الگوی مشاهده‌گر عمومی: ساخت سیستم‌های رویداد انعطاف‌پذیر

الگوی مشاهده‌گر یک الگوی طراحی رفتاری است که وابستگی یک به چند را بین اشیاء تعریف می‌کند، به طوری که هنگامی که یک شیء وضعیت خود را تغییر می‌دهد، تمام وابستگان آن به طور خودکار مطلع و به‌روزرسانی می‌شوند. این الگو برای ساخت سیستم‌های انعطاف‌پذیر و با اتصال ضعیف حیاتی است. این مقاله به بررسی یک پیاده‌سازی عمومی از الگوی مشاهده‌گر می‌پردازد که اغلب در معماری‌های مبتنی بر رویداد استفاده می‌شود و برای طیف وسیعی از برنامه‌ها مناسب است.

درک الگوی مشاهده‌گر

در هسته خود، الگوی مشاهده‌گر شامل دو شرکت‌کننده اصلی است:

• موضوع (قابل مشاهده): شیئی که وضعیت آن تغییر می‌کند. این شیء لیستی از مشاهده‌گران را نگهداری می‌کند و آنها را از هرگونه تغییر مطلع می‌سازد.
• مشاهده‌گر: شیئی که در موضوع ثبت‌نام می‌کند و هنگام تغییر وضعیت موضوع، مطلع می‌شود.

زیبایی این الگو در توانایی آن در جداسازی موضوع از مشاهده‌گران آن نهفته است. موضوع نیازی به دانستن کلاس‌های خاص مشاهده‌گران خود ندارد، فقط اینکه آنها یک رابط خاص را پیاده‌سازی می‌کنند. این امر انعطاف‌پذیری و قابلیت نگهداری بیشتری را فراهم می‌کند.

چرا از الگوی مشاهده‌گر عمومی استفاده کنیم؟

الگوی مشاهده‌گر عمومی، الگوی سنتی را با اجازه دادن به شما برای تعریف نوع داده‌ای که بین موضوع و مشاهده‌گران منتقل می‌شود، بهبود می‌بخشد. این رویکرد چندین مزیت را ارائه می‌دهد:

• امنیت نوع: استفاده از جنرال‌ها (Generics) تضمین می‌کند که نوع صحیح داده بین موضوع و مشاهده‌گران منتقل می‌شود و از خطاهای زمان اجرا جلوگیری می‌کند.
• قابلیت استفاده مجدد: یک پیاده‌سازی عمومی واحد می‌تواند برای انواع مختلف داده استفاده شود و تکرار کد را کاهش دهد.
• انعطاف‌پذیری: با تغییر نوع عمومی، الگو را می‌توان به راحتی با سناریوهای مختلف تطبیق داد.

جزئیات پیاده‌سازی

بیایید یک پیاده‌سازی ممکن از الگوی مشاهده‌گر عمومی را بررسی کنیم، با تمرکز بر وضوح و سازگاری برای تیم‌های توسعه بین‌المللی. ما از یک رویکرد مفهومی مستقل از زبان استفاده خواهیم کرد، اما مفاهیم مستقیماً به زبان‌هایی مانند جاوا، سی#، تایپ‌اسکریپت یا پایتون (با اشاره‌گرهای نوع) ترجمه می‌شوند.

۱. رابط مشاهده‌گر

رابط مشاهده‌گر، قرارداد را برای همه مشاهده‌گران تعریف می‌کند. این معمولاً شامل یک متد `update` واحد است که هنگام تغییر وضعیت موضوع، توسط موضوع فراخوانی می‌شود.

interface Observer<T> {
  void update(T data);
}

در این رابط، `T` نشان‌دهنده نوع داده‌ای است که مشاهده‌گر از موضوع دریافت خواهد کرد.

۲. کلاس موضوع (قابل مشاهده)

کلاس موضوع لیستی از مشاهده‌گران را نگهداری می‌کند و متدهایی را برای افزودن، حذف و مطلع کردن آنها فراهم می‌کند.

class Subject<T> {
  private List<Observer<T>> observers = new ArrayList<>();

  public void attach(Observer<T> observer) {
    observers.add(observer);
  }

  public void detach(Observer<T> observer) {
    observers.remove(observer);
  }

  protected void notify(T data) {
    for (Observer<T> observer : observers) {
      observer.update(data);
    }
  }
}

متدهای `attach` و `detach` به مشاهده‌گران اجازه می‌دهند تا در موضوع ثبت‌نام کرده و لغو ثبت‌نام کنند. متد `notify` از طریق لیست مشاهده‌گران تکرار می‌شود و متد `update` آنها را با داده‌های مربوطه فراخوانی می‌کند.

۳. مشاهده‌گران مشخص

مشاهده‌گران مشخص، کلاس‌هایی هستند که رابط `Observer` را پیاده‌سازی می‌کنند. آنها اقدامات خاصی را تعریف می‌کنند که باید هنگام تغییر وضعیت موضوع انجام شود.

class ConcreteObserver implements Observer<String> {
  private String observerId;

  public ConcreteObserver(String id) {
      this.observerId = id;
  }

  @Override
  public void update(String data) {
    System.out.println("Observer " + observerId + " received: " + data);
  }
}

در این مثال، `ConcreteObserver` یک `String` را به عنوان داده دریافت می‌کند و آن را در کنسول چاپ می‌کند. `observerId` به ما اجازه می‌دهد بین چندین مشاهده‌گر تمایز قائل شویم.

۴. موضوع مشخص

یک موضوع مشخص، کلاس `Subject` را گسترش می‌دهد و وضعیت را نگه می‌دارد. پس از تغییر وضعیت، همه مشاهده‌گران ثبت‌نام شده را مطلع می‌کند.

class ConcreteSubject extends Subject<String> {
  private String message;

  public String getMessage() {
    return message;
  }

  public void setMessage(String message) {
    this.message = message;
    notify(message);
  }
}

متد `setMessage` وضعیت موضوع را به‌روزرسانی می‌کند و همه مشاهده‌گران را با پیام جدید مطلع می‌کند.

نمونه استفاده

در اینجا نمونه‌ای از نحوه استفاده از الگوی مشاهده‌گر عمومی آورده شده است:

public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();

    ConcreteObserver observer1 = new ConcreteObserver("A");
    ConcreteObserver observer2 = new ConcreteObserver("B");

    subject.attach(observer1);
    subject.attach(observer2);

    subject.setMessage("Hello, Observers!");

    subject.detach(observer2);

    subject.setMessage("Goodbye, B!");
  }
}

این کد یک موضوع و دو مشاهده‌گر ایجاد می‌کند. سپس مشاهده‌گران را به موضوع متصل می‌کند، پیام موضوع را تنظیم می‌کند و یکی از مشاهده‌گران را جدا می‌کند. خروجی به شرح زیر خواهد بود:

Observer A received: Hello, Observers!
Observer B received: Hello, Observers!
Observer A received: Goodbye, B!

مزایای الگوی مشاهده‌گر عمومی

• اتصال ضعیف: موضوعات و مشاهده‌گران با اتصال ضعیف به هم متصل هستند که باعث ماژولار بودن و قابلیت نگهداری می‌شود.
• انعطاف‌پذیری: مشاهده‌گران جدید را می‌توان بدون تغییر موضوع اضافه یا حذف کرد.
• قابلیت استفاده مجدد: پیاده‌سازی عمومی را می‌توان برای انواع مختلف داده مجدداً استفاده کرد.
• امنیت نوع: استفاده از جنرال‌ها تضمین می‌کند که نوع صحیح داده بین موضوع و مشاهده‌گران منتقل می‌شود.
• مقیاس‌پذیری: به راحتی قابل مقیاس‌بندی برای مدیریت تعداد زیادی مشاهده‌گر و رویداد.

موارد استفاده

الگوی مشاهده‌گر عمومی را می‌توان در طیف وسیعی از سناریوها اعمال کرد، از جمله:

• معماری‌های مبتنی بر رویداد: ساخت سیستم‌های مبتنی بر رویداد که در آن اجزا به رویدادهای منتشر شده توسط سایر اجزا واکنش نشان می‌دهند.
• رابط‌های کاربری گرافیکی (GUI): پیاده‌سازی مکانیسم‌های مدیریت رویداد برای تعاملات کاربر.
• اتصال داده: همگام‌سازی داده‌ها بین بخش‌های مختلف یک برنامه.
• به‌روزرسانی‌های بلادرنگ: ارسال به‌روزرسانی‌های بلادرنگ به کلاینت‌ها در برنامه‌های وب. یک برنامه تابلوی سهام را تصور کنید که در آن چندین کلاینت نیاز به به‌روزرسانی دارند هر زمان که قیمت سهام تغییر می‌کند. سرور قیمت سهام می‌تواند موضوع باشد و برنامه‌های کلاینت می‌توانند مشاهده‌گر باشند.
• سیستم‌های اینترنت اشیا (IoT): نظارت بر داده‌های حسگر و فعال کردن اقدامات بر اساس آستانه‌های از پیش تعریف شده. به عنوان مثال، در یک سیستم خانه هوشمند، یک حسگر دما (موضوع) می‌تواند ترموستات (مشاهده‌گر) را برای تنظیم دما در صورت رسیدن به سطح خاصی مطلع کند. یک سیستم توزیع شده جهانی را که سطوح آب در رودخانه‌ها را برای پیش‌بینی سیل نظارت می‌کند، در نظر بگیرید.

ملاحظات و بهترین شیوه‌ها

• مدیریت حافظه: اطمینان حاصل کنید که مشاهده‌گران به درستی از موضوع جدا شده‌اند تا از نشت حافظه جلوگیری شود. در صورت نیاز از مراجع ضعیف استفاده کنید.
• ایمنی رشته: اگر موضوع و مشاهده‌گران در رشته‌های مختلف اجرا می‌شوند، اطمینان حاصل کنید که لیست مشاهده‌گران و فرآیند اعلان، رشته‌ای امن هستند. از مکانیسم‌های همگام‌سازی مانند قفل‌ها یا ساختارهای داده همزمان استفاده کنید.
• مدیریت خطا: مدیریت خطای مناسب را برای جلوگیری از خرابی کل سیستم توسط استثنائات در مشاهده‌گران پیاده‌سازی کنید. استفاده از بلوک‌های try-catch در متد `notify` را در نظر بگیرید.
• عملکرد: از اطلاع‌رسانی غیرضروری به مشاهده‌گران خودداری کنید. از مکانیسم‌های فیلترینگ برای اطلاع‌رسانی فقط به مشاهده‌گرانی استفاده کنید که به رویدادهای خاص علاقه‌مند هستند. همچنین، دسته‌بندی اعلان‌ها را برای کاهش سربار فراخوانی متد `update` چندین بار در نظر بگیرید.
• تجمیع رویداد: در سیستم‌های پیچیده، تجمیع رویداد را برای ترکیب چندین رویداد مرتبط در یک رویداد واحد در نظر بگیرید. این می‌تواند منطق مشاهده‌گر را ساده کرده و تعداد اعلان‌ها را کاهش دهد.

جایگزین‌های الگوی مشاهده‌گر

در حالی که الگوی مشاهده‌گر یک ابزار قدرتمند است، همیشه بهترین راه‌حل نیست. در اینجا چند جایگزین برای در نظر گرفتن وجود دارد:

• انتشار-اشتراک (Pub/Sub): یک الگوی کلی‌تر که به ناشران و مشترکان اجازه می‌دهد بدون اطلاع از یکدیگر ارتباط برقرار کنند. این الگو اغلب با استفاده از صف‌های پیام یا کارگزاران پیاده‌سازی می‌شود.
• سیگنال‌ها/اسلات‌ها: مکانیزمی که در برخی از چارچوب‌های GUI (مانند Qt) استفاده می‌شود و راهی امن برای اتصال اشیاء ارائه می‌دهد.
• برنامه‌نویسی واکنشی: یک الگوی برنامه‌نویسی که بر مدیریت جریان‌های داده ناهمزمان و انتشار تغییرات تمرکز دارد. چارچوب‌هایی مانند RxJava و ReactiveX ابزارهای قدرتمندی برای پیاده‌سازی سیستم‌های واکنشی ارائه می‌دهند.

انتخاب الگو به الزامات خاص برنامه بستگی دارد. قبل از تصمیم‌گیری، پیچیدگی، مقیاس‌پذیری و قابلیت نگهداری هر گزینه را در نظر بگیرید.

ملاحظات تیم توسعه جهانی

هنگام کار با تیم‌های توسعه جهانی، اطمینان از اینکه الگوی مشاهده‌گر به طور مداوم پیاده‌سازی می‌شود و همه اعضای تیم اصول آن را درک می‌کنند، حیاتی است. در اینجا چند نکته برای همکاری موفق آورده شده است:

• ایجاد استانداردهای کدنویسی: استانداردهای کدنویسی و دستورالعمل‌های روشنی برای پیاده‌سازی الگوی مشاهده‌گر تعریف کنید. این به اطمینان از سازگاری و قابلیت نگهداری کد در بین تیم‌ها و مناطق مختلف کمک خواهد کرد.
• ارائه آموزش و مستندات: آموزش و مستندات مربوط به الگوی مشاهده‌گر را به همه اعضای تیم ارائه دهید. این به اطمینان از اینکه همه الگو را درک کرده و نحوه استفاده مؤثر از آن را می‌دانند، کمک خواهد کرد.
• استفاده از بازبینی کد: بازبینی‌های منظم کد را انجام دهید تا اطمینان حاصل شود که الگوی مشاهده‌گر به درستی پیاده‌سازی شده و کد، استانداردهای تعریف شده را برآورده می‌کند.
• تقویت ارتباطات: ارتباطات باز و همکاری را در بین اعضای تیم تشویق کنید. این به شناسایی و حل زودهنگام هرگونه مشکل کمک خواهد کرد.
• در نظر گرفتن بومی‌سازی: هنگام نمایش داده‌ها به مشاهده‌گران، الزامات بومی‌سازی را در نظر بگیرید. اطمینان حاصل کنید که تاریخ‌ها، اعداد و ارزها به درستی برای منطقه کاربر قالب‌بندی شده‌اند. این به خصوص برای برنامه‌هایی با پایگاه کاربران جهانی اهمیت دارد.
• منطقه‌های زمانی: هنگام کار با رویدادهایی که در زمان‌های خاص رخ می‌دهند، به منطقه‌های زمانی توجه داشته باشید. از یک نمایش منطقه‌ی زمانی سازگار (به عنوان مثال، UTC) استفاده کنید و هنگام نمایش زمان‌ها، آنها را به منطقه‌ی زمانی محلی کاربر تبدیل کنید.

نتیجه‌گیری

الگوی مشاهده‌گر عمومی یک ابزار قدرتمند برای ساخت سیستم‌های انعطاف‌پذیر و با اتصال ضعیف است. با استفاده از جنرال‌ها، می‌توانید یک پیاده‌سازی نوع-ایمن و قابل استفاده مجدد ایجاد کنید که می‌تواند با طیف وسیعی از سناریوها سازگار شود. هنگامی که به درستی پیاده‌سازی شود، الگوی مشاهده‌گر می‌تواند قابلیت نگهداری، مقیاس‌پذیری و تست‌پذیری برنامه‌های شما را بهبود بخشد. هنگام کار در یک تیم جهانی، تأکید بر ارتباطات شفاف، استانداردهای کدنویسی سازگار و آگاهی از ملاحظات بومی‌سازی و منطقه‌ی زمانی برای پیاده‌سازی و همکاری موفقیت‌آمیز ضروری است. با درک مزایا، ملاحظات و جایگزین‌های آن، می‌توانید تصمیمات آگاهانه‌ای در مورد زمان و نحوه استفاده از این الگو در پروژه‌های خود بگیرید. با درک اصول اصلی و بهترین شیوه‌های آن، تیم‌های توسعه در سراسر جهان می‌توانند راه‌حل‌های نرم‌افزاری قوی‌تر و سازگارتر بسازند.