觀察者模式在交通信號系統中的應用

溫立輝

摘 要：針對交通信號系統中信號燈與控制中心的耦合問題，討論了觀察者模式的思想原理以及類組成結構，闡述觀察者模式的適用場景；同時分析了觀察者模式如何應用在交通信號系統中，進一步提升信號燈的合理性與靈活性。

關鍵詞：觀察者；訂閱；發布；主題；通知

觀察者模式（Publish/Subscribe）是一種行為模式，適用于多對象信息系統的交互場景中，其能有效的降低主題與對象間的依賴關系，解耦模塊間的耦合程度，進一步提升編程語言的抽象能力。

1 認識觀察者模式

觀察者模式作為一種解耦模式，是行為模式中的典范，其核心要素是主題類，也稱為模式中心，其一舉一動都會影響相關的追隨者—訂閱類，其行為體現了一種廣播式的傳遞效應。

在圖1中可以看到，該模式由四部分組成，分別是：主題、訂閱者以及兩個抽象基類的實現子類，每個部分具體功能結構描述如下。

1.1 抽象主題（Subject）

各具體主題類的繼承類，定義了注冊監聽主題的方法（register），還存在發布主題更改的方法（publishNotice），具體的主題類實現由子類定義。

1.2 具體主題（ConcreteSubject）

抽象主題類的一個實現子類，負責定義具體的主題，需實現父類主題的定義方法（setNotice）。

1.3 抽象觀察者（Observer）

抽象觀察者父類是所有觀察者對外交互的門面，本類中需定義一個抽象的接收通知方法（receiveNotice），在抽象主題類中需引入該類型，作為對觀察者的操作引用。

1.4 具體觀察者（ConcreteObserver）

抽象觀察者的一個實現子類，在主題狀態發生變化時，負責接收消息更改具體觀察者自身的狀態，需實現父類中receiveNotice方法。

2 在信號系統中應用

觀察者模式最典型的應用就是交通信號系統中，在該系統中有信號控制中心與為數眾多的信號燈。當信號控制中心發出對應的信號變換指令時，所有信號指示燈都需變更自身信號指示，也就是當信息控制中心這一主題發生變化時，所有的觀察者對象（信號燈）都要更改自身的狀態，如圖2所示。

完成以上4步，就基本上實現了信號系統的主體結構，其余只完成相應的細節，加上如界面組件及監聽控制等方面即可。

3 結語

將一個系統分割成眾多的協作類增加了程序的靈活度，但同時也帶來負面影響，那就是需要維護分割出來后對象之間的一致性。在交通信號系統中，恰如其分的使用了訂閱/發布這一行為模式而有效降低了指揮中心與信號燈的耦合，極大的提高了系統的靈活性與裝配能力。

參考文獻：

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