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Python 中的 Observer（观察者）设计模式 是一种行为型设计模式，用于定义一种订阅机制，让多个观察者对象在某一对象的状态发生变化时自动接收到通知。该模式常用于事件驱动的架构，例如 GUI 系统、消息推送系统等。

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Observer 模式的组成

1. Subject（被观察者）：

   • 持有观察者列表，并提供添加、移除观察者的方法。
   • 当状态变化时，通知所有观察者。

2. Observer（观察者）：

   • 定义接口，接收来自 Subject 的更新。

3. ConcreteSubject 和 ConcreteObserver：

   • ConcreteSubject 负责存储具体的状态并通知观察者。
   • ConcreteObserver 实现观察者接口，响应状态变化。

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如何在 Python 中实现 Observer 模式

示例：股票价格通知系统

# 观察者接口
class Observer:def update(self, subject):raise NotImplementedError("Subclasses must implement this method.")# 被观察者基类
class Subject:def __init__(self):self._observers = []  # 存储观察者def attach(self, observer):if observer not in self._observers:self._observers.append(observer)def detach(self, observer):self._observers.remove(observer)def notify(self):for observer in self._observers:observer.update(self)# 具体的被观察者
class Stock(Subject):def __init__(self, name, price):super().__init__()self.name = nameself._price = price@propertydef price(self):return self._price@price.setterdef price(self, new_price):if self._price != new_price:self._price = new_priceself.notify()  # 通知观察者价格已变化# 具体的观察者
class Investor(Observer):def __init__(self, name):self.name = namedef update(self, subject):print(f"通知 {self.name}: {subject.name} 的价格已更新为 {subject.price}.")# 使用 Observer 模式
if __name__ == "__main__":# 创建股票对象google_stock = Stock("Google", 1500)# 创建投资者对象investor_a = Investor("Alice")investor_b = Investor("Bob")# 添加观察者google_stock.attach(investor_a)google_stock.attach(investor_b)# 修改价格并触发通知google_stock.price = 1550google_stock.price = 1600# 移除观察者google_stock.detach(investor_a)google_stock.price = 1650

输出结果：

通知 Alice: Google 的价格已更新为 1550.
通知 Bob: Google 的价格已更新为 1550.
通知 Alice: Google 的价格已更新为 1600.
通知 Bob: Google 的价格已更新为 1600.
通知 Bob: Google 的价格已更新为 1650.

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使用 Python 内置的 weakref.WeakSet 优化

weakref.WeakSet 可以防止因为观察者未被移除而导致的内存泄漏：

from weakref import WeakSetclass Subject:def __init__(self):self._observers = WeakSet()def attach(self, observer):self._observers.add(observer)def detach(self, observer):self._observers.discard(observer)def notify(self):for observer in self._observers:observer.update(self)

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使用 Python 的内置库实现

Python 的 weakref 和 Observable 可用于更高级的实现，例如通过 abc 模块定义接口或利用事件机制。

使用 Observer Pattern 的替代方案

• asyncio：实现异步事件通知。
• pubsub（发布订阅库）：如 PyPubSub。
• GUI 框架自带的信号与槽：例如 PyQt。

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适用场景

1. 事件驱动系统：按钮点击事件、输入框监听。
2. 实时通知系统：新闻订阅、股票更新。
3. 解耦系统模块：通过观察者减少模块间的直接依赖。

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总结

Observer 模式在 Python 中实现起来非常自然，且可以根据实际需求选择基本实现或利用更高级的特性（如弱引用、生成器等）优化。