【设计模式】689- TypeScript 设计模式之观察者模式
一、模式介绍
1. 背景介绍
在软件系统中经常碰到这类需求：当一个对象的状态发生改变，某些与它相关的对象也要随之做出相应的变化。这是建立一种「对象与对象之间的依赖关系」，一个对象发生改变时将「自动通知其他对象」，其他对象将「相应做出反应」。
我们将发生改变的对象称为「观察目标」，将被通知的对象称为「观察者」，「一个观察目标可以对应多个观察者」，而且这些观察者之间没有相互联系，之后可以根据需要增加和删除观察者，使得系统更易于扩展，这就是观察者模式的产生背景。
2. 概念介绍
观察者模式(Observer Pattern)：定义对象间的一种「一对多依赖关系」，使得每当一个对象状态发生改变时，其相关依赖对象皆得到通知并被自动更新。观察者模式是一种对象行为型模式。
3. 生活场景
在所有浏览器事件（鼠标悬停，按键等事件）都是观察者模式的例子。
另外还有：
如我们订阅微信公众号“前端自习课”（「观察目标」），当“前端自习课”群发图文消息后，所有公众号粉丝（「观察者」）都会接收到这篇文章（事件），这篇文章的内容是发布者自定义的（自定义事件），粉丝阅读后作出特定操作（如：点赞，收藏，关注等）。
二、模式特点
1. 模式组成
在观察者模式中，通常包含以下角色：
-
「目标：Subject」 -
「观察目标：ConcreteSubject」 -
「观察者：Observer」 -
「具体观察者：ConcreteObserver」
2. UML 类图
图片来源：《TypeScript 设计模式之观察者模式》
3. 优点
-
观察者模式可以实现 「表示层和数据逻辑层的分离」，并 「降低观察目标和观察者之间耦合度」； -
观察者模式支持 「简单广播通信」， 「自动通知」所有已经订阅过的对象； -
观察者模式 「符合“开闭原则”的要求」； -
观察目标和观察者之间的抽象耦合关系能够 「单独扩展以及重用」。
4. 缺点
-
当一个观察目标 「有多个直接或间接的观察者」时，通知所有观察者的过程将会花费很多时间； -
当观察目标和观察者之间存在 「循环依赖」时，观察目标会触发它们之间进行循环调用，可能 「导致系统崩溃」。 -
观察者模式缺少相应机制，让观察者知道所观察的目标对象是怎么发生变化的，而仅仅只是知道观察目标发生了变化。
三、使用场景
在以下情况下可以使用观察者模式：
-
在一个抽象模型中，一个对象的行为 「依赖于」另一个对象的状态。即当 「目标对象」的状态发生改变时，会直接影响到 「观察者」的行为； -
一个对象需要通知其他对象发生反应，但不知道这些对象是谁； -
需要在系统中创建一个触发链，A对象的行为将影响B对象，B对象的行为将影响C对象……，可以使用观察者模式创建一种链式触发机制。
四、实战示例
1. 简单示例
-
定义 「观察目标接口」（Subject）和 「观察者接口」（Observer）
// ObserverPattern.ts
// 观察目标接口
interface Subject {
addObserver: (observer: Observer) => void;
deleteObserver: (observer: Observer) => void;
notifyObservers: () => void;
}
// 观察者接口
interface Observer {
notify: () => void;
}
-
定义 「具体观察目标类」（ConcreteSubject）
// ObserverPattern.ts
// 具体观察目标类
class ConcreteSubject implements Subject{
private observers: Observer[] = [];
// 添加观察者
public addObserver(observer: Observer): void {
console.log(observer, " is pushed~~");
this.observers.push(observer);
}
// 移除观察者
public deleteObserver(observer: Observer): void {
console.log(observer, " have deleted~~");
const idx: number = this.observers.indexOf(observer);
~idx && this.observers.splice(idx, 1);
}
// 通知观察者
public notifyObservers(): void {
console.log("notify all the observers ", this.observers);
this.observers.forEach(observer => {
// 调用 notify 方法时可以携带指定参数
observer.notify();
});
}
}
-
定义 「具体观察者类」（ConcreteObserver）
// ObserverPattern.ts
// 具体观
class ConcreteObserver implements Observer{
constructor(private name: string) {}
notify(): void {
// 可以处理其他逻辑
console.log(`${this.name} has been notified.`);
}
}
-
测试代码
// ObserverPattern.ts
function useObserver(): void {
const subject: Subject = new ConcreteSubject();
const Leo = new ConcreteObserver("Leo");
const Robin = new ConcreteObserver("Robin");
const Pual = new ConcreteObserver("Pual");
const Lisa = new ConcreteObserver("Lisa");
subject.addObserver(Leo);
subject.addObserver(Robin);
subject.addObserver(Pual);
subject.addObserver(Lisa);
subject.notifyObservers();
subject.deleteObserver(Pual);
subject.deleteObserver(Lisa);
subject.notifyObservers();
}
useObserver();
完整演示代码如下：
// ObserverPattern.ts
interface Subject {
addObserver: (observer: Observer) => void;
deleteObserver: (observer: Observer) => void;
notifyObservers: () => void;
}
interface Observer {
notify: () => void;
}
class ConcreteSubject implements Subject{
private observers: Observer[] = [];
public addObserver(observer: Observer): void {
console.log(observer, " is pushed~~");
this.observers.push(observer);
}
public deleteObserver(observer: Observer): void {
console.log(observer, " have deleted~~");
const idx: number = this.observers.indexOf(observer);
~idx && this.observers.splice(idx, 1);
}
public notifyObservers(): void {
console.log("notify all the observers ", this.observers);
this.observers.forEach(observer => {
// 调用 notify 方法时可以携带指定参数
observer.notify();
});
}
}
class ConcreteObserver implements Observer{
constructor(private name: string) {}
notify(): void {
// 可以处理其他逻辑
console.log(`${this.name} has been notified.`);
}
}
function useObserver(): void {
const subject: Subject = new ConcreteSubject();
const Leo = new ConcreteObserver("Leo");
const Robin = new ConcreteObserver("Robin");
const Pual = new ConcreteObserver("Pual");
const Lisa = new ConcreteObserver("Lisa");
subject.addObserver(Leo);
subject.addObserver(Robin);
subject.addObserver(Pual);
subject.addObserver(Lisa);
subject.notifyObservers();
subject.deleteObserver(Pual);
subject.deleteObserver(Lisa);
subject.notifyObservers();
}
useObserver();
2. Vue.js 数据双向绑定实现原理
在 Vue.js 中，当我们修改数据状时，视图随之更新，这就是 Vue.js 的双向数据绑定（也称响应式原理），这是 Vue.js 中最独特的特性之一。如果你对 Vue.js 的双向数据绑定还不清楚，建议先阅读官方文档《深入响应式原理》章节。
2.1 原理介绍
在官网中提供这么一张流程图，介绍了 Vue.js 响应式系统的整个流程：
图片来自：Vue.js 官网《深入响应式原理》
在 Vue.js 中，每个组件实例都对应一个 watcher 实例，它会在组件渲染的过程中把“接触”（“Touch” 过程）过的数据 property 记录为依赖（Collect as Dependency 过程）。之后当依赖项的 setter 触发时，会通知 watcher（Notify 过程），从而使它关联的组件重新渲染（Trigger re-render 过程）——这是一个典型的观察者模式。
这道面试题考察面试者对 Vue.js 底层原理的理解、对观察者模式的实现能力以及一系列重要的JS知识点，具有较强的综合性和代表性。
2.2 组成部分
在 Vue.js 数据双向绑定的实现逻辑中，包含三个关键角色：
-
observer（监听器）：这里的 observer 不仅是订阅者（ 「需要监听数据变化」），同时还是发布者（ 「对监听的数据进行转发」）。 -
watcher（订阅者）：watcher对象是**真正的订阅者， **observer 把数据转发给 watcher 对象。watcher 接收到新的数据后，执行视图更新。 -
compile（编译器）：MVVM 框架特有的角色，负责对每个节点元素指令进行扫描和解析，处理指令的数据初始化、订阅者的创建等操作。
这三者的配合过程如图所示：
图片来自：掘金小册《JavaScript 设计模式核⼼原理与应⽤实践》
2.3 实现核心代码 observer
首先我们需要实现一个方法，这个方法会对需要监听的数据对象进行遍历、给它的属性加上定制的 getter 和 setter 函数。这样但凡这个对象的某个属性发生了改变，就会触发 setter 函数，进而通知到订阅者。这个 setter 函数，就是我们的监听器：
// observe方法遍历并包装对象属性
function observe(target) {
// 若target是一个对象，则遍历它
if(target && typeof target === 'object') {
Object.keys(target).forEach((key)=> {
// defineReactive方法会给目标属性装上“监听器”
defineReactive(target, key, target[key])
})
}
}
// 定义defineReactive方法
function defineReactive(target, key, val) {
// 属性值也可能是object类型，这种情况下需要调用observe进行递归遍历
observe(val)
// 为当前属性安装监听器
Object.defineProperty(target, key, {
// 可枚举
enumerable: true,
// 不可配置
configurable: false,
get: function () {
return val;
},
// 监听器函数
set: function (value) {
console.log(`${target}属性的${key}属性从${val}值变成了了${value}`)
val = value
}
});
}
下面实现订阅者 Dep：
// 定义订阅者类Dep
class Dep {
constructor() {
// 初始化订阅队列
this.subs = []
}
// 增加订阅者
addSub(sub) {
this.subs.push(sub)
}
// 通知订阅者（是不是所有的代码都似曾相识？）
notify() {
this.subs.forEach((sub)=>{
sub.update()
})
}
}
现在我们可以改写 defineReactive 中的 setter 方法，在监听器里去通知订阅者了：
function defineReactive(target, key, val) {
const dep = new Dep()
// 监听当前属性
observe(val)
Object.defineProperty(target, key, {
set: (value) => {
// 通知所有订阅者
dep.notify()
}
})
}
五、总结
观察者模式又称模型-视图模式、源-监听器模式或从属者模式。是一种「对象行为型模式」。其定义了一种「对象间的一对多依赖关系」，当观察目标发生状态变化，会通知所有观察者对象，使它们自动更新。
在实际业务中，如果一个对象的行为「依赖于」另一个对象的状态。或者说当「目标对象」的状态发生改变时，会直接影响到「观察者」的行为，尽量考虑到使用观察者模式来实现。
六、拓展
观察者模式和发布-订阅模式两者很像，但其实区别比较大。例如：
-
耦合度差异：观察者模式的耦合度就比发布-订阅模式要高； -
关注点不同：观察者模式需要知道彼此的存在，而发布-订阅模式则是通过调度中心来联系发布/订阅者。
下一篇文章见。
参考文章
1.《3. 观察者模式》
2.《TypeScript 设计模式之观察者模式》
3.《JavaScript 设计模式核⼼原理与应⽤实践》
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