设计模式——观察者（监听者，订阅）模式||线程安全||c++详解

1.什么是观察者模式

观察者模式常用于解耦事件的观察和最终的处理方式。它是一种对象行为模式，如果对象间存在着一种一对多的依赖关系，当一个对象发生改变的时候，其他依赖此对象的对象都要做出相应的改变。

举个例子：大家现在对公众号都不陌生，也经常会关注公众号。那么我们关注公众号的这种模式其实就是一种观察模式，当我们关注的公众号有新内容发布的时候，就会推送给我们这些关注了此公众号的人，那么那么没有关注此公众号的人就不会收到此公众号发布的内容。那么此时的公众号就相当于一个观察者，我们就相当于聆听者。观察者发现有内容推送，就推送给已经关注了它的人，我们呢收到内容，进行阅读（行为改变）。

模式UML图：

如上介绍的例子，订阅公众号的人就相当于Listen，公众号就相当于Observer.

还有一个就是我们现在高等院校选课的一个情景，每个学生都相当于一个聆听者，教务处的系统呢就相当于一个观察者，我们在教务系统选完课以后，就等待教务处通知我们进行上课，每个人都会收到自己所选课程的上课时间表，当教务处发出要上什么课的通知的时候，会将上课时间发送给那些选了这门课程的同学，同学们收到通知去出席课堂。

我们已选课的模式为例实现观察者模式。

2.观察者模式

# include<iostream>
using namespace std;
# include<unordered_map>
//学生基类
class Student
{
public:Student(string name):_name(name) {}//学生上课事件virtual void AttendClass(int classId) = 0;
protected:string _name;
};
//两个学生
class Student1 :public Student
{
public:Student1(string name):Student(name){}void AttendClass(int classId){cout << "学生" << _name << "在上课程" << classId << endl;}
};
class Student2 :public Student
{
public:Student2(string name) :Student(name) {}void AttendClass(int classId){cout << "学生" << _name << "在上课程" << classId << endl;}
};
//教务系统
class DeanSys
{
public://学生选课void SelectCourse(Student* stu, int classId){//判断当前课程是第一次被人选还是已经有人选过了unordered_map<int, list<Student*>>::iterator it = _course.find(classId);if (it == _course.end()){_course[classId].push_back(stu);}else{it->second.push_back(stu);}}//通知学生上课void NoticeStudent(int classId){unordered_map<int, list<Student*>>::iterator it = _course.find(classId);if (it != _course.end()){for (Student* stu : it->second){stu->AttendClass(classId);}}}private://记录学生和课程信息unordered_map<int, list<Student*>> _course;};
int main()
{//实例两个学生Student* stu1 = new Student1("张三");Student* stu2 = new Student2("李四");//教务系统DeanSys dean;//张三选了课程1,2,3dean.SelectCourse(stu1, 1);dean.SelectCourse(stu1, 2);dean.SelectCourse(stu1, 3);//李四选了课程2,3dean.SelectCourse(stu2, 2);dean.SelectCourse(stu2, 3);//教务处发通知让学生上课int classId;while (1){cout << "请输入课程ID:>>";cin >> classId;if (classId <= 0)break;dean.NoticeStudent(classId);}delete stu1;delete stu2;
}

程序运行结果：

3.线程安全的观察者模式

上述代码中，教务处（观察者）通知学生（聆听者）上课的方法下所示：

//通知学生上课void NoticeStudent(int classId){unordered_map<int, list<Student*>>::iterator it = _course.find(classId);if (it != _course.end()){for (Student* stu : it->second){stu->AttendClass(classId);}}}

那么在多线程种调用stu->AttendClass(classId)的时候，观察者没有办法知道聆听者对象是否还存在。这时，如果聆听者对象已经不存在，那么这句代码就会产生错误。这就是多线程下共享对象的安全问题。

我们知道C++11提供了的强弱智能指针能很好的解决这一个问题，关于智能指针的介绍参考我的另一篇文章：

https://blog.csdn.net/qq_42214953/article/details/88936479

接下来就用C++智能指针来实现线程安全的观察者模式：

# include<iostream>
using namespace std;
# include<unordered_map>
class Student
{
public:Student(string name):_name(name) {}//学生上课事件virtual void AttendClass(int classId) = 0;
protected:string _name;
};
class Student1 :public Student
{
public:Student1(string name):Student(name){}void AttendClass(int classId){cout << "学生" << _name << "在上课程" << classId << endl;}
};
class Student2 :public Student
{
public:Student2(string name) :Student(name) {}void AttendClass(int classId){cout << "学生" << _name << "在上课程" << classId << endl;}
};//教务系统
class DeanSys
{
public://学生选课void SelectCourse(weak_ptr<Student> stu, int classId){//判断当前课程是第一次被人选还是已经有人选过了unordered_map<int, list<weak_ptr<Student>>>::iterator it = _course.find(classId);if (it == _course.end()){_course[classId].push_back(stu);}else{it->second.push_back(stu);}}//通知学生上课void NoticeStudent(int classId){unordered_map<int, list<weak_ptr<Student>>>::iterator it = _course.find(classId);if (it != _course.end()){for (list<weak_ptr<Student>>::iterator stu = it->second.begin(); stu != it->second.end(); ++stu){//弱智能指针提升为强智能指针来进行访问操作shared_ptr<Student> p = stu->lock();if (p != nullptr){p->AttendClass(classId);}else{stu = it->second.erase(stu);}}}}private://记录学生和课程信息unordered_map<int, list<weak_ptr<Student>>> _course;};
int main()
{//实例两个学生shared_ptr<Student> stu1( new Student1("张三"));shared_ptr<Student> stu2 ( new Student2("李四"));//教务系统DeanSys dean;//张三选了课程1,2,3dean.SelectCourse(stu1, 1);dean.SelectCourse(stu1, 2);dean.SelectCourse(stu1, 3);//李四选了课程2,3dean.SelectCourse(stu2, 2);dean.SelectCourse(stu2, 3);//教务处发通知让学生上课int classId;while (1){cout << "请输入课程ID:>>";cin >> classId;if (classId <= 0)break;dean.NoticeStudent(classId);}
}