设计模式的C语言应用-观察者模式-第四章

模式介绍：观察者模式(Observer)

观察者模式定义了对象之间的一对多依赖关系，这样一来，当一个对象改变状态时，它的所有依赖者都会收到通知并且自动更新。在这里，发生改变的对象称之为观察目标，而被通知的对象称之为观察者。一个观察目标可以对应多个观察者，而且这些观察者之间没有相互联系，所以么可以根据需要增加和删除观察者，使得系统更易于扩展。

图表 1观察者模式流程图

观察者模式在C语言里也是实现形式非常明显的模式。逻辑上和责任链模式最相近的一个设计模式为观察者模式。观察者模式和责任链模式的最大的差别在于，事件会被通知到每一个handler，而不是逐级处理。也不存在优先级的说法，也不会出现事件没有处理需要异常函数收尾。一个Observer是否注册和执行不应该影响其他的Observer。而在责任链模式上，前面的责任handler在传递给下一个handler时，是可以改变事件相关变量。

但是在C语言实现上，观察者模式的handler绝大部分也是按照链表来组织的，在代码执行上，实际上相当于遍历链表。和责任链模式的区别在于每个handler没有优先级，没有权力决定是否停止遍历，最后事件也不需要被handler消费掉，也就是没有异常函数。

所以从C语言代码实现上讲，观察者模式可以看作责任链模式的特例。

1. 无优先级

2. 不能修改随事件而来的变量。比如在netfilter使用责任链模式就修改了随事件而来的数据包。

3. 每个handler/observer只能无条件把事件传给observer链表的下一个节点。

图表 2观察者模式和责任链模式对比

左边是责任链模式，右边是观察者模式的内核代码实现流程。

观察者模式实现

观察者节点定义

//不需要处理结果typedef int (*observer_func)(char *buf);struct observer_ops_node {struct list_head list;  //内核链表标准结构observer_func *handler;  //handler的回调函数，没有优先级};

观察者链和处理函数

//全局的观察者链struct list_head observer_global_list;//具体的处理函数int observer_handler1(char *buf){//do somethingreturn 0;}int observer_handler2(char *buf){//do somethingreturn 0;}//封装成节点struct observer_ops_node node1 ={.handler = observer_handler1,}struct observer_ops_node node2 ={.handler = observer_handler2,}

注册和反注册函数

特别注意，一般是需要信号量锁定的，因为很可能链条上的函数正在执行。内核里喜欢用rcu锁，可以避免资源互斥引起cpu浪费。

int observer_register(struct observer_ops_node *node){   //lock observer_global_list//add node into observer_global_list//unlock observer_global_listreturn 0;}int observer_unregister(struct observer_ops_node *node){//lock observer_global_list//delete node into observer_global_list//unlock observer_global_listreturn 0;}

调用流程

不检查观察者结果，必须全部遍历完。

int main(){struct list_head *node;struct observer_ops_node *node_func;char buf[16];observer_register(&node1);observer_register(&node1);//something happend, should trigger responsibility observer//fill buf with eventlist_for_each(node, &observer_global_list){node_func = (struct observer_ops_node *)node;node_func.handler(buf);}return 0;}

内核的观察者模式实现

观察节点模型

   struct notifier_block {int (*notifier_call)(struct notifier_block *, unsigned long, void *);  //观察者回调函数struct notifier_block __rcu *next;  //链表结构int priority;   //优先级, 内核里这个属于扩展的用法。};

下面的例子。

static struct notifier_block arp_netdev_notifier = {.notifier_call = arp_netdev_event,};

最后调用notifier_chain_register注册arp_netdev_notifier到netdev_chain链表上。

事件触发的处理函数

那么当网络接口状态发生变化时，就通过call_netdevice_notifiers(NETDEV_PRE_UP, dev);调用通知所有注册的observer回调函数。

函数简化如下。里面需要注意的只有一点，返回结果可能会有NOTIFY_STOP_MASK，允许某个observer停止遍历调用。从这个意义讲，observer既有优先级又能阻止调用，观察者模式和责任链模式的区别就很小了。

static int __kprobes notifier_call_chain(struct notifier_block **nl,unsigned long val, void *v,int nr_to_call,     int *nr_calls){int ret = NOTIFY_DONE;struct notifier_block *nb, *next_nb;nb = rcu_dereference_raw(*nl);while (nb && nr_to_call) {next_nb = rcu_dereference_raw(nb->next);  //取下一个observerret = nb->notifier_call(nb, val, v);if ((ret & NOTIFY_STOP_MASK) == NOTIFY_STOP_MASK)break;nb = next_nb;}return ret;}

模式实现总结

总体用法和责任链模式类似，而在内核里实现的观察者模式其实并没有那么“纯粹”，而是扩展了优先级特性和可停止特性。这个破坏了Observer之间的独立性，因为原则上，一个Observer是否注册和执行不应该影响其他的Observer，内核的扩展这就使观察者模式变成了责任链模式模式。

来源：华为云社区作者：lurayvis