一看就懂【來自英雄聯盟蓋倫的怒吼】與 Python 詳解設計模式（二）觀察者模式

“

閱讀本文大概需要 8 分鐘。

”

觀察者模式概述

觀察者模式（有時又被稱爲模型-視圖（View）模式、源-收聽者(Listener)模式或從屬者模式）是軟件設計模式的一種。在此種模式中，一個目標物件管理所有相依於它的觀察者物件，並且在它本身的狀態改變時主動發出通知。這通常透過呼叫各觀察者所提供的方法來實現。此種模式通常被用來實現事件處理系統。

基本介紹

觀察者模式（Observer）完美的將觀察者和被觀察的對象分離開。舉個例子，用戶界面可以作爲一個觀察者，業務數據是被觀察者，用戶界面觀察業務數據的變化，發現數據變化後，就顯示在界面上。面向對象設計的一個原則是：系統中的每個類將重點放在某一個功能上，而不是其他方面。一個對象只做一件事情，並且將他做好。觀察者模式在模塊之間劃定了清晰的界限，提高了應用程序的可維護性和重用性。

觀察者設計模式定義了對象間的一種一對多的組合關係，以便一個對象的狀態發生變化時，所有依賴於它的對象都得到通知並自動刷新。

實現方式

觀察者模式有很多實現方式，從根本上說，該模式必須包含兩個角色：觀察者和被觀察對象。在剛纔的例子中，業務數據是被觀察對象，用戶界面是觀察者。觀察者和被觀察者之間存在“觀察”的邏輯關聯，當被觀察者發生改變的時候，觀察者就會觀察到這樣的變化，並且做出相應的響應。

如果在用戶界面、業務數據之間使用這樣的觀察過程，可以確保界面和數據之間劃清界限，假定應用程序的需求發生變化，需要修改界面的表現，只需要重新構建一個用戶界面，業務數據不需要發生變化。

觀察

實現觀察者模式的時候要注意，觀察者和被觀察對象之間的互動關係不能體現成類之間的直接調用，否則就將使觀察者和被觀察對象之間緊密的耦合起來，從根本上違反面向對象的設計的原則。無論是觀察者“觀察”觀察對象，還是被觀察者將自己的改變“通知”觀察者，都不應該直接調用。

觀察者模式 UML 圖

上面的文字太多了，我們直接看圖吧

從圖上可以看到，觀察者模式主要有 3 個角色：

• 主題，主題類中有許多的方法，比如 register() 和 deregister() 等，觀察者 Observer 可以通過這些方法註冊到主題中或從主題註銷。一個主題可以對應多個觀察者，你可以將它理解爲一條消息。
• 觀察者，它爲關注主題的對象定義了一個 notify() 接口，以便在主題發生變化時能夠獲得相應的通知。你可以將它理解爲消息推送功能。
• 具體觀察者，它是先了觀察者的接口以保持其狀態與主題中的變化一致，你可以將它理解爲每個英雄，比如德邦總管趙信、德瑪西亞皇子嘉文四世、放逐之刃銳雯等，當然了還有迅捷斥候提莫。

這個流程並不複雜，具體觀察者（比如嘉文四世、銳雯）通過觀察者提供的接口向主題註冊自己，每當主題狀態發生變化時，該主題都會使用觀察者（消息推送功能）提供的通知方式來告知所有的具體觀察者（趙信、嘉文、提莫、銳雯）發生了什麼。

爲什麼選擇英雄聯盟？

因爲大家對英雄聯盟都熟悉啊，而且這不是 IG 爲 LPL 賽區奪得第一個 S 賽冠軍了嘛，我正好蹭一波熱度。

我可以選擇其它遊戲麼？

可以，只要你能夠在你熟悉的領域找到合適的案例來理解，哪怕你用坦克大戰來做例子都是可以的。

英雄聯盟的通知是什麼樣的？

你最熟悉的聲音莫過於以下幾句了：

• 歡迎來到英雄聯盟
• 敵軍還有30秒到達戰場，碾碎他們
• 全軍出擊
• First blood
• Ace 英雄聯盟的消息會在觸發事件（比如時間或者某個行爲）的時候給部分召喚師或者全部召喚師推送消息。

消息通知的過程

熟悉的臺詞都可以背得出來了，可你知道這些消息從產生到推給每個召喚師的過程是怎麼樣的麼？

那我們來整理一下順序吧：

• 事件觸發
• 產生消息
• 將消息放到隊列
• 其他召喚師監聽隊列
• 隊列變化則收到消息

消息通知的過程

思考：這個過程並不複雜，如果根據上方的流程圖和順序，你可以寫出消息推送的代碼嗎？

蓋倫的特點是什麼

蓋倫是英雄聯盟中最有特點也最令人映像深刻的角色，一提到他，我們想到的必定是他那超大號的大寶劍和開大招時候那一聲 『德瑪西亞』的怒吼。

慢着，德瑪西亞？

德瑪西亞的是如何傳到各位召喚師耳朵裏的呢？

上面瞭解了觀察者模式的基本，我們心裏對代碼就會有一個大概的輪廓。比如編寫一個消息通知的類、一個消息隊列、一個觀察者和10個具體觀察者（英雄聯盟每局10個玩家）。

消息如何傳播呢？

消息隊列有了，那麼如何在觸發事件（蓋倫開大招）的時候將那一聲『德瑪西亞』傳達到廣大英雄(召喚師)的耳朵裏呢？

你又如何確定該傳到誰那裏，但是又要注意排除那些離得遠的英雄。

最重要的消息類

首先我們新建一個消息類，這個消息類中需要提供一個供英雄使用的接口，能夠讓觀察者來註冊和註銷，並且維護一個訂閱者隊列以及最後一條消息：

class NewsPublisher(object):
    """ 消息主題類 """

    def __init__(self):
        self.__subscribers = []
        self.__latest_news = None

    def register(self, subcriber):
        """ 觀察者註冊 """
        self.__subscribers.append(subcriber)

    def detach(self):
        """ 觀察者註銷 """
        return self.__subscribers.pop()

接着還需要什麼呢？隊列有了，那訂閱者列表和負責消息通知的方法還沒有，而且消息創建和最新消息的接口也需要編寫，那麼就將消息類改爲：

class NewsPublisher(object):
    """ 消息主題類 """

    def __init__(self):
        self.__subscribers = []
        self.__latest_news = None

    def register(self, subcriber):
        """ 觀察者註冊 """
        self.__subscribers.append(subcriber)

    def detach(self):
        """ 觀察者註銷 """
        return self.__subscribers.pop()

    def subscribers(self):
        """ 訂閱者列表 """
        return [type(x).__name__ for x in self.__subscribers]

    def notify_subscribers(self):
        """ 遍歷列表，通知訂閱者 """
        for sub in self.__subscribers:
            sub.update()

    def add_news(self, news):
        """ 新增消息 """
        self.__latest_news = news

    def get_news(self):
        """ 獲取新消息 """
        return "收到新消息:", self.__latest_news

觀察者接口

然後就要考慮觀察者接口了，觀察者接口是應該是一個抽象基類，具體觀察者（英雄）繼承觀察者。觀察者接口需要有一個監聽方法，只要有新消息發出，那麼所有符合條件的具體觀察者就可以收到相應的消息：

from abc import ABCMeta, abstractmethod

class Subscriber(metaclass=ABCMeta):
    """ 觀察者接口 """
    @ abstractmethod
    def update(self):
        pass

英雄登場

終於到了英雄們盛大登場的時候，所有的英雄的身份在這裏都是具體觀察者。每個英雄的 init() 方法都通過 register() 方法向消息類進行註冊的，你可以理解爲在開局畫面的時候，就是完成各個英雄之間的類的註冊。

英雄也要有一個 update() 方法，以便消息類可以向英雄推送消息：

class Garen(object):
    """ 蓋倫 """
    def __init__(self, publisher):
        self.publisher = publisher
        self.publisher.register(self)

    def update(self):
        print(type(self).__name__, self.publisher.get_news())


class JarvanIV(object):
    """ 嘉文四世 """

    def __init__(self, publisher):
        self.publisher = publisher
        self.publisher.register(self)

    def update(self):
        print(type(self).__name__, self.publisher.get_news())


class Riven (object):
    """ 銳雯 """

    def __init__(self, publisher):
        self.publisher = publisher
        self.publisher.register(self)

    def update(self):
        print(type(self).__name__, self.publisher.get_news())


class Quinn(object):
    """ 德瑪西亞之翼 """

    def __init__(self, publisher):
        self.publisher = publisher
        self.publisher.register(self)

    def update(self):
        print(type(self).__name__, self.publisher.get_news())


class XinZhao (object):
    """ 德邦總管 """

    def __init__(self, publisher):
        self.publisher = publisher
        self.publisher.register(self)

    def update(self):
        print(type(self).__name__, self.publisher.get_news())


class AurelionSol(object):
    """ 鑄星龍王 """

    def __init__(self, publisher):
        self.publisher = publisher
        self.publisher.register(self)

    def update(self):
        print(type(self).__name__, self.publisher.get_news())


class Aatrox(object):
    """ 暗裔劍魔 """

    def __init__(self, publisher):
        self.publisher = publisher
        self.publisher.register(self)

    def update(self):
        print(type(self).__name__, self.publisher.get_news())


class Ryze(object):
    """ 流浪法師 """

    def __init__(self, publisher):
        self.publisher = publisher
        self.publisher.register(self)

    def update(self):
        print(type(self).__name__, self.publisher.get_news())


class Teemo(object):
    """ 迅捷斥候 """

    def __init__(self, publisher):
        self.publisher = publisher
        self.publisher.register(self)

    def update(self):
        print(type(self).__name__, self.publisher.get_news())


class Malzahar (object):
    """ 瑪爾扎哈 """

    def __init__(self, publisher):
        self.publisher = publisher
        self.publisher.register(self)

    def update(self):
        print(type(self).__name__, self.publisher.get_news())

召喚師峽谷現在站着十位英雄，意味着遊戲現在開始了。

德瑪西亞！

遊戲很快就進行了幾分鐘，現在蓋倫升到 6 級了，並升級了 R 技能。蓋倫面對上路對線的暗裔劍魔，放出了 Q W E 技能，看見殘血的劍魔，蓋倫放出了 R 技能。

誰能聽到這一聲 德瑪西亞 ？

玩過的都知道，屏幕視野必須跟說話的英雄在同一屏幕才能聽到聲音。那麼現在我們就爲每個英雄都設置一個臨是的座標，並假設在座標值 200 碼內屬於同一個屏幕：

if __name__ == "__main__":
    news_publisher = NewsPublisher()  # 實例化消息類
    garen_position = (566, 300)  # 設定蓋倫當前位置
    # 各個英雄當前位置
    role_position = [(JarvanIV, 220, 60), (Riven, 56, 235), (Ryze, 1090, 990),
                     (XinZhao, 0, 0), (Teemo, 500, 500), (Malzahar, 69, 200),
                     (Aatrox, 460, 371), (AurelionSol, 908, 2098), (Quinn, 1886, 709)]
def valid_position(role_a: int, role_b: int):
    # 同屏幕範圍確認
    if abs(role_a - role_b) < 200:
        return True
    return False

for sub in role_position:
    if valid_position(sub[1], garen_position[0]) or valid_position(sub[2], garen_position[1]):
        # 只發送給同屏幕的英雄
        sub[0](news_publisher)

改定義的都定義好了，座標和同屏幕英雄也區分出來了，如何發送新消息呢？

print("在同一個屏幕的英雄有：", news_publisher.subscribers())
news_publisher.add_news("德瑪西亞！")
news_publisher.notify_subscribers()

首先通過訂閱者列表確認同屏幕的英雄，通過消息類中的 add_news() 方法發出蓋倫的怒吼『德瑪西亞』，接着使用消息類中的 notify_subscribers() 方法通知訂閱者列表中所有英雄。

看看輸出結果是什麼：

在同一個屏幕的英雄有： ['Riven', 'Teemo', 'Aatrox']
Riven ('收到新消息:', '德瑪西亞！')
Teemo ('收到新消息:', '德瑪西亞！')
Aatrox ('收到新消息:', '德瑪西亞！')

就這樣，『德瑪西亞』的聲音傳到了暗裔劍魔、迅捷斥候和放逐之刃那裏。

再看一遍

如果第一遍看不懂，可以一邊看着 UML 圖一邊動手實踐一遍，就能夠徹底理解觀察者模式了。