前端JavaScript设计模式

时间: 2020-01-05阅读: 517标签: 模式

一、基础知识

1. 面向对象的JavaScript

面向对象的三大特性:继承、封装、多态。

JavaScript 没有提供传统面向对象语言中的类式继承,而是通过原型委托的方式来实现对象与对象之间的继承。JavaScript 也没有在语言层面提供对抽象类和接口的支持。正因为存在这些跟传统面向对象语言不一致的地方,我们在用设计模式编写代码的时候,更要跟传统面向对象语言加以区别。

在将函数作为一等对象的语言中,有许多需要利用对象多态性的设计模式,比如命令模式、策略模式等,这些模式的结构与传统面向对象语言的结构大相径庭,实际上已经融入到了语言之中,我们可能经常使用它们,只是不知道它们的名字而已。


二、设计模式

1. 单例模式

1.1 概述

定义:保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。

单例模式是一种常用的模式,有一些对象我们往往只需要一个,比如线程池、全局缓存、浏览器中的window 对象等。在JavaScript 开发中,单例模式的用途同样非常广泛。试想一下,当我们单击登录按钮的时候,页面中会出现一个登录浮窗,而这个登录浮窗是唯一的,无论单击多少次登录按钮,这个浮窗都只会被创建一次,那么这个登录浮窗就适合用单例模式来创建。

1.2 实现
var Singleton = function( name ){
  this.name = name;
  this.instance = null;
};

Singleton.prototype.getName = function(){
  alert ( this.name );
};

Singleton.getInstance = function( name ){
  if ( !this.instance ){
    this.instance = new Singleton( name );
  }
  return this.instance;
};

var a = Singleton.getInstance( 'sven1' );
var b = Singleton.getInstance( 'sven2' );
alert ( a === b ); // true

或者

var Singleton = function( name ){
  this.name = name;
};

Singleton.prototype.getName = function(){
  alert ( this.name );
};

Singleton.getInstance = (function(){
  var instance = null;
  return function( name ){
    if ( !instance ){
      instance = new Singleton( name );
    }
    return instance;
  }
})();

存在的问题:我们通过Singleton.getInstance 来获取Singleton 类的唯一对象,这种方式相对简单,但有一个问题,就是增加了这个类的“不透明性”,Singleton 类的使用者必须知道这是一个单例类,跟以往通过new XXX 的方式来获取对象不同,这里偏要使用Singleton.getInstance 来获取对象。

改进:

var Creatediv = function( html ){
  this.html = html;
  this.init();
};

Creatediv.prototype.init = function(){
  var div = document.createElement( 'div' );
  div.innerHTML = this.html;
  document.body.appendChild( div );
};

// 接下来引入代理类proxySingletonCreateDiv:
var ProxySingletonCreateDiv = (function(){
  var instance;
  return function( html ){
  if ( !instance ){
    instance = new CreateDiv( html );
  }
  return instance;
}
})();

var a = new ProxySingletonCreateDiv( 'sven1' );
var b = new ProxySingletonCreateDiv( 'sven2' );
alert ( a === b );

2. 策略模式

2.1 概述

俗话说,条条大路通罗马。在美剧《越狱》中,主角Michael Scofield 就设计了两条越狱的道路。这两条道路都可以到达靠近监狱外墙的医务室。
同样,在现实中,很多时候也有多种途径到达同一个目的地。比如我们要去某个地方旅游,可以根据具体的实际情况来选择出行的线路。

如果没有时间但是不在乎钱,可以选择坐飞机。
如果没有钱,可以选择坐大巴或者火车。
如果再穷一点,可以选择骑自行车。

在程序设计中,我们也常常遇到类似的情况,要实现某一个功能有多种方案可以选择。比如一个压缩文件的程序,既可以选择zip 算法,也可以选择gzip 算法。这些算法灵活多样,而且可以随意互相替换。这种解决方案就是本章将要介绍的策略模式。

定义:定义一系列的算法,把它们一个个封装起来,并且使它们可以相互替换。

2.2 实现

策略模式有着广泛的应用。我们就以年终奖的计算为例进行介绍。很多公司的年终奖是根据员工的工资基数和年底绩效情况来发放的。例如,绩效为S 的人年终奖有4 倍工资,绩效为A 的人年终奖有3 倍工资,而绩效为B 的人年终奖是2 倍工资。假设财务部要求我们提供一段代码,来方便他们计算员工的年终奖。

1.最初的代码实现
我们可以编写一个名为calculateBonus 的函数来计算每个人的奖金数额。很显然,calculateBonus 函数要正确工作,就需要接收两个参数:员工的工资数额和他的绩效考核等级。
代码如下:

var performanceS = function( salary ){
  return salary * 4;
};

var performanceA = function( salary ){
  return salary * 3;
};

var performanceB = function( salary ){
  return salary * 2;
};

var calculateBonus = function( performanceLevel, salary ){
  if ( performanceLevel === 'S' ){
    return performanceS( salary );
  }
  if ( performanceLevel === 'A' ){
    return performanceA( salary );
  }
  if ( performanceLevel === 'B' ){
    return performanceB( salary );
  }
};

calculateBonus( 'A' , 10000 ); // 输出:30000

缺点:calculateBonus 函数有可能越来越庞大,而且在系统变化的时候缺乏弹性。

2.使用策略模式重构代码
策略模式指的是定义一系列的算法,把它们一个个封装起来。将不变的部分和变化的部分隔开是每个设计模式的主题,策略模式也不例外,策略模式的目的就是将算法的使用与算法的实现分离开来。

在这个例子里,算法的使用方式是不变的,都是根据某个算法取得计算后的奖金数额。而算法的实现是各异和变化的,每种绩效对应着不同的计算规则。
一个基于策略模式的程序至少由两部分组成。第一个部分是一组策略类,策略类封装了具体的算法,并负责具体的计算过程。 第二个部分是环境类Context,Context 接受客户的请求,随后把请求委托给某一个策略类。要做到这点,说明Context 中要维持对某个策略对象的引用。

现在用策略模式来重构上面的代码。第一个版本是模仿传统面向对象语言中的实现。我们先把每种绩效的计算规则都封装在对应的策略类里面:

var performanceS = function(){};
performanceS.prototype.calculate = function( salary ){
  return salary * 4;
};

var performanceA = function(){};
performanceA.prototype.calculate = function( salary ){
  return salary * 3;
};

var performanceB = function(){};
performanceB.prototype.calculate = function( salary ){
  return salary * 2;
};

// 接下来定义奖金类Bonus:
var Bonus = function(){
  this.salary = null; // 原始工资
  this.strategy = null; // 绩效等级对应的策略对象
};

Bonus.prototype.setSalary = function( salary ){
  this.salary = salary; // 设置员工的原始工资
};

Bonus.prototype.setStrategy = function( strategy ){
  this.strategy = strategy; // 设置员工绩效等级对应的策略对象
};

Bonus.prototype.getBonus = function(){ // 取得奖金数额
  return this.strategy.calculate( this.salary ); // 把计算奖金的操作委托给对应的策略对象
};

var bonus = new Bonus();
bonus.setSalary( 10000 );
bonus.setStrategy( new performanceS() ); // 设置策略对象
console.log( bonus.getBonus() ); // 输出:40000
bonus.setStrategy( new performanceA() ); // 设置策略对象
console.log( bonus.getBonus() ); // 输出:30000

3. 代理模式

3.1 概述

代理模式是为一个对象提供一个代用品或占位符,以便控制对它的访问。
代理模式是一种非常有意义的模式,在生活中可以找到很多代理模式的场景。比如,明星都有经纪人作为代理。如果想请明星来办一场商业演出,只能联系他的经纪人。经纪人会把商业演出的细节和报酬都谈好之后,再把合同交给明星签。
代理模式的关键是,当客户不方便直接访问一个对象或者不满足需要的时候,提供一个替身对象来控制对这个对象的访问,客户实际上访问的是替身对象。替身对象对请求做出一些处理之后,再把请求转交给本体对象。

3.2 代码

例子:
在四月一个晴朗的早晨,小明遇见了他的百分百女孩,我们暂且称呼小明的女神为A。两天之后,小明决定给A送一束花来表白。刚好小明打听到A 和他有一个共同的朋友B,于是内向的小明决定让B 来代替自己完成送花这件事情。虽然小明的故事必然以悲剧收场,因为追MM 更好的方式是送一辆宝马。不管怎样,我们还是先用代码来描述一下小明追女神的过程,先看看不用代理模式的情况

var Flower = function(){};
var xiaoming = {
  sendFlower: function( target ){
    var flower = new Flower();
    target.receiveFlower( flower );
  }
};

var A = {
  receiveFlower: function( flower ){
    console.log( '收到花 ' + flower );
  }
};

xiaoming.sendFlower( A );

接下来,我们引入代理B,即小明通过B 来给A 送花:

var Flower = function(){};
var xiaoming = {
  sendFlower: function( target){
    var flower = new Flower();
    target.receiveFlower( flower );
  }
};

var B = {
  receiveFlower: function( flower ){
    A.receiveFlower( flower );
  }
};

var A = {
  receiveFlower: function( flower ){
    console.log( '收到花 ' + flower );
  }
};
xiaoming.sendFlower( B );

很显然,执行结果跟第一段代码一致,至此我们就完成了一个最简单的代理模式的编写。

也许读者会疑惑,小明自己去送花和代理B 帮小明送花,二者看起来并没有本质的区别,引入一个代理对象看起来只是把事情搞复杂了而已。

的确,此处的代理模式毫无用处,它所做的只是把请求简单地转交给本体。但不管怎样,我们开始引入了代理,这是一个不错的起点。

现在我们改变故事的背景设定,假设当A 在心情好的时候收到花,小明表白成功的几率有60%,而当A 在心情差的时候收到花,小明表白的成功率无限趋近于0。小明跟A 刚刚认识两天,还无法辨别A 什么时候心情好。如果不合时宜地把花送给A,花被直接扔掉的可能性很大,这束花可是小明吃了7 天泡面换来的。但是A 的朋友B 却很了解A,所以小明只管把花交给B,B 会监听A 的心情变化,然后选择A 心情好的时候把花转交给A,代码如下:

var Flower = function(){};
var xiaoming = {
  sendFlower: function( target){
    var flower = new Flower();
    target.receiveFlower( flower );
  }
};

var B = {
  receiveFlower: function( flower ){
    A.listenGoodMood(function(){ // 监听A 的好心情
      A.receiveFlower( flower );
    });
  }
};

var A = {
  receiveFlower: function( flower ){
    console.log( '收到花 ' + flower );
  },
  listenGoodMood: function( fn ){
    setTimeout(function(){ // 假设10 秒之后A 的心情变好
      fn();
    }, 10000 );
  }
};

xiaoming.sendFlower( B );

代理分三种:
1.远程代理,帮助我们控制访问远程对象:
远程代理可以作为另一个JVM上对象的本地代表。调用代理的方法,会被代理利用网络转发到远程执行,并且结果会通过网络返回给代理,再由代理将结果转给客户。
2.虚拟代理,帮助我们控制访问创建开销大的资源虚拟代理作为创建开销大的对象的代表,经常会直到我们真正需要一个对象的时候才创建它。当对象在创建前和创建中时,由虚拟代理地来扮演对象的替身。对象创建后,代理就会将请求直接委托给对象。
3.保护代理,基于权限控制对资源的访问。

虽然这只是个虚拟的例子,但我们可以从中找到两种代理模式的身影。代理B可以帮助A过滤掉一些请求,比如送花的人中年龄太大的或者没有宝马的,这种请求就可以直接在代理B处被拒绝掉。这种代理叫作保护代理。A 和B 一个充当白脸,一个充当黑脸。白脸A 继续保持
良好的女神形象,不希望直接拒绝任何人,于是找了黑脸B 来控制对A 的访问。
另外,假设现实中的花价格不菲,导致在程序世界里,new Flower 也是一个代价昂贵的操作,那么我们可以把new Flower 的操作交给代理B 去执行,代理B 会选择在A 心情好时再执行new Flower,这是代理模式的另一种形式,叫作虚拟代理。虚拟代理把一些开销很大的对象,延迟到真正需要它的时候才去创建。代码如下:

var B = {
  receiveFlower: function( flower ){
    A.listenGoodMood(function(){ // 监听A 的好心情
      var flower = new Flower(); // 延迟创建flower 对象
      A.receiveFlower( flower );
   });
  }
};

保护代理用于控制不同权限的对象对目标对象的访问,但在JavaScript 并不容易实现保护代理,因为我们无法判断谁访问了某个对象。而虚拟代理是最常用的一种代理模式

4. 迭代器模式

4.1 概述

迭代器模式是指提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素,而又不需要暴露该对象的内部表示。迭代器模式可以把迭代的过程从业务逻辑中分离出来,在使用迭代器模式之后,即使不关心对象的内部构造,也可以按顺序访问其中的每个元素。

5. 发布-订阅模式

5.1 概述

发布—订阅模式又叫观察者模式,它定义对象间的一种一对多的依赖关系,当一个对象的状态发生改变时,所有依赖于它的对象都将得到通知。在JavaScript 开发中,我们一般用事件模型来替代传统的发布—订阅模式。
例子:
小明最近看上了一套房子,到了售楼处之后才被告知,该楼盘的房子早已售罄。好在售楼MM告诉小明,不久后还有一些尾盘推出,开发商正在办理相关手续,手续办好后便可以购买。但到底是什么时候,目前还没有人能够知道。
于是小明记下了售楼处的电话,以后每天都会打电话过去询问是不是已经到了购买时间。除了小明,还有小红、小强、小龙也会每天向售楼处咨询这个问题。一个星期过后,售楼MM 决定辞职,因为厌倦了每天回答1000 个相同内容的电话。
当然现实中没有这么笨的销售公司,实际上故事是这样的:小明离开之前,把电话号码留在了售楼处。售楼MM 答应他,新楼盘一推出就马上发信息通知小明。小红、小强和小龙也是一样,他们的电话号码都被记在售楼处的花名册上,新楼盘推出的时候,售楼MM会翻开花名册,遍历上面的电话号码,依次发送一条短信来通知他们。

发布-订阅的作用
在刚刚的例子中,发送短信通知就是一个典型的发布—订阅模式,小明、小红等购买者都是订阅者,他们订阅了房子开售的消息。售楼处作为发布者,会在合适的时候遍历花名册上的电话号码,依次给购房者发布消息。

可以发现,在这个例子中使用发布—订阅模式有着显而易见的优点。

购房者不用再天天给售楼处打电话咨询开售时间,在合适的时间点,售楼处作为发布者会通知这些消息订阅者。
购房者和售楼处之间不再强耦合在一起,当有新的购房者出现时,他只需把手机号码留在售楼处,售楼处不关心购房者的任何情况,不管购房者是男是女还是一只猴子。 而售楼处的任何变动也不会影响购买者,比如售楼MM 离职,售楼处从一楼搬到二楼,这些改变都跟购房者无关,只要售楼处记得发短信这件事情。

第一点说明发布—订阅模式可以广泛应用于异步编程中,这是一种替代传递回调函数的方案。比如,我们可以订阅ajax 请求的error、success 等事件。 或者如果想在动画的每一帧完成之后做一些事情,那我们可以订阅一个事件,然后在动画的每一帧完成之后发布这个事件。在异步编程中使用发布—订阅模式,我们就无需过多关注对象在异步运行期间的内部状态,而只需要订阅感兴趣的事件发生点。

第二点说明发布—订阅模式可以取代对象之间硬编码的通知机制,一个对象不用再显式地调用另外一个对象的某个接口。发布—订阅模式让两个对象松耦合地联系在一起,虽然不太清楚彼此的细节,但这不影响它们之间相互通信。当有新的订阅者出现时,发布者的代码不需要任何修改;同样发布者需要改变时,也不会影响到之前的订阅者。只要之前约定的事件名没有变化,就可以自由地改变它们。

现在看看如何一步步实现发布—订阅模式。

首先要指定好谁充当发布者(比如售楼处);
然后给发布者添加一个缓存列表,用于存放回调函数以便通知订阅者(售楼处的花名册);
最后发布消息的时候,发布者会遍历这个缓存列表,依次触发里面存放的订阅者回调函数(遍历花名册,挨个发短信)。

另外,我们还可以往回调函数里填入一些参数,订阅者可以接收这些参数。这是很有必要的,比如售楼处可以在发给订阅者的短信里加上房子的单价、面积、容积率等信息,订阅者接收到这些信息之后可以进行各自的处理:

var salesOffices = {}; // 定义售楼处
salesOffices.clientList = []; // 缓存列表,存放订阅者的回调函数
salesOffices.listen = function( fn ){ // 增加订阅者
  this.clientList.push( fn ); // 订阅的消息添加进缓存列表
};
salesOffices.trigger = function(){ // 发布消息
  for( var i = 0, fn; fn = this.clientList[ i++ ]; ){
   fn.apply( this, arguments ); // (2) // arguments 是发布消息时带上的参数
  }
};

下面我们来进行一些简单的测试:

salesOffices.listen( function( price, squareMeter ){  
  // 小明订阅消息
  console.log( '价格= ' + price );
  console.log( 'squareMeter= ' + squareMeter );
});

salesOffices.listen( function( price, squareMeter ){  
  // 小红订阅消息
  console.log( '价格= ' + price );
  console.log( 'squareMeter= ' + squareMeter );
});
salesOffices.trigger( 2000000, 88 ); // 输出:200 万,88 平方米
salesOffices.trigger( 3000000, 110 ); // 输出:300 万,110 平方米

至此,我们已经实现了一个最简单的发布—订阅模式,但这里还存在一些问题。我们看到订阅者接收到了发布者发布的每个消息,虽然小明只想买88 平方米的房子,但是发布者把110 平方米的信息也推送给了小明,这对小明来说是不必要的困扰。所以我们有必要增加一个标示key,让订阅者只订阅自己感兴趣的消息。改写后的代码如下:

var salesOffices = {}; // 定义售楼处
salesOffices.clientList = {}; // 缓存列表,存放订阅者的回调函数
salesOffices.listen = function( key, fn ){
  if ( !this.clientList[ key ] ){ // 如果还没有订阅过此类消息,给该类消息创建一个缓存列表
    this.clientList[ key ] = [];
  }
  this.clientList[ key ].push( fn ); // 订阅的消息添加进消息缓存列表
};

salesOffices.trigger = function(){ // 发布消息
  var key = Array.prototype.shift.call( arguments ), // 取出消息类型
  fns = this.clientList[ key ]; // 取出该消息对应的回调函数集合
  if ( !fns || fns.length === 0 ){ // 如果没有订阅该消息,则返回
    return false;
  }
  for( var i = 0, fn; fn = fns[ i++ ]; ){
    fn.apply( this, arguments ); // (2) // arguments 是发布消息时附送的参数
  }
};

salesOffices.listen( 'squareMeter88', function( price ){ // 小明订阅88 平方米房子的消息
console.log( '价格= ' + price ); // 输出: 2000000
});

salesOffices.listen( 'squareMeter110', function( price ){ // 小红订阅110 平方米房子的消息
console.log( '价格= ' + price ); // 输出: 3000000
});
salesOffices.trigger( 'squareMeter88', 2000000 ); // 发布88 平方米房子的价格
salesOffices.trigger( 'squareMeter110', 3000000 ); // 发布110 平方米房子的价格

很明显,现在订阅者可以只订阅自己感兴趣的事件了。

现在我们已经看到了如何让售楼处拥有接受订阅和发布事件的功能。假设现在小明又去另一个售楼处买房子,那么这段代码是否必须在另一个售楼处对象上重写一次呢,有没有办法可以让所有对象都拥有发布—订阅功能呢?
答案显然是有的,JavaScript 作为一门解释执行的语言,给对象动态添加职责是理所当然的事情。
所以我们把发布—订阅的功能提取出来,放在一个单独的对象内:

var event = {
    clientList: [],
    listen: function( key, fn ){
        if ( !this.clientList[ key ] ){
        this.clientList[ key ] = [];
        }
        this.clientList[ key ].push( fn ); // 订阅的消息添加进缓存列表
    },
    trigger: function(){
        var key = Array.prototype.shift.call( arguments ), // (1);
        fns = this.clientList[ key ];
        if ( !fns || fns.length === 0 ){ // 如果没有绑定对应的消息
            return false;
        }
        for( var i = 0, fn; fn = fns[ i++ ]; ){
            fn.apply( this, arguments ); // (2) // arguments 是trigger 时带上的参数
        }
    }
};

再定义一个installEvent 函数,这个函数可以给所有的对象都动态安装发布—订阅功能:

var installEvent = function( obj ){
  for ( var i in event ){
    obj[ i ] = event[ i ];
  }
};

再来测试一番,我们给售楼处对象salesOffices 动态增加发布—订阅功能:

var salesOffices = {};
installEvent( salesOffices );

salesOffices.listen( 'squareMeter88', function( price ){ // 小明订阅消息
  console.log( '价格= ' + price );
});

salesOffices.listen( 'squareMeter100', function( price ){ // 小红订阅消息
  console.log( '价格= ' + price );
});

salesOffices.trigger( 'squareMeter88', 2000000 ); // 输出:2000000
salesOffices.trigger( 'squareMeter100', 3000000 ); // 输出:3000000

取消订阅的事件
有时候,我们也许需要取消订阅事件的功能。比如小明突然不想买房子了,为了避免继续接收到售楼处推送过来的短信,小明需要取消之前订阅的事件。现在我们给event 对象增加remove方法:

event.remove = function( key, fn ){
    var fns = this.clientList[ key ];
    if ( !fns ){ // 如果key 对应的消息没有被人订阅,则直接返回
      return false;
    }
    if ( !fn ){ // 如果没有传入具体的回调函数,表示需要取消key 对应消息的所有订阅
      fns && ( fns.length = 0 );
    }else{
      for ( var l = fns.length - 1; l >=0; l-- ){ // 反向遍历订阅的回调函数列表
        var _fn = fns[ l ];
        if ( _fn === fn ){
          fns.splice( l, 1 ); // 删除订阅者的回调函数
        }
      }
    }
};

var salesOffices = {};
var installEvent = function( obj ){
  for ( var i in event ){
   obj[ i ] = event[ i ];
  }
}
installEvent( salesOffices );

salesOffices.listen( 'squareMeter88', fn1 = function( price ){ // 小明订阅消息
  console.log( '价格= ' + price );
});

salesOffices.listen( 'squareMeter88', fn2 = function( price ){ // 小红订阅消息
  console.log( '价格= ' + price );
});

salesOffices.remove( 'squareMeter88', fn1 ); // 删除小明的订阅
salesOffices.trigger( 'squareMeter88', 2000000 ); // 输出:2000000

DOM中addEventListener就是一个典型的发布-订阅模式;

原文:https://segmentfault.com/a/1190000021488684

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