Design Pattern: Observer Pattern

1. Brief　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

  一直对Observer Pattern和Pub/Sub Pattern有所混淆，下面打算通过这两篇Blog来梳理这两种模式。若有纰漏请大家指正。

2. Use Case　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

  首先我们来面对一个老到跌渣的故事，并以从未听说过Observer Pattern为前提。

  假设要设计一个新闻订阅系统，新闻分为商业、体育和八卦3种，而查收终端有PC、移动终端等，后续还不断增加新闻种类和查收终端。

  需求如上，下面我们根据OOD的方式来构建概念模型。

  新闻 <- 分类新闻

  终端 <- 分类终端

  然后构造实体模型

// 新闻相关实体模型
class NewsType{
  constructor(){}
}
class BusinessNewsType extends NewsType{}
class SportNewsType extends NewsType{}
class EntertaintmentNewsType extends NewsType{}

// 终端相关实体模型
class Term{
  getNews(news){}
}
class PCTerm extend Term{}
class MobileTerm extend Term{}

   接着我们关联已有经验——现实生活中的送报服务，发现用户A、用户B均订阅了A报的X早报，那么每天早上报纸刚印刷出来就会马上送到用户A和B那了。突然 多了家订报有米送的Y早报，用户A和用户C跑去订阅，用户B直接就退了X早报，这时X早报为留住老用户就推送“老客户免费赠送半年X晚报”，于是用户A取 消了退订的想法。

  很明显 新闻订阅系统 就是线下业务直挪到线上的做法，通过分析线下业务流程我们可以找到设计方案。线下业务流程如下：

  订阅：用户到报社订阅

  退订：用户到报社退订

  分发报纸：报社向所有订阅者分发报纸

  按这思路构建 新闻订阅系统 的原型：

class NewsType{
  constructor(){
    this.subs = []
  }
  /* 订阅
   * @param {Term} term - 终端
   * @returns {Boolean}
   */
  sub(term){
    // 排除
    for(let _sub of this.subs) 
      if(_sub === term) return false
  
    return Boolean(this.subs.push(term))
  }
  /* 退订
   * @param {Term} term - 终端
   * @return {Boolean}
   */
  unsub(term){
    for(let i = 0, sub; sub = subs[i]; ++i)
      if(sub === term) return Boolean(this.subs.splice(i, 1))
  }
  /*
   * 分发新闻
   */
  notify(news){
    for(let sub of this.subs) sub.getNews(news)
  }
}
class BusinessNewsType extends NewsType{
  pubNews(title, content){
    var news = {title: title, content: content}
    super.notify(news)
  }
}
// definition of SportNewsType.......

class PCTerm extends Term{
  getNews(news){
    alert(news.title + ';' + news.content)
  }
}
class MobileTerm extends Term{
  getNews(news){
    console.log(news.title + ';' + news.content)
  }
}

// 主程序则作为 新闻中心 与 用户交互的场所
var businessNewsType = new BusinessNewsType()
var sportNewsType = new SportNewsType()
var pcTerm = new PCTerm()
var mobileTerm = new MobileTerm()
businessNewsType.sub(pcTerm)
businessNewsType.sub(mobileTerm)
sportNewsType.sub(mobileTerm)

上述原型基本勾勒出新闻订阅系统中对象及其关联的方式，我们就可以在这之上再细化和优化了。而从上述是原型我们不难发现 新闻 与 终端 均可独立开发，然后在主程序中做关联即可。新闻类型 和 终端类型的增删并不会对其他已有的新闻类型和终端类型有影响，除了在主程序中增删关联外。

  现在我们作个简单的分析总结：

  1. 不稳定因素（新闻类型 和 终端类型）解耦 -> 最小化不稳定因素所影响的范围（范围越小，后期改动越少）；

  2. 关联规则接口/契约化 -> 固化关联规则 和 关联发生的形式 便于后期维护。

  这些是我面对未知问题的分析、解构方法，希望和大家一起探讨更美好的方法。

3. What Is Observer Pattern?　　　　　　　　　　　　　　　　

  Observer Pattern(观察者模式)，狭义上是指Observer/Subscriber关注Observable/Subject的状态，并根据 Observable/Subject的状态作出响应。广义上是指Observer/Subscriber关注Observable/Subject的状 态或行为或两者兼备，并作出响应。

  Roles

    Observable/Subject(被观察者)：定义被观察者的公共状态和行为

    ConcreteObservable(具体的被观察者)：定义具体的被观察者的状态和行为

    Observer(观察者)：定义观察者的公共状态和行为

    ConcreteObserver(具体的观察者)：定义具体的观察者的状态和行为

  Two Methods: Push & Pull

    上面第2节中的实现是由Observable/Subject来维护Observer组，那是不是只能这样呢？答案是否定的。它只是Push方式的实现，我们还可以采用Pull方式呢！

    Push Model：推方式，也就是由Observable/Subject主动发起与Observer/Subscriber通信，并将自身的所有信息推给Observer/Subscriber，即使大部分信息最后都没用上。

    　　pros: 1. 观察者实时响应被观察者的状态变化和行为状况；

          cons: 1. 观察者被硬塞一些被观察者的无效信息；2. 被观察者状态变化频密，导致观察者忙于响应，消耗资源。

    Pull Model：拉方式，也就是由主动Observer/Subscriber发起与Observable/Subject通信，并根据自身需要从Observable/Subject上拉去有效信息。一般通过定时器或特定事件触发执行。

         pros: 1. 观察者可按需从被观察者处提取有效信息；2. 自主控制通信节奏，以免被状态频密变化的被观察者牵着鼻子走；

         cons: 1. 获取被观察者状态变化上存在滞后甚至丢失的情况。

    下面是Pull Model的实现方式

// Pull Model implementation
class FooNewsType{
  constructor(){
    this.news = []
  }
  
  addNews(title, content){
    this.news.push({title: title, content: content, timestamp:(+new Date())})
  }
}

class PCTerm{
  constructor(){
    this.subjects = []
    this.newsTiles = []
    this.lastPullDate = 0
  }
  
  subTo(newsType){
    this.subjects.push(newType)
  }
  unsubFrom(newsType){
    for(let i = 0, n; n = this.subjects[i]; ++i)
      if(n === newsType) return this.subjects.splice(i, 1)
  }
  // 拉数据
  pull(){
    for(let sub of this.subjects)
      for(let news of sub.news)
        if(news.timestamp > this.lastPullDate)
          this.newsTiles .push(news.title)
  }
}

// 主程序
var businessNewsType = new BusinessNewsType()
var pcTerm = new PCTerm()
pcTerm.subTo(businessNewsType)
businessNewsType .addNews('Say Hi', 'Hello World!')
// 其他代码........
pcTerm.pull()

  Improvement of Push Model 

    针对Push Model所带来的问题1，我们可以通过增强sub函数来解决 

// definition
sub(term, aspect){
  this.subs.push({term: term, aspect: aspect})
}
notify(news){
  for(let sub of this.subs) 
    sub.term.getNews(sub.aspect && sub.aspect(news) || news)
}

// usage
new BusinessNewsType()
  .sub(new PCTerm()
        , (news)=>{ return news.title })

constructor(interval = 100, ceiling = 5){
  this.ceiling = ceiling
  this.timer = setInterval(()=>{
    if (!this.pools.length || !this.subs.length) return
    
    for(let sub of this.subs)
      for(let n of news)
        sub.term.getNews(sub.aspect && sub.aspect(n) || n)
  }, interval)
}
notify(news){
  this.pools.push(news)
  if (this.pools.length < this.ceiling) return
  
  var news = this.pools.splice(0, this.pools.length)
  for(let sub of this.subs)
    for(let n of news)
      sub.term.getNews(sub.aspect && sub.aspect(n) || n)
}

  Specific Implementation Problems —— Making sure Subject state is self-consistent before notification

    就是确保Subject状态变化完成后，再通知Subscriber。反例如下：

notify(news){
  for(let sub of this.subs) 
    sub.term.getNews(sub.aspect && sub.aspect(news) || news)
  // 发生在通知观察者之后
  news.title = 'changed'
}

    相当于为每次Subject状态的整体变化打个版本号，然后将属于该版本的Subject状态发送给Subscriber，之后的状态变化就属于下一个版本了。

4. Diff Between Observer Pattern and Pub/Sub Pattern 

    两者区别主要体现在以下2点

    1. 耦合度

        Observer Pattern: Subscriber 和 Subject 两者感知对方的存在，但不受对方的具体实现 和 数目 所限制 => 弱依赖。关联规则内置在Subscriber 或 Subject中。

        Pub/Sub Pattern: Publisher 和 Subscriber 两者相互间毫无存在感，通过Message Broker关联两种角色，并且将关联规则藏进Message Broker中。

    2. 影响范围

        Observer Pattern作为Design Pattern存在，而Pub/Sub Pattern则作为Architecture Pattern存在，明显Observer Pattern的影响范围较小。也就是说在采用Pub/Sub Pattern时，需要更谨慎。

5. We Used Observer Pattern Already　　　　　　　　　　 

   其实我们现在用到很多框架、类库均采用了Observer Pattern，如MVC和Event Mechanism等。

   MVC中M(odel)作为观察者，而V(iew)作为被观察者；

   而Event Mechanism则是更为典型的Observer Pattern，C#在语法层面(event关键字)，而Java通过内置类库对其提供支持。

6. Conclusion　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

   洋洋洒洒写了这么多，若有纰漏请大家指正，谢谢！