)題：這種針對(duì)實(shí)現(xiàn)的編程會(huì)導(dǎo)致我們?cè)谠黾踊蛘邉h除需要格式化方式時(shí)必須修改代碼。比如我們現(xiàn)在不再需要十六進(jìn)制數(shù)字格式的顯示，就需要把 hex_formatter 相關(guān)的代碼刪除或者注釋掉。

要解決這個(gè)問(wèn)題，就可以用到我們這次要介紹的觀察者模式了。

我們先看看報(bào)紙和雜志的訂閱是怎么回事：

報(bào)社的業(yè)務(wù)就是出版報(bào)紙

向某家報(bào)社訂閱報(bào)紙，只要他們有新報(bào)紙，就會(huì)給你送來(lái)，只要你是他們的訂戶，你就會(huì)一直受到新報(bào)紙。

當(dāng)你不再想看的時(shí)候，取消訂閱，他們就不會(huì)在送新報(bào)紙給你

只要報(bào)社還在運(yùn)營(yíng)，就會(huì)一直有人向他們訂閱報(bào)紙或取消訂閱。

我們用圖表示一下，這里出版者 改稱為主題(Subject)，訂閱者改稱為觀察者(Observer)：

1. 開(kāi)始的時(shí)候，鴨子對(duì)象不是觀察者

2. 鴨子對(duì)象過(guò)來(lái)告訴主題，它想當(dāng)一個(gè)觀察者（鴨子其實(shí)想說(shuō)的是：我對(duì)你的數(shù)據(jù)改變感興趣，一有變化請(qǐng)通知我）

3. 鴨子對(duì)象已經(jīng)是觀察者了（鴨子靜候通知，一旦接到通知，就會(huì)得到一個(gè)整數(shù)）。

4. 主題有了新的數(shù)據(jù)（現(xiàn)在鴨子和其他所有觀察者都會(huì)受到通知：主題已經(jīng)改變）

5. 老鼠對(duì)象要求從觀察者中把自己除名（老鼠已經(jīng)觀察次主題太久，決定不再當(dāng)觀察者了）。

6. 老鼠離開(kāi)了（主題知道老鼠的請(qǐng)求后，把它從觀察者中移除了）。

7. 主題有了一個(gè)新的整數(shù)（除了老鼠之外，每個(gè)觀察者都會(huì)收到通知，如果老鼠又想當(dāng)觀察者了，它還可以再回來(lái)）

當(dāng)你試圖勾勒觀察者模式時(shí)，可以利用報(bào)紙訂閱服務(wù)，以及出版這和訂閱者比你這一切。在程序設(shè)計(jì)中，觀察者模式通常被定義為：

觀察者模式定義了對(duì)象之間的一對(duì)多依賴，這樣一來(lái)，當(dāng)一個(gè)對(duì)象改變狀態(tài)是，它的所有依賴者都會(huì)收到通知并自動(dòng)更新。

我們和之前的例子做個(gè)對(duì)比：

主題和觀察者定義了一對(duì)多的關(guān)系。觀察者依賴于此主題，只要主題狀態(tài)一有變化，觀察者就會(huì)被通知。根據(jù)通知的風(fēng)格，觀察者可能因此新值而更新。

現(xiàn)在你可能有疑問(wèn)，這和一對(duì)多的關(guān)系有何關(guān)聯(lián)？

利用觀察者模式，主題是具有狀態(tài)的對(duì)象，并且可以控制這些狀態(tài)。也就是說(shuō)，有一個(gè)具有狀態(tài)的主題。另一方面，觀察者使用這些狀態(tài)，雖然這些狀態(tài)不屬于他們。有許多觀察者，依賴主題告訴他們狀態(tài)何時(shí)改變了。這就產(chǎn)生了一個(gè)關(guān)系：一個(gè)主題對(duì)多個(gè)觀察者的關(guān)系。

觀察者和主題之間的依賴關(guān)系是如何產(chǎn)生的？

主題是真正擁有數(shù)據(jù)的人，觀察者是主題的依賴者，在數(shù)據(jù)變化時(shí)更新，這樣比起讓許多對(duì)象控制同一份數(shù)據(jù)來(lái)，可以得到更干凈的 OO 設(shè)計(jì)。

觀察者模式在實(shí)際應(yīng)用中有許多的案例，比如信息的聚合。無(wú)論格式為 RSS、Atom 還是其它，思想多事一樣的：你追隨某個(gè)信息源，當(dāng)它每次更新時(shí)，你都會(huì)收到關(guān)于更新的通知。
事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)可以使用觀察者模式的例子。在這種系統(tǒng)中，監(jiān)聽(tīng)者被用于監(jiān)聽(tīng)特定的事件。監(jiān)聽(tīng)者的事件被創(chuàng)建出來(lái)時(shí)就會(huì)觸發(fā)它們。這個(gè)事件可以使鍵入某個(gè)特定的鍵、移動(dòng)鼠標(biāo)或者其他。事件扮演發(fā)布者的角色，監(jiān)聽(tīng)者則扮演觀察者的角色。

現(xiàn)在，讓我們回到文章開(kāi)始的那個(gè)問(wèn)題。

這里我們可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)基類 Publisher，包括添加、刪除及通知觀察者這些公用功能。DefaultFormatter 類繼承自 Publisher，并添加格式化程序特定的功能。

Publisher 的代碼如下：

import itertools

"""
觀察者模式實(shí)現(xiàn)
"""

class Publisher:

    def __init__(self):
        self.observers = set()

    def add(self, observer, *observers):
        for observer in itertools.chain((observer, ), observers):
            self.observers.add(observer)
            observer.update(self)

    def remove(self, observer):
        try:
            self.observers.discard(observer)
        except ValueError:
            print("Failed to remove: {}".format(observer))

    def notify(self):
        [observer.update(self) for observer in self.observers]

現(xiàn)在，打算使用觀察者模式的模型或類都應(yīng)該繼承 Publisher 類。該類用 set 來(lái)保存觀察者對(duì)象。當(dāng)用戶向 Publisher 注冊(cè)新的觀察者對(duì)象時(shí)，觀察者的 update() 方法會(huì)執(zhí)行，這使得它能夠用模型當(dāng)前的狀態(tài)初始化自己。模型狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)該調(diào)用繼承而來(lái)的 notify() 方法，這樣的話，就會(huì)執(zhí)行每個(gè)觀察者對(duì)象的 update() 方法，以確保他們都能反映出模型的最新?tīng)顟B(tài)。

add() 方法的寫(xiě)法值得注意，這里是為了支持可以接受一個(gè)或多個(gè)觀察者對(duì)象。這里我們采用了itertools.chain() 方法，它可以接受任意數(shù)量的  iterable，并返回單個(gè)iterable。遍歷這個(gè) iterable，也就相當(dāng)于依次遍歷參數(shù)里的那些 iterable。

接下來(lái)是 DefaultFomatter 類。__init__() 做的第一件事就是調(diào)用基類的__init__() 方法，因?yàn)檫@在 Python 中沒(méi)法自動(dòng)完成。DefaultFormatter 實(shí)例有自己的名字，這樣便于我們跟蹤其狀態(tài)。對(duì)于_data 變量，我們使用了名稱改編來(lái)聲明不能直接訪問(wèn)該變量。DefaultFormatter 把_data 變量用作一個(gè)整數(shù)，默認(rèn)值為0。

class DefaultFormatter(Publisher):

    def __init__(self, name):
        Publisher.__init__(self)
        self.name = name
        self._data = 0

    def __str__(self):
        return "{}: "{}" has data = {}".format(type(self).__name__, self.name, self._data)

    @property
    def data(self):
        return self._data

    @data.setter
    def data(self, new_value):
        try:
            self._data = int(new_value)
        except ValueError as e:
            print("Error: {}".format(e))
        else:
            self.notify()

__str__() 方法返回關(guān)于發(fā)布者名稱和 _data 值的信息。type(self).__name 是一種獲取類名的方便技巧，避免硬編碼類名。（不過(guò)這會(huì)降低代碼的可讀性）

data() 方法有兩個(gè)，第一個(gè)使用了 @property 裝飾器來(lái)提供_data 變量的讀訪問(wèn)方式。這樣，我們就能使用 object.data 來(lái)代替 object._data。第二個(gè) data() 方法使用了@setter 裝飾器，改裝飾器會(huì)在每次使用賦值操作符(=)為_data 變量賦值時(shí)被調(diào)用。該方法也會(huì)嘗試把新值強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為一個(gè)整數(shù)，并在轉(zhuǎn)換失敗時(shí)處理異常。

接下來(lái)是添加觀察者。HexFormatter 和 BinaryFormatter 功能基本相似。唯一的不同在于如何格式化從發(fā)布者那獲取到的數(shù)據(jù)值，即十六進(jìn)制和二進(jìn)制格式化。

class HexFormatter:

    def update(self, publisher):
        print("{}: "{}" has now hex data= {}".format(type(self).__name__,
                                                     publisher.name, hex(publisher.data)))

class BinaryFormatter:

    def update(self, publisher):
        print("{}: "{}" has now bin data= {}".format(type(self).__name__,
                                                     publisher.name, bin(publisher.data)))

接下來(lái)我們添加一下測(cè)試數(shù)據(jù)，運(yùn)行代碼觀察一下結(jié)果：

def main():
    df = DefaultFormatter("test1")
    print(df)

    print()
    hf = HexFormatter()
    df.add(hf)
    df.data = 3
    print(df)

    print()
    bf = BinaryFormatter()
    df.add(bf)
    df.data = 21
    print(df)

    print()
    df.remove(hf)
    df.data = 40
    print(df)

    print()
    df.remove(hf)
    df.add(bf)

    df.data = "hello"
    print(df)

    print()
    df.data = 4.2
    print(df)


if __name__ == "__main__":
    main()

完整代碼參考：https://gist.github.com/gusibi/93a000c79f3d943dd58dcd39c4b547f1

運(yùn)行代碼：

python observer.py    
## output
DefaultFormatter: "test1" has data = 0

HexFormatter: "test1" has now hex data= 0x0
HexFormatter: "test1" has now hex data= 0x3
DefaultFormatter: "test1" has data = 3

BinaryFormatter: "test1" has now bin data= 0b11
BinaryFormatter: "test1" has now bin data= 0b10101
HexFormatter: "test1" has now hex data= 0x15
DefaultFormatter: "test1" has data = 21

BinaryFormatter: "test1" has now bin data= 0b101000
DefaultFormatter: "test1" has data = 40

BinaryFormatter: "test1" has now bin data= 0b101000
Error: invalid literal for int() with base 10: "hello"
DefaultFormatter: "test1" has data = 40

BinaryFormatter: "test1" has now bin data= 0b100
DefaultFormatter: "test1" has data = 4

在輸出中我們看到，添加額外的觀察者，就會(huì)出現(xiàn)更多的輸出；一個(gè)觀察者被刪除后就不再被通知到。

這一篇我們介紹了觀察者模式的原理以及 Python 代碼的實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中，觀察者模式廣泛的運(yùn)用于 GUI 編程，而且在仿真及服務(wù)器等其他時(shí)間處理架構(gòu)中也能用到，比如：數(shù)據(jù)庫(kù)觸發(fā)器、Django 的信號(hào)系統(tǒng)、Qt GUI 應(yīng)用程序框架的信號(hào)（signal）與槽（slot）機(jī)智以及WebSocket的許多用例。

The 10 Minute Guide to the Observer Pattern in Python

Observer

最后，感謝女朋友支持。