模式 "觀察者" ( Observer)

1. 介紹

想像你有一個物件在執行某些動作——比如一個按鈕或我們的 Worker。同時有許多其他物件需要對這些動作做出反應。如果在 Worker 類裡硬編寫所有可能的「listener」，維護這段程式會變成噩夢：對訂閱者清單的任何修改都需要改動 Worker 本身。

這會違反開放-封閉原則 (OCP)，被視為不良的架構習慣。

Observer 模式：總體概念

模式 "觀察者" (Observer) 解決了這個問題。它讓發布者（publisher）可以通知任意數量的感興趣的 listener，而不需要知道那些 listener 是誰、在做什麼。發布者只是「廣播」，有興趣的就各自處理。

類比：訂閱新聞信。編輯室或頻道（發布者）寄出新郵件，所有訂閱者（觀察者）都收到。編輯室不需要知道那些人是誰，也不需要知道。

有趣的事實：Observer 非常常見，是 GoF（四人幫）設計模式之一。

Observer 在 C#：用事件和 delegate 實作

在 C# 裡，Observer 模式已透過事件和 delegate 機制「內建」。事件 是擴充點，外部可以訂閱不同的 handler。相較於手動維護訂閱者清單，語言的事件機制幫你處理這些。下面先看「手動」實作，再看事件版。

2. 傳統的 Observer 實作（不使用事件）

假如語言沒有事件，可能會長這樣：

// 觀察者介面
public interface IObserver
{
    void Update(string message);
}

// 發布者
public class Worker
{
    private List<IObserver> observers = new List<IObserver>();

    public void Subscribe(IObserver observer)
    {
        observers.Add(observer);
    }

    public void Unsubscribe(IObserver observer)
    {
        observers.Remove(observer);
    }

    public void DoWork()
    {
        Console.WriteLine("Worker 工作中...");
        NotifyObservers("工作完成!");
    }

    private void NotifyObservers(string message)
    {
        foreach (var observer in observers)
        {
            observer.Update(message);
        }
    }
}

// 具體觀察者
public class WorkListener : IObserver
{
    public void Update(string message)
    {
        Console.WriteLine($"
WorkListener 收到訊息: {message}");
    }
}

初始化：

var worker = new Worker();
var listener = new WorkListener();
worker.Subscribe(listener);
worker.DoWork();

筆記：這裡訂閱者清單（List<IObserver> observers）是手動維護的，訂閱/退訂是明確的方法 Subscribe/Unsubscribe。

3. 事件與 delegate —— C# 的高階 Observer 實作

我們可以用事件把同樣的功能做得更簡潔、更優雅，這就是 C# 風格的 Observer：

public class Worker
{
    public event EventHandler<WorkCompletedEventArgs>? WorkCompleted;

    public void DoWork()
    {
        Console.WriteLine("Worker 工作中...");
        OnWorkCompleted("工作完成!");
    }

    protected virtual void OnWorkCompleted(string message)
    {
        WorkCompleted?.Invoke(this, new WorkCompletedEventArgs { Message = message });
    }
}

public class WorkCompletedEventArgs : EventArgs
{
    public string Message { get; set; }
}

public class WorkListener
{
    public void OnWorkCompleted(object? sender, WorkCompletedEventArgs e)
    {
        Console.WriteLine($"WorkListener 收到訊息: {e.Message}");
    }
}

// 訂閱：
var worker = new Worker();
var listener = new WorkListener();
worker.WorkCompleted += listener.OnWorkCompleted;
worker.DoWork();

這種做法的優點：

• 不用手動維護訂閱者清單。
• 事件的功能完整：多重訂閱、退訂、lambda 等都可用。
• 安全性：只有發布者能觸發事件。
• 低耦合：發布者不知道任何 listener 的實作細節。

4. 觀察者如何融入應用程式

把 Observer 模式整合進我們的 console 程式。讓 Worker 可以有任意數量的 handler，針對完成工作做不同反應：有人寫到 console、有人計算完成次數、有人寄信說 "老闆! 都做好了!"。

用示例擴充程式碼

// 第二個 listener：計數器
public class WorkCounter
{
    public int Count { get; private set; }

    public void OnWorkCompleted(object? sender, WorkCompletedEventArgs e)
    {
        Count++;
        Console.WriteLine($"工作已記錄。總共: {Count} 完成。");
    }
}

// 建立物件
var worker = new Worker();
var listener = new WorkListener();
var counter = new WorkCounter();

// 兩個訂閱
worker.WorkCompleted += listener.OnWorkCompleted;
worker.WorkCompleted += counter.OnWorkCompleted;

// 模擬多次工作
worker.DoWork();
worker.DoWork();
// Output:
// Worker 工作中...
// WorkListener 收到訊息: 工作完成!
// 工作已記錄。總共: 1 完成。
// Worker 工作中...
// WorkListener 收到訊息: 工作完成!
// 工作已記錄。總共: 2 完成。

這樣一來，你可以按需加入觀察者，而不用改動 Worker 的任何程式碼。Worker 保持不變，系統行為透過訂閱者延伸。

5. 實用小細節

真實範例：介面和 GUI 中的 Observer

Observer 是所有 GUI framework 的基礎。在 Windows Forms 或 WPF 中，按鈕的按下會觸發 Click 事件。你寫 handler（觀察者）來回應事件——無論是你的 Button 類或 .NET 庫都不需要知道你的訂閱者是誰。

// 在 WPF 或 WinForms（大致範例）
myButton.Click += (s, e) => MessageBox.Show("使用者按了按鈕!");

Observer 在實際專案中的應用

• 使用者介面（回應點擊、變更、定時器等）。
• 通知系統與事件系統。
• 可擴充系統的 plugin（核心產生事件，擴充套件訂閱）。
• 分散式系統與遊戲引擎（弱耦合的反應鏈）。

總之，如果你需要做一個可擴充的系統，讓某些部分可以對其他部分的變更作出反應——Observer 必備！

7. 特性、常見錯誤與預防

使用 Observer 時可能遇到的問題

記憶體洩漏。如果訂閱者訂閱了事件但沒有退訂（尤其是長生命週期的物件），GC 無法回收該物件，因為發布者仍透過事件 delegate 持有參考。當訂閱者不再需要而發布者還活著時，這會很危險。

重複訂閱。如果同一個 handler 被訂閱了兩次，它會被呼叫兩次——會導致重複行為和意外結果。

處理者內的例外。如果某個 handler 拋出例外，之後的訂閱者可能不會被呼叫。請讓 handler 具備韌性，必要時在調用時用 try-catch 包起來，確保其他訂閱者仍能執行。

常見的洩漏圖示

flowchart LR
    Publisher["發布者
(Worker)"] -- 事件 --> ObserverA["聽眾 A (還活著!)"]
    Publisher -- 事件 --> ObserverB["聽眾 B (洩漏: 忘記退訂)"]