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概述
在軟件構建過程中，我們需要爲某些對象建立一種“通知依賴關係” ——一個對象（目標對象）的狀態發生改變，所有的依賴對象（觀察者對象）都將得到通知。如果這樣的依賴關係過於緊密，將使軟件不能很好地抵禦變化。使用面向對象技術，可以將這種依賴關係弱化，並形成一種穩定的依賴關係。從而實現軟件體系結構的鬆耦合。
意圖
定義對象間的一種一對多的依賴關係,當一個對象的狀態發生改變時, 所有依賴於它的對象都得到通知並被自動更新。[GOF 《設計模式》]
結構圖
圖1 Observer模式結構圖
生活中的例子
觀察者定義了對象間一對多的關係，當一個對象的狀態變化時，所有依賴它的對象都得到通知並且自動地更新。拍賣演示了這種模式。每個投標人都有一個標有數字的牌子用於出價。拍賣師開始拍賣時，他觀察是否有牌子舉起出價。每次接受一個新的出價都改變了拍賣的當前價格，並且廣播給所有的投標人進行新的出價。
圖2 使用拍賣例子的觀察者模式
Observer模式解說
下面通過一個例子來說明Observer模式。監控某一個公司的股票價格變化，可以有多種方式，通知的對象可以是投資者，或者是發送到移動設備，還有電子郵件等。一開始我們先不考慮Observer模式，通過一步步地重構，最終重構爲Observer模式。現在有這樣兩個類：Microsoft和Investor，如下圖所示：
圖3 UML靜態圖示例
它們的實現如下：
public class Microsoft
{
private Investor _investor; private String _symbol; private double _price; public void Update()
{ _investor.SendData(this);
} public Investor Investor { get { return _investor; } set { _investor = value; } } public String Symbol { get { return _symbol; } set { _symbol = value; } } public double Price { get { return _price; } set { _price = value; } }
}public class Investor{ private string _name; public Investor(string name) { this._name = name; } public void SendData(Microsoft ms) { Console.WriteLine("Notified {0} of {1}'s " + "change to {2:C}", _name, ms.Symbol,ms.Price); }}簡單的客戶端實現：
class Program{ static void Main(string[] args) { Investor investor = new Investor("Jom"); Microsoft ms = new Microsoft(); ms.Investor = investor; ms.Symbol = "Microsoft"; ms.Price = 120.00; ms.Update(); Console.ReadLine(); }}運行後結果如下：
Notified Jom of Microsoft's change to ￥120
可以看到，這段代碼運行並沒有問題，也確實實現了我們最初的設想的功能，把Microsoft的股票價格變化通知到了Jom投資者那兒。但是這裏面出現瞭如下幾個問題：
1．Microsoft和Investor之間形成了一種雙向的依賴關係，即Microsoft調用了Investor的方法，而Investor調用了Microsoft類的屬性。如果有其中一個類變化，有可能會引起另一個的變化。
2．當出現一種的通知對象，比如說是移動設備Mobile：
public class Mobile{ private string _no; public Mobile(string No) { this._no = No; } public void SendData(Microsoft ms) { Console.WriteLine("Notified {0} of {1}'s " + "change to {2:C}", _no, ms.Symbol, ms.Price); }}這時候對應的Microsoft的類就應該改變爲如下代碼，在Microsot類中增加Mobile，同時修改Update()方法使其可以通知到移動設備：
public class Microsoft{ private Investor _investor; private Mobile _mobile; private String _symbol; private double _price; public void Update() { _investor.SendData(this); _mobile.SendData(this); } public Mobile Mobile { get { return _mobile; } set { _mobile = value; } } public Investor Investor { get { return _investor; } set { _investor = value; } } public String Symbol { get { return _symbol; } set { _symbol = value; } } public double Price { get { return _price; } set { _price = value; } }}顯然這樣的設計極大的違背了“開放-封閉”原則，這不是我們所想要的，僅僅是新增加了一種通知對象，就需要對原有的Microsoft類進行修改，這樣的設計是很糟糕的。對此做進一步的抽象，既然出現了多個通知對象，我們就爲這些對象之間抽象出一個接口，用它來取消Microsoft和具體的通知對象之間依賴。
圖4 靜態UML圖示例
實現代碼如下：
public interface IObserver{ void SendData(Microsoft ms);} public class Investor : IObserver{ private string _name; public Investor(string name) { this._name = name; } public void SendData(Microsoft ms) { Console.WriteLine("Notified {0} of {1}'s " + "change to {2:C}", _name, ms.Symbol,ms.Price); }}public class Microsoft{ private IObserver _investor; private String _symbol; private double _price; public void Update() { _investor.SendData(this); } public String Symbol { get { return _symbol; } set { _symbol = value; } } public double Price { get { return _price; } set { _price = value; } } public IObserver Investor { get { return _investor; } set { _investor = value; } }}做到這一步，可以看到，我們在降低兩者的依賴性上已經邁進了一小步，正在朝着弱依賴性這個方向變化。在Microsoft類中已經不再依賴於具體的Investor，而是依賴於接口IObserver。
但同時我們看到，再新出現一個移動設備這樣的通知對象，Microsoft類仍然需要改變，對此我們再做如下重構，在Microsoft中維護一個IObserver列表，同時提供相應的維護方法。
圖5 靜態UML示例圖
Microsoft類的實現代碼如下：
public class Microsoft{ private List<IObserver> observers = new List<IObserver>(); private String _symbol; private double _price; public void Update() { foreach (IObserver ob in observers) { ob.SendData(this); } } public void AddObserver(IObserver observer) { observers.Add(observer); } public void RemoveObserver(IObserver observer) { observers.Remove(observer); } public String Symbol { get { return _symbol; } set { _symbol = value; } } public double Price { get { return _price; } set { _price = value; } }}此時客戶端的調用代碼：
class Program{ static void Main(string[] args) { IObserver investor1 = new Investor("Jom"); IObserver investor2 = new Investor("TerryLee"); Microsoft ms = new Microsoft(); ms.Symbol = "Microsoft"; ms.Price = 120.00; ms.AddObserver(investor1); ms.AddObserver(investor2); ms.Update(); Console.ReadLine(); }}走到這一步，已經有了Observer模式的影子了，Microsoft類不再依賴於具體的Investor，而是依賴於抽象的IOberver。存在着的一個問題是Investor仍然依賴於具體的公司Microsoft，況且公司還會有很多IBM，Google等，解決這樣的問題很簡單，只需要再對Microsoft類做一次抽象。如下圖所示：
圖6 靜態UML示例圖
實現代碼如下：
public abstract class Stock{ private List<IObserver> observers = new List<IObserver>(); private String _symbol; private double _price; public Stock(String symbol, double price) { this._symbol = symbol; this._price = price; } public void Update() { foreach (IObserver ob in observers) { ob.SendData(this); } } public void AddObserver(IObserver observer) { observers.Add(observer); } public void RemoveObserver(IObserver observer) { observers.Remove(observer); } public String Symbol { get { return _symbol; } } public double Price { get { return _price; } }}public class Microsoft : Stock{ public Microsoft(String symbol, double price) : base(symbol, price) { }}public interface IObserver{ void SendData(Stock stock);}public class Investor : IObserver{ private string _name; public Investor(string name) { this._name = name; } public void SendData(Stock stock) { Console.WriteLine("Notified {0} of {1}'s " + "change to {2:C}", _name, stock.Symbol,stock.Price); }}客戶端程序代碼如下：
class Program{ static void Main(string[] args) { Stock ms = new Microsoft("Microsoft",120.00); ms.AddObserver(new Investor("Jom")); ms.AddObserver(new Investor("TerryLee")); ms.Update(); Console.ReadLine(); }}到這裏我們可以看到，通過不斷的重構，不斷地抽象，我們由一開始的很糟糕的設計，逐漸重構爲使用Observer模式的這樣一個方案。在這個例子裏面，IOberser充當了觀察者的角色，而Stock則扮演了主題對象角色，在任何時候，只要調用了Stock的Update()方法，它就會通知它的所有觀察者對象。同時可以看到，通過Observer模式，取消了直接依賴，變爲間接依賴，這樣大大提供了系統的可維護性和可擴展性。
推模式與拉模式
對於發佈-訂閱模型，大家都很容易能想到推模式與拉模式，用SQL Server做過數據庫複製的朋友對這一點很清楚。在Observer模式中同樣區分推模式和拉模式，我先簡單的解釋一下兩者的區別：推模式是當有消息時，把消息信息以參數的形式傳遞（推）給所有觀察者，而拉模式是當有消息時，通知消息的方法本身並不帶任何的參數，是由觀察者自己到主體對象那兒取回（拉）消息。知道了這一點，大家可能很容易發現上面我所舉的例子其實是一種推模式的Observer模式。我們先看看這種模式帶來了什麼好處：當有消息時，所有的觀察者都會直接得到全部的消息，並進行相應的處理程序，與主體對象沒什麼關係，兩者之間的關係是一種鬆散耦合。但是它也有缺陷，第一是所有的觀察者得到的消息是一樣的，也許有些信息對某個觀察者來說根本就用不上，也就是觀察者不能“按需所取”；第二，當通知消息的參數有變化時，所有的觀察者對象都要變化。鑑於以上問題，拉模式就應運而生了，它是由觀察者自己主動去取消息，需要什麼信息，就可以取什麼，不會像推模式那樣得到所有的消息參數。OK，說到這兒，你是否對於推模式和拉模式有了一點了解呢？我把前面的例子修改爲了拉模式，供大家參考，可以看到通知方法是沒有任何參數的：
public abstract class Stock{ private List<IObserver> observers = new List<IObserver>(); private String _symbol; private double _price; public Stock(String symbol, double price) { this._symbol = symbol; this._price = price; } public void Update() { foreach (IObserver ob in observers) { ob.SendData(); } } public void AddObserver(IObserver observer) { observers.Add(observer); } public void RemoveObserver(IObserver observer) { observers.Remove(observer); } public String Symbol { get { return _symbol; } } public double Price { get { return _price; } }}public class Microsoft : Stock{ public Microsoft(String symbol, double price) : base(symbol, price) { }}public interface IObserver{ void SendData();}public class Investor : IObserver{ private string _name; private Stock _stock; public Investor(string name,Stock stock) { this._name = name; this._stock = stock; } public void SendData() { Console.WriteLine("Notified {0} of {1}'s " + "change to {2:C}", _name, _stock.Symbol, _stock.Price); }}class Program{ static void Main(string[] args) { Stock ms = new Microsoft("Microsoft", 120.00); ms.AddObserver(new Investor("Jom",ms)); ms.AddObserver(new Investor("TerryLee",ms)); ms.Update(); Console.ReadLine(); }}當然拉模式也是有一些缺點的，主體對象和觀察者之間的耦合加強了，但是這可以通過抽象的手段使這種耦合關係減到最小。[感謝idior的意見]
.NET中的Observer模式
在.NET中，相信大家對於事件和委託都已經不陌生了，這裏就不具體多說了。利用事件和委託來實現Observer模式我認爲更加的簡單和優雅，也是一種更好的解決方案。因爲在上面的示例中我們可以看到，雖然取消了直接耦合，但是又引入了不必要的約束（暫且這麼說吧）。即那些子類必須都繼承於主題父類，還有觀察者接口等。網上有很多這方面的例子，上面的例子簡單的用事件和委託實現如下，僅供大家參考：
class Program{ static void Main(string[] args) { Stock stock = new Stock("Microsoft", 120.00); Investor investor = new Investor("Jom"); stock.NotifyEvent += new NotifyEventHandler(investor.SendData); stock.Update(); Console.ReadLine(); }}public delegate void NotifyEventHandler(object sender);public class Stock{ public NotifyEventHandler NotifyEvent; private String _symbol; private double _price; public Stock(String symbol, double price) { this._symbol = symbol; this._price = price; } public void Update() { OnNotifyChange(); } public void OnNotifyChange() { if (NotifyEvent != null) { NotifyEvent(this); } } public String Symbol { get { return _symbol; } } public double Price { get { return _price; } }} public class Investor{ private string _name; public Investor(string name) { this._name = name; } public void SendData(object obj) { if (obj is Stock) { Stock stock = (Stock)obj; Console.WriteLine("Notified {0} of {1}'s " + "change to {2:C}", _name, stock.Symbol, stock.Price); } }}效果及實現要點
1．使用面向對象的抽象，Observer模式使得我們可以獨立地改變目標與觀察者，從而使二者之間的依賴關係達到鬆耦合。
2．目標發送通知時，無需指定觀察者，通知（可以攜帶通知信息作爲參數）會自動傳播。觀察者自己決定是否需要訂閱通知。目標對象對此一無所知。
3．在C#中的Event。委託充當了抽象的Observer接口，而提供事件的對象充當了目標對象，委託是比抽象Observer接口更爲鬆耦合的設計。
適用性
1．當一個抽象模型有兩個方面, 其中一個方面依賴於另一方面。將這二者封裝在獨立的對象中以使它們可以各自獨立地改變和複用。
2．當對一個對象的改變需要同時改變其它對象, 而不知道具體有多少對象有待改變。
3．當一個對象必須通知其它對象，而它又不能假定其它對象是誰。換言之, 你不希望這些對象是緊密耦合的。
總結
通過Observer模式，把一對多對象之間的通知依賴關係的變得更爲鬆散，大大地提高了程序的可維護性和可擴展性，也很好的符合了開放-封閉原則。
參考資料
Erich Gamma等，《設計模式：可複用面向對象軟件的基礎》，機械工業出版社
Robert C.Martin，《敏捷軟件開發：原則、模式與實踐》，清華大學出版社
閻宏，《Java與模式》，電子工業出版社
Alan Shalloway James R. Trott，《Design Patterns Explained》，中國電力出版社
MSDN WebCast 《C#面向對象設計模式縱橫談(19)：Observer 觀察者模式(行爲型模式)》