نمط المراقب

في تصميم البرمجيات وهندسة البرمجيات ، يُعد نمط المراقب نمطًا تصميميًا برمجيًا حيث يحتفظ كائن، يُسمى الموضوع ( ويُعرف أيضًا بمصدر الحدث أو تدفق الأحداث )، بقائمة من توابعه، تُسمى المراقبين (ويُعرفون أيضًا بمستقبلات الأحداث )، ويُخطرهم تلقائيًا بأي تغييرات في الحالة ، عادةً عن طريق استدعاء إحدى وظائفهم . يتعرف الموضوع على مراقبيه من خلال واجهة موحدة، ويدير قائمة الاشتراكات مباشرةً.

يُنشئ هذا النمط تبعية من نوع واحد إلى متعدد، حيث يمكن لعدة مراقبين الاستماع إلى موضوع واحد، ولكن عادةً ما يكون هذا الترابط متزامنًا ومباشرًا - إذ يستدعي الموضوع أساليب المراقبين عند حدوث تغييرات، مع إمكانية استخدام تطبيقات غير متزامنة باستخدام قوائم انتظار الأحداث. وعلى عكس نمط النشر والاشتراك ، لا يوجد وسيط؛ فالموضوع والمراقبون لديهم مراجع مباشرة لبعضهم البعض.

يُستخدم هذا النمط عادةً لتنفيذ أنظمة معالجة الأحداث في البرمجة الموجهة بالأحداث ، وخاصةً الأنظمة الداخلية مثل أدوات واجهة المستخدم الرسومية أو أطر عمل MVC. وهذا ما يجعله مناسبًا تمامًا لمعالجة البيانات التي تصل بشكل غير متوقع، مثل مدخلات المستخدم ، وطلبات HTTP ، وإشارات GPIO ، والتحديثات من قواعد البيانات الموزعة ، أو التغييرات في نموذج واجهة المستخدم الرسومية .

يُعد نمط تصميم المراقب أحد أنماط التصميم السلوكية المدرجة ضمن أنماط "عصابة الأربعة" الـ 23 المعروفة، والتي تعالج تحديات التصميم المتكررة بهدف تصميم برمجيات كائنية التوجه مرنة وقابلة لإعادة الاستخدام، مما ينتج عنه كائنات أسهل في التنفيذ والتغيير والاختبار وإعادة الاستخدام. ^{[ 1 ]}

يلبي نمط المراقب المتطلبات التالية: ^{[ 2 ]}

• ينبغي تعريف علاقة التبعية من واحد إلى متعدد بين الكائنات دون جعل الكائنات مترابطة بشكل وثيق.
• عندما يتغير وضع أحد الكائنات، يجب تحديث عدد غير محدد من الكائنات التابعة تلقائيًا.
• يمكن للكائن الواحد إخطار عدة كائنات أخرى.

يتمثل النهج البسيط في قيام كائن واحد (الموضوع) باستدعاء دوال محددة مباشرةً على كل كائن تابع. يؤدي هذا إلى ترابط وثيق لأن الموضوع يجب أن يعرف الأنواع الملموسة والواجهات المحددة لجميع الكائنات التابعة، مما يجعل الكود غير مرن ويصعب توسيعه. مع ذلك، قد يكون هذا النهج المباشر مفضلاً في السيناريوهات الحساسة للأداء (مثل هياكل النواة منخفضة المستوى أو أنظمة الوقت الحقيقي) حيث يكون عبء التجريد غير مقبول، ويكون تحسين وقت الترجمة أمرًا بالغ الأهمية.

يوفر نمط المراقب بديلاً أكثر مرونة من خلال وضع بروتوكول إخطار قياسي:

1. قم بتعريف Subjectالكائنات Observerذات الواجهات القياسية.
2. عندما يتغير وضع أحد الأشخاص، يتم إخطار جميع المراقبين المسجلين وتحديث بياناتهم تلقائيًا.
3. يدير الكائن حالته الخاصة مع الاحتفاظ بقائمة من المراقبين وإخطارهم بتغييرات الحالة عن طريق استدعاء عملياتهم update().
4. تتمثل مسؤولية المراقبين في تسجيل أنفسهم وإلغاء تسجيلهم لدى موضوع ما (من أجل إخطارهم بتغييرات الحالة) وتحديث حالتهم (لمزامنتها مع حالة الموضوع) عند إخطارهم بذلك.

يُتيح هذا النهج ربطًا ضعيفًا بين الكائن الخاضع للمراقبة والمراقبين من خلال توحيد واجهة المستخدم. يكفي أن يعرف الكائن الخاضع للمراقبة أن المراقبين يُنفذون هذه update()الطريقة، فهو لا يعلم شيئًا عن أنواع المراقبين المحددة أو تفاصيل التنفيذ الداخلية. ويمكن إضافة المراقبين وإزالتهم بشكل مستقل أثناء التشغيل.

يرتبط نمط المراقبة ونمط النشر والاشتراك ارتباطًا وثيقًا، وغالبًا ما يُخلط بينهما، إذ يدعم كلاهما التواصل من طرف واحد إلى عدة أطراف بين المكونات. ومع ذلك، يختلفان اختلافًا كبيرًا في البنية، ودرجة الترابط، وحالات الاستخدام الشائعة.

يلخص الجدول أدناه الاختلافات الرئيسية:

في الواقع، تطورت أنظمة النشر والاشتراك لمعالجة العديد من القيود التي تعتري نمط المراقب. يُنشئ تطبيق المراقب النموذجي ترابطًا وثيقًا بين الكائن الخاضع للمراقبة والمراقبين التابعين له. قد يُحدّ هذا من قابلية التوسع والمرونة وسهولة الصيانة، لا سيما في البيئات الموزعة. يجب أن يلتزم كل من الكائنات الخاضعة للمراقبة والمراقبين بواجهة مشتركة، ويكون كلا الطرفين على دراية بوجود الآخر.

لتقليل هذا الترابط، تُدخل أنظمة النشر والاشتراك وسيط رسائل أو ناقل أحداث يعمل كوسيط بين الناشرين والمشتركين. تُزيل هذه الطبقة الإضافية الحاجة إلى المراجع المباشرة، مما يسمح للأنظمة بالتطور بشكل مستقل. كما قد يدعم الوسطاء ميزات مثل استمرارية الرسائل، وضمانات التسليم، والتصفية القائمة على المواضيع، والاتصال غير المتزامن.

في بعض الأنظمة، يُستخدم نمط المراقب داخليًا لتنفيذ آليات الاشتراك خلف واجهة النشر والاشتراك. وفي حالات أخرى، تُطبَّق الأنماط بشكل مستقل. على سبيل المثال، غالبًا ما توفر مكتبات وأطر عمل جافا سكريبت اشتراكات شبيهة بالمراقب (مثلًا، عبر تسجيل ردود الاتصال) وآليات نشر واشتراك منفصلة (مثلًا، عبر مُصدِرات الأحداث أو الإشارات). ^{[ 3 ] [ 4 ]}

تاريخياً، في أنظمة التشغيل الرسومية المبكرة مثل OS/2 ومايكروسوفت ويندوز ، كان مصطلحا "النشر والاشتراك" و"البرمجة الموجهة بالأحداث" يستخدمان غالباً كمرادفين لنمط المراقب. ^{[ 5 ]}

يتجاهل نمط المراقب، كما هو مُصاغ في كتاب أنماط التصميم [ ^{1 ]، عمداً بعض الجوانب مثل إلغاء الاشتراك، وتصفية الإشعارات، وضمانات التسليم، وتسجيل الرسائل. تُطبَّق هذه الإمكانيات المتقدمة عادةً في أنظمة طوابير الرسائل القوية، حيث قد يُشكِّل نمط المراقب آلية أساسية ،} ولكنه غير كافٍ بحد ذاته.

تشمل الأنماط ذات الصلة الوسيط والنمط الفردي .

java.util.Observerعلى الرغم من وجود فئات المكتبة java.util.Observable، فقد تم إهمالها في Java 9 لأن النموذج المطبق كان محدودًا للغاية.

فيما يلي مثال مكتوب بلغة جافا يستقبل مدخلات لوحة المفاتيح ويتعامل مع كل سطر إدخال كحدث. عند إدخال سلسلة نصية System.in، يتم استدعاء الدالة notifyObservers()لإعلام جميع المراقبين بوقوع الحدث، وذلك عن طريق استدعاء دوال التحديث الخاصة بهم.

package org.wikipedia.examples ;استيراد java.util.ArrayList ؛ استيراد java.util.List ؛ استيراد java.util.Scanner ؛واجهة المراقب { void update ( String event ); } فئة مصدر الحدث { List < Observer > observers = new ArrayList <> (); public void notifyObservers ( String event ) { observers . forEach ( observer -> observer . update ( event )); } public void addObserver ( Observer observer ) { observers . add ( observer ); } public void scanSystemIn () { Scanner scanner = new Scanner ( System . in ); while ( scanner . hasNextLine ()) { String line = scanner . nextLine (); notifyObservers ( line ); } } }public class ObserverDemo { public static void main ( String [] args ) { System . out . println ( "أدخل النص: " ); EventSource eventSource = new EventSource (); eventSource . addObserver ( event -> System . out . printf ( "تم استلام الاستجابة: %s%n" , event ));eventSource.scanSystemIn ( ) ; } }

namespace Wikipedia.Examples ;باستخدام System ؛ باستخدام System.Collections.Generic ؛class Payload { internal string Message { get ; init ; } }class Subject : IObservable < Payload > { private readonly List < IObserver < Payload >> _observers = new ();IDisposable IObservable <Payload> .Subscribe ( IObserver <Payload> observer ) { if ( ! _observers.Contains ( observer ) ) { _observers.Add ( observer ) ; }​​​​​​​return new Unsubscriber ( observer , _observers ); }internal void SendMessage ( string message ) { foreach ( IObserver < Payload > observer in _observers ) { observer . OnNext ( new Payload { Message = message }); } } }فئة داخلية Unsubscriber : IDisposable { خاص للقراءة فقط IObserver < Payload > _observer ; خاص للقراءة فقط ICollection < IObserver < Payload >> _observers ;إلغاء الاشتراك الداخلي ( مراقب < حمولة > المراقب ، مجموعة < مراقب < حمولة >> المراقبون ) { _المراقب = المراقب ؛ _المراقبون = المراقبون ؛ }void IDisposable.Dispose ( ) { if ( _observer ! = null && _observers.Contains ( _observer ) ) { _observers.Remove ( _observer ) ; } } }​​فئة داخلية Observer : IObserver < Payload > { سلسلة خاصة _message ;public void OnCompleted () { }public void OnError ( Exception error ) { }public void OnNext ( Payload value ) { _message = value . Message ; }internal IDisposable Register ( IObservable < Payload > subject ) { return subject . Subscribe ( this ); } }

استيراد std ؛باستخدام std :: reference_wrapper ؛ باستخدام std :: vector ؛class Subject ; // تعريف مسبق للاستخدام في Observerclass Observer { private : // مرجع إلى كائن Subject لفصله في المُدمِّر Subject & subject ; public : explicit Observer ( Subject & subj ) : subject { subj } { subject . attach ( * this ); }virtual ~ Observer () { subject . detach ( * this ); } Observer ( const Observer & ) = delete ; Observer & operator = ( const Observer & ) = delete ;virtual void update ( Subject & s ) const = 0 ; };// الفئة Subject هي الفئة الأساسية لتوليد الأحداث class Subject { private : vector <refObserver> observers ; public : using RefObserver = reference_wrapper < const Observer > ; // إشعار جميع المراقبين المرفقين void notify () { for ( const Observer & x : observers ) { x.get ( ). update ( * this ) ; } } // إضافة مراقب void attach ( const Observer & observer ) { observers.push_back ( observer ); } // إزالة مراقب void detach ( Observer & observer ) { observers.remove_if ([ & observer ] ( const RefObserver & obj ) - > bool { return & obj.get ( ) == & observer ; } ) ; } } ;// مثال على الاستخدام class ConcreteObserver : public Observer { public : explicit ConcreteObserver ( Subject & subj ) : Observer ( subj ) {} // الحصول على إشعار void update ( Subject & ) const override { std :: println ( "تم الحصول على إشعار" ); } };int main ( int argc , char * argv []) { Subject cs ; ConcreteObserver co1 ( cs ); ConcreteObserver co2 ( cs ); cs . notify (); }

تلقيت إشعارًا​​​​

class EventSource { private observers = []private notifyObservers ( String event ) { observers . each { it ( event ) } }void addObserver ( observer ) { observers += observer }void scanSystemIn () { var scanner = new Scanner ( System . in ) while ( scanner ) { var line = scanner . nextLine () notifyObservers ( line ) } } }println 'أدخل النص: ' var eventSource = new EventSource ()eventSource.addObserver { event- > println "تم استلام الاستجابة: $ event " }eventSource.scanSystemIn ( )​

استيراد java.util.Scannertypealias Observer = ( event : String ) -> Unit ;class EventSource { private var observers = mutableListOf < Observer > ()دالة خاصة تُعلم المراقبين ( حدث : سلسلة نصية ) { المراقبون . لكل { مراقب ( حدث ) } }fun addObserver ( observer : Observer ) { observers += observer }fun scanSystemIn ( ) { val scanner = Scanner ( System.`in` ) while ( scanner.hasNext ( ) ) { val line = scanner.nextLine ( ) notifyObservers ( line ) } } }​​

fun main ( arg : List < String > ) { println ( "أدخل النص: " ) val eventSource = EventSource ()eventSource.addObserver { event- > println ( " تم استلام الاستجابة : $ event " ) }eventSource.scanSystemIn ( ) }​

يستخدم System.Generics.Collections و System.SysUtils ؛​​​​​​نوع IObserver = واجهة [ '{0C8F4C5D-1898-4F24-91DA-63F1DD66A692}' ] إجراء التحديث ( const AValue : سلسلة ) ; نهاية ;نوع TObserverManager = فئة خاصة FObservers : TList <IObserver> ; مُنشئ عام Create ; تحميل زائد ; مُدمِّر Destroy ; تجاوز ; إجراء NotifyObservers ( const AValue : string ) ; إجراء AddObserver ( const AObserver : IObserver ) ; إجراء UnregisterObserver ( const AObserver : IObserver ) ; نهاية ;type TListener = class ( TInterfacedObject , IObserver ) private FName : string ; public constructor Create ( const AName : string ) ; reintroduce ; procedure Update ( const AValue : string ) ; end ;الإجراء TObserverManager.AddObserver ( const AObserver : IObserver ) ; ابدأ إذا لم يكن FObservers.Contains ( AObserver ) ثم FObservers.Add ( AObserver ) ; انتهى ؛​​​​​ابدأ FreeAndNil ( FObservers ) ؛ موروث ؛ نهاية ؛الإجراء TObserverManager.NotifyObservers ( const AValue : string ) ; var i : Integer ; begin for i : = 0 to FObservers.Count - 1 do FObservers [ i ] .Update ( AValue ) ; end ;​​​​الإجراء TObserverManager.UnregisterObserver ( const AObserver : IObserver ) ; ابدأ إذا كان FObservers.Contains ( AObserver ) ثم FObservers.Remove ( AObserver ) ; انتهى ؛​​​​​constructor TListener.Create ( const AName : string ) ; begin inherited Create ; FName : = AName ; end ;​الإجراء TListener.Update ( const AValue : string ) ; ابدأ WriteLn ( FName + ' تم استلام إشعار من المستمع: ' + AValue ) ; انتهى ;الإجراء TMyForm.ObserverExampleButtonClick ( Sender : TObject ) ; var LDoorNotify : TObserverManager ; LListenerHusband : IObserver ; LListenerWife : IObserver ; begin LDoorNotify : = TObserverManager.Create ; try LListenerHusband : = TListener.Create ( ' Husband ' ) ; LDoorNotify.AddObserver ( LListenerHusband ) ; LListenerWife : = TListener.Create ( ' Wife ' ) ; LDoorNotify.AddObserver ( LListenerWife ) ; LDoorNotify.NotifyObservers ( ' شخص ما يطرق الباب ' ) ; finally FreeAndNil ( LDoorNotify ) ; end ;​​ نهاية ؛

تلقى الزوج المستمع إشعارًا: شخص ما يطرق الباب تلقت الزوجة المستمعة إشعارًا: شخص ما يطرق الباب 

من typing استورد Anyclass Subject : _observers : list [ Observer ]def __init__ ( self ) -> None : self . _observers = []def register_observer ( self , observer : Observer ) - > None : self._observers.append ( observer )​​​دالة notify_observers ( self , * args : tuple [ Any , ... ], ** kwargs : dict [ str , Any ]) -> None : for observer in self . _observers : observer . notify ( self , * args , ** kwargs )class Observer : def __init__ ( self , subject : Subject ) -> None : subject . register_observer ( self )دالة notify ( self , subject : Subject , * args : tuple [ Any , ... ], ** kwargs : dict [ str , Any ]) -> None : print ( f "تم استلام { args } , { kwargs } من { subject } " )الموضوع : الموضوع = الموضوع () المراقب : المراقب = المراقب ( الموضوع ) الموضوع.إشعار_المراقبين ( "اختبار" ، kw = " بايثون " )# يطبع: تم الحصول على ('test',) {'kw': 'python'} من <__main__.Observable object at 0x0000019757826FD0>

let Subject = { _state : 0 , _observers : [], add : function ( observer ) { this . _observers . push ( observer ); }, getState : function () { return this . _state ; }, setState : function ( value ) { this . _state = value ; for ( let i = 0 ; i < this . _observers . length ; i ++ ) { this . _observers [ i ]. signal ( this ); } } };let Observer = { signal : function ( subject ) { let currentValue = subject . getState (); console . log ( currentValue ); } }Subject.add ( Observer ) ; Subject.setState ( 10 ) ; // الإخراج في console.log - 10

• الاستدعاء الضمني
• نموذج العميل والخادم
• يُستخدم نمط المراقب غالبًا في نمط الكيان-المكون-النظام

• تطبيقات المراقب بلغات مختلفة على موقع ويكي بوكس