设计模式---观察者模式(发布-订阅模式)

设计模式—观察者模式(发布-订阅模式)

一、简介

发布-订阅模式是一种消息传递模式，用于实现对象间的一对多依赖关系。在这种模式中：

• 发布者（Publisher）不直接向订阅者（Subscriber）发送消息
• 发布者和订阅者通过一个中介（通常称为事件总线或消息代理）进行通信
• 订阅者可以订阅感兴趣的事件，发布者可以发布事件

这种模式实现了发布者和订阅者的解耦，提高了系统的灵活性和可扩展性。

二、原理

2.1核心组件：

Publisher（发布者）：产生事件/消息的对象

Subscriber（订阅者）：接收并处理事件的对象

Event Bus/Message Broker（事件总线）：管理订阅关系，负责将消息从发布者路由到订阅者

2.2工作流程：

订阅者向事件总线注册对特定事件的兴趣

发布者向事件总线发布事件

事件总线将事件传递给所有注册的订阅者

三、C++实现

以下是发布-订阅模式的简单C++实现：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <map>
#include <functional>
#include <memory>

// 前置声明
class EventBus;

// 订阅者接口
class Subscriber {
public:
    virtual ~Subscriber() = default;
    virtual void handleEvent(const std::string& event, const std::string& message) = 0;
};

// 具体订阅者
class ConcreteSubscriber : public Subscriber {
public:
    ConcreteSubscriber(const std::string& name) : name_(name) {}

    void handleEvent(const std::string& event, const std::string& message) override {
        std::cout << name_ << " received event '" << event 
                  << "' with message: " << message << std::endl;
    }

private:
    std::string name_;
};

// 事件总线
class EventBus {
public:
    // 订阅事件
    void subscribe(const std::string& event, Subscriber* subscriber) {
        subscribers_[event].push_back(subscriber);
    }

    // 取消订阅
    void unsubscribe(const std::string& event, Subscriber* subscriber) {
        auto& subs = subscribers_[event];
        subs.erase(std::remove(subs.begin(), subs.end(), subscriber), subs.end());
    }

    // 发布事件
    void publish(const std::string& event, const std::string& message) {
        if (subscribers_.find(event) != subscribers_.end()) {
            for (auto subscriber : subscribers_[event]) {
                subscriber->handleEvent(event, message);
            }
        }
    }

private:
    std::map<std::string, std::vector<Subscriber*>> subscribers_;
};

// 发布者
class Publisher {
public:
    Publisher(EventBus& eventBus) : eventBus_(eventBus) {}

    void publish(const std::string& event, const std::string& message) {
        eventBus_.publish(event, message);
    }

private:
    EventBus& eventBus_;
};

int main() {
    EventBus eventBus;

    // 创建订阅者
    ConcreteSubscriber sub1("Subscriber1");
    ConcreteSubscriber sub2("Subscriber2");
    ConcreteSubscriber sub3("Subscriber3");

    // 订阅事件
    eventBus.subscribe("event1", &sub1);
    eventBus.subscribe("event1", &sub2);
    eventBus.subscribe("event2", &sub2);
    eventBus.subscribe("event2", &sub3);

    // 创建发布者
    Publisher publisher(eventBus);

    // 发布事件
    publisher.publish("event1", "First event message");
    publisher.publish("event2", "Second event message");

    // 取消订阅
    eventBus.unsubscribe("event1", &sub2);

    // 再次发布
    publisher.publish("event1", "Event after unsubscribe");

    return 0;
}

代码运行结果：

四、应用场景

1. GUI系统中的事件处理
2. 分布式系统中的消息传递
3. 微服务架构中的服务间通信
4. 游戏开发中的事件系统
5. 日志系统和监控系统

优点

1. 松耦合：发布者和订阅者不需要知道对方的存在
2. 可扩展性：可以轻松添加新的发布者或订阅者
3. 灵活性：订阅者可以动态订阅或取消订阅事件

缺点

1. 调试困难：由于间接性，事件流可能难以跟踪
2. 性能开销：消息传递可能比直接调用慢
3. 可能导致内存泄漏：如果订阅者没有正确取消订阅

发布-订阅模式是现代软件架构中非常重要的模式，特别是在需要组件间松散耦合的系统中。

参考文章：

1.“牵一发而动全身”——我用观察者模式简单模拟吃鸡

2.《推荐C++ 23种设计模式》系列第十九期：观察者模式【架构设计与实现】