JavaScript 中的设计模式

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JavaScript 中的设计模式

共 15,171 字，需阅读 38 分钟

2017/04/17 上午

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设计模式（Design pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。 使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。 毫无疑问，设计模式于己于他人于系统都是多赢的；设计模式使代码编写真正工程化；设计模式是软件工程的基石脉络，如同大厦的结构一样。

#观察者模式 Observer Pattern

Observer 模式也叫观察者模式、订阅/发布模式，是由 GoF 提出的 23 种软件设计模式的一种。 Observer 模式是行为模式之一，它的作用是当一个对象的状态发生变化时，能够自动通知其他关联对象，自动刷新对象状态，或者说执行对应对象的方法。这种设计模式可以大大降低程序模块之间的耦合度，便于更加灵活的扩展和维护。

观察者模式包含两种角色：

观察者（订阅者）
被观察者（发布者）

核心思想：观察者只要订阅了被观察者的事件，那么当被观察者的状态改变时，被观察者会主动去通知观察者，而无需关心观察者得到事件后要去做什么，实际程序中可能是执行订阅者的回调函数。

在各种框架中：Vue 中的 $emit，angular.js 中的 $on、$emit、$broadcast，Angular2 中的 emit 都是最典型的例子。

简单的例子：
假设你是一个班长，要去通知班里的某些人一些事情，与其一个一个的手动调用触发的方法（私下里一个一个通知），不如维护一个列表（建一个群），这个列表存有你想要调用的对象方法（想要通知的人）；之后每次通知事件的时候只要循环执行这个列表就好了（群发），而不用关心这个列表里有谁。

JavaScript 中实现一个例子：

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          // 我们向某dom文档订阅了点击事件，当点击发生时，他会执行我们传入的callback
element.addEventListener('click', callback, false)
element.addEventListener('click', callback, false)

我们用 JavaScript 实现一个简单的播放器：

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          // 一个播放器类
class Player {
  constructor() {
    // 初始化观察者列表
    this.watchers = {}

    // 模拟2秒后发布一个'play'事件
    setTimeout(() => {
      this._publish('play', true)
    }, 2000)

    // 模拟4秒后发布一个'pause'事件
    setTimeout(() => {
      this._publish('pause', true)
    }, 4000)
  }

  // 发布事件
  _publish(event, data) {
    if (this.watchers[event] && this.watchers[event].length) {
      this.watchers[event].forEach((callback) => callback.bind(this)(data))
    }
  }

  // 订阅事件
  subscribe(event, callback) {
    this.watchers[event] = this.watchers[event] || []
    this.watchers[event].push(callback)
  }

  // 退订事件
  unsubscribe(event = null, callback = null) {
    // 如果传入指定事件函数，则仅退订此事件函数
    if (callback) {
      if (this.watchers[event] && this.watchers[event].length) {
        this.watchers[event].splice(
          this.watchers[event].findIndex((cb) => Object.is(cb, callback)),
          1
        )
      }

      // 如果仅传入事件名称，则退订此事件对应的所有的事件函数
    } else if (event) {
      this.watchers[event] = []

      // 如果未传入任何参数，则退订所有事件
    } else {
      this.watchers = {}
    }
  }
}

// 实例化播放器
const player = new Player()
console.log(player)

// 播放事件回调函数1
const onPlayerPlay1 = function (data) {
  console.log('1: Player is play, the `this` context is current player', this, data)
}

// 播放事件回调函数2
const onPlayerPlay2 = (data) => {
  console.log('2: Player is play', data)
}

// 暂停事件回调函数
const onPlayerPause = (data) => {
  console.log('Player is pause', data)
}

// 加载事件回调函数
const onPlayerLoaded = (data) => {
  console.log('Player is loaded', data)
}

// 可订阅多个不同事件
player.subscribe('play', onPlayerPlay1)
player.subscribe('play', onPlayerPlay2)
player.subscribe('pause', onPlayerPause)
player.subscribe('loaded', onPlayerLoaded)

// 可以退订指定订阅事件
player.unsubscribe('play', onPlayerPlay2)
// 退订指定事件名称下的所有订阅事件
player.unsubscribe('play')
// 退订所有订阅事件
player.unsubscribe()

// 可以在外部手动发出事件（真实生产场景中，发布特性一般为类内部私有方法）
player._publish('loaded', true)

举个 Vue 中的例子吧：

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          // 事件发布者使用'vm.$emit、vm.$dispatch(vue1.0)、vm.$broadcast(vue1.0)发布事件
// 接受方使用$on方法或组件监听器订阅事件，传递一个回调函数
vm.$emit(event, [...args]) // publish
vm.$on(event, callback) // subscribe
vm.$off([event, callback]) // unsubscribe

// 或者组件中监听事件
<component @event="callback" />

// 在 Vue 中无论是 $on 方法还是组件监听事件最终都会转化为实例中的监听器

各框架中观察者模式的实现： angular.js 中的实现；同样，Vue 中使用 Object.defineProperty() 实现对数据的双向绑定，在数据变更时，使用 notify 广播事件，最终同样执行对应属性所维护的 watchers 列表进行回调。

#中介者模式 Mediator Pattern

中介者在程序设计中非常常见，和观察者模式实现的功能非常相似。

形式上：不像观察者模式那样通过调用 pub/sub 的形式来实现，而是通过一个中介者统一来管理。

实质上：观察者模式通过维护一堆列表来管理对象间的多对多关系，中介者模式通过统一接口来维护一对多关系，且通信者之间不需要知道彼此之间的关系，只需要约定好 API 即可。

简单说：就像一辆汽车的行驶系统，观察者模式中，你需要知道车内坐了几个人（维护观察者列表），当汽车发生到站、停车、开车...这些事件（被订阅者事件）时，你需要给这个列表中订阅对应事件的的每个人进行通知；在中介者模式中，你只需要在车内发出广播（到站啦、停车啦、上车啦...请文明乘车尊老爱幼啦...），而不用关心谁在车上，谁要上车谁要下车，他们自己根据广播做自己要做的事，哪怕他不听广播，听了也不做自己要做的事都无所谓。

中介者模式包含两种角色：

中介者（事件发布者）
通信者

JavaSript 中实现一个例子：

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          // 汽车
class Bus {
  constructor() {
    // 初始化所有乘客
    this.passengers = {}
  }

  // 发布广播
  broadcast(passenger, message = passenger) {
    // 如果车上有乘客
    if (Object.keys(this.passengers).length) {
      // 如果是针对某个乘客发的，就单独给他听
      if (passenger.id && passenger.listen) {
        // 乘客他爱听不听
        if (this.passengers[passenger.id]) {
          this.passengers[passenger.id].listen(message)
        }

        // 不然就广播给所有乘客
      } else {
        Object.keys(this.passengers).forEach((passenger) => {
          if (this.passengers[passenger].listen) {
            this.passengers[passenger].listen(message)
          }
        })
      }
    }
  }

  // 乘客上车
  aboard(passenger) {
    this.passengers[passenger.id] = passenger
  }

  // 乘客下车
  debus(passenger) {
    this.passengers[passenger.id] = null
    delete this.passengers[passenger.id]
    console.log(`乘客${passenger.id}下车`)
  }

  // 开车
  start() {
    this.broadcast({ type: 1, content: '前方无障碍，开车！Over' })
  }

  // 停车
  end() {
    this.broadcast({ type: 2, content: '老司机翻车，停车！Over' })
  }
}

// 乘客
class Passenger {
  constructor(id) {
    this.id = id
  }

  // 听广播
  listen(message) {
    console.log(`乘客${this.id}收到消息`, message)
    // 乘客发现停车了，于是自己下车
    if (Object.is(message.type, 2)) {
      this.debus()
    }
  }

  // 下车
  debus() {
    console.log(`我是乘客${this.id}，我现在要下车`, bus)
    bus.debus(this)
  }
}

// 创建一辆汽车
const bus = new Bus()

// 创建两个乘客
const passenger1 = new Passenger(1)
const passenger2 = new Passenger(2)

// 俩乘客分别上车
bus.aboard(passenger1)
bus.aboard(passenger2)

// 2秒后开车
setTimeout(bus.start.bind(bus), 2000)

// 3秒时司机发现2号乘客没买票，2号乘客被驱逐下车
setTimeout(() => {
  bus.broadcast(passenger2, {
    type: 3,
    content: '同志你好，你没买票，请下车!'
  })
  bus.debus(passenger2)
}, 3000)

// 4秒后到站停车
setTimeout(bus.end.bind(bus), 3600)

// 6秒后再开车，车上已经没乘客了
setTimeout(bus.start.bind(bus), 6666)

上面例子中（当然，稍微扩展了点哈），Bus 即为中介者对象，乘客为通信者，乘客具有一些统一的方法 API，Bus 只管开车停车发广播，执行自己的事物，乘客在不断地接受广播，根据广播信息的类型和内容作出自己的判断，执行事务。

#代理模式 Proxy Pattern

简单说就是：为对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

代理模式使得代理对象控制具体对象的引用。代理几乎可以是任何对象：文件，资源，内存中的对象，或者是一些难以复制的东西。

举个例子: 一个工厂制造商品（目标对象），你可以给这个工厂设置一个业务代理（代理对象），提供流水线管理，订单，运货，淘宝网店等多种行为能力（扩展属性）。当然，里面还有最关键的一点就是，这个代理能把一些骗纸和忽悠都过滤掉，将最真实最直接的订单给工厂，让工厂能够专注于生产（控制访问）。

上面工厂的例子：

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          // 真实工厂
class Factory {
  constructor(count) {
    // 工厂默认有1000件产品
    this.productions = count || 1000
  }

  // 生产商品
  produce(count) {
    // 原则上低于5个工厂是不接单的
    this.productions += count
  }

  // 向外批发
  wholesale(count) {
    // 原则上低于10个工厂是不批发的
    this.productions -= count
  }
}

// 代理工厂
class ProxyFactory extends Factory {
  // 代理工厂默认第一次合作就从工厂拿100件库存
  constructor(count = 100) {
    super(count)
  }

  // 代理工厂向真实工厂下订单之前会做一些过滤
  produce(count) {
    if (count > 5) {
      super.produce(count)
    } else {
      console.log('低于5件不接单')
    }
  }

  wholesale(count) {
    if (count > 10) {
      super.wholesale(count)
    } else {
      console.log('低于10件不批发')
    }
  }

  taobao(count) {
    // ...
  }

  logistics() {
    // ...
  }
}

// 创建一个代理工厂
const proxyFactory = new ProxyFactory()

// 通过代理工厂生产4件商品，被拒绝
proxyFactory.produce(4)

// 通过代理工厂批发20件商品
proxyFactory.wholesale(20)

// 代理工厂的剩余商品 80
console.log(proxyFactory.productions)

#ES6 中的 `Proxy` 对象

ES6 中 Proxy 对象可以理解为：在目标对象之前架设一层“拦截”，外界对该对象的访问，都必须先通过这层拦截，因此提供了一种机制，可以对外界的访问进行过滤和改写。Proxy 这个词的原意是代理，用在这里表示由它来“代理”某些操作，可以译为"代理器"。

基本形式：

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          // 参数分别为目标对象和代理解析器
var proxy = new Proxy(target, handler)

无操作转发代理：

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          const target = {}
const p = new Proxy(target, {})
p.a = 3 // 被转发到代理的操作
console.log(target.a) // 3 操作已经被正确地转发至目标对象

使用错误拦截属性读取操作：

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          const handler = {
  get(target, property) {
    if (property in target) {
      return target[property]
    } else {
      throw new ReferenceError('Property "' + property + '" does not exist.')
    }
  }
}

const p = new Proxy({}, handler)
p.a = 1
p.b = undefined

console.log(p.a, p.b) // 1, undefined
console.log('c' in p, p.c) // Uncaught ReferenceError: Property "c" does not exist.

实现一个 service 客户端：

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          function createWebService(baseUrl) {
  return new Proxy({}, {
    get(target, propKey, receiver) {
      return () => httpGet(baseUrl+'/' + propKey)
    }
  })
}

const serviceA = createWebService('http://example.com/data-a')
const serviceB = createWebService('http://example.com/data-b')
const serviceC = createWebService('http://example.com/data-c')

serviceA.employees().then(json => {
  const employees = JSON.parse(json)
  // ···
})

serviceB...

#单例模式 Singleton Pattern

简单说：保证一个类只有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点（调用一个类，任何时候返回的都是同一个实例）。

实现方法：使用一个变量来标志当前是否已经为某个类创建过对象，如果创建了，则在下一次获取该类的实例时，直接返回之前创建的对象，否则就创建一个对象。

类/构造函数实例：

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          class Singleton {
  constructor(name) {
    this.name = name
    this.instance = null
  }

  getName() {
    alert(this.name)
  }

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

const instanceA = Singleton.getInstance('seven1')
const instanceB = Singleton.getInstance('seven2')

console.log(instanceA, instanceB)

闭包包装实例：

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          const SingletonP = (function () {
  let instance
  return class Singleton {
    constructor(name) {
      if (instance) {
        return instance
      } else {
        this.init(name)
        instance = this
        return this
      }
    }

    init(name) {
      this.name = name
      console.log('已初始化')
    }
  }
})()

const instanceA = new SingletonP('seven1')
const instanceB = new SingletonP('seven2')

console.log(instanceA, instanceB)

惰性包装实例：

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          const getSingle = function (fn) {
  let result
  return function () {
    return result || (result = fn.apply(this, arguments))
  }
}

#工厂模式 Factory Pattern

与创建型模式类似，工厂模式创建对象（视为工厂里的产品）时无需指定创建对象的具体类。工厂模式定义一个用于创建对象的接口，这个接口由子类决定实例化哪一个类。该模式使一个类的实例化延迟到了子类。而子类可以重写接口方法以便创建的时候指定自己的对象类型。

简单说：假如我们想在网页面里插入一些元素，而这些元素类型不固定，可能是图片、链接、文本，根据工厂模式的定义，在工厂模式下，工厂函数只需接受我们要创建的元素的类型，其他的工厂函数帮我们处理。

上代码：

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          // 文本工厂
class Text {
  constructor(text) {
    this.text = text
  }
  insert(where) {
    const txt = document.createTextNode(this.text)
    where.appendChild(txt)
  }
}

// 链接工厂
class Link {
  constructor(url) {
    this.url = url
  }
  insert(where) {
    const link = document.createElement('a')
    link.href = this.url
    link.appendChild(document.createTextNode(this.url))
    where.appendChild(link)
  }
}

// 图片工厂
class Image {
  constructor(url) {
    this.url = url
  }
  insert(where) {
    const img = document.createElement('img')
    img.src = this.url
    where.appendChild(img)
  }
}

// DOM工厂
class DomFactory {
  constructor(type) {
    return new (this[type]())()
  }

  // 各流水线
  link() {
    return Link
  }
  text() {
    return Text
  }
  image() {
    return Image
  }
}

// 创建工厂
const linkFactory = new DomFactory('link')
const textFactory = new DomFactory('text')

linkFactory.url = 'https://surmon.me'
linkFactory.insert(document.body)

textFactory.text = 'HI! I am surmon.'
textFactory.insert(document.body)

#装饰者模式 Decorative Pattern

装饰者 (decorator) 模式能够在不改变对象自身的基础上，在程序运行期间给对像动态的添加职责（方法或属性）。与继承相比，装饰者是一种更轻便灵活的做法。

简单说：可以动态的给某个对象添加额外的职责，而不会影响从这个类中派生的其它对象。

实例：假设同事 A 在 window.onload 中指定了一些任务，这个函数由同事 A 维护，如何在对 window.onload 函数不进行任何修改的基础上，在 window.onload 函数执行最后执行自己的任务？

Show me the code:

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          // 同事A的任务
window.onload = () => {
  console.log('window loaded!')
}

// 装饰者
let _onload = window.onload || function () {}
window.onload = () => {
  _onload()
  console.log('自己的处理函数')
}

如何在所有函数执行前后分别执行指定函数：

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          // 新添加的函数在旧函数之前执行
Function.prototype.before = function (beforefn) {
  let _this = this
  return function () {
    beforefn.apply(this, arguments)
    return _this.apply(this, arguments)
  }
}

// 新添加的函数在旧函数之后执行
Function.prototype.after = function (afterfn) {
  let _this = this
  return function () {
    let ret = _this.apply(this, arguments)
    afterfn.apply(this, arguments)
    return ret
  }
}

// 使用
var func = function (param) {
  console.log(param)
}

func = func.before(function (param) {
  param.name = 'beforename'
})

func({ name: 'func' }) // { name: 'beforename' }

不污染 Function 原型的做法：

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          // 装饰器
const before = function (fn, before) {
  return function () {
    before.apply(this, arguments)
    return fn.apply(this, arguments)
  }
}

// 普通函数
function a() {
  console.log('a')
}
function b() {
  console.log('b')
}

// 使用装饰器执行函数
const c = before(a, b)

c() // b a

模拟传统语言的装饰者：

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          // 飞机
class Plane {
  constructor(name) {
    this.name = name
  }

  // 发射子弹
  fire() {
    console.log('发射普通子弹')
  }
}

// 武器加强版（装饰类）
class MissileDecorator {
  constructor(plane) {
    this.plane = plane
    this.plane.name = '高级飞机'
  }

  fire() {
    this.plane.fire()
    console.log('发射导弹')
  }
}

let plane = new Plane('普通飞机')
plane = new MissileDecorator(plane)
plane.fire()

// 发射普通子弹
// 发射导弹

使用 ES7 中的装饰器：

首先需要搞清楚 ES6 中 Class 语法糖的背后工作原理：

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          class Cat {
  say() {
    console.log('meow ~')
  }
}

// 实际上当我们给一个类添加一个属性的时候，会调用到 Object.defineProperty 这个方法，它会接受三个参数：target 、name 和 descriptor ，上面的 Class 本质等同于：
function Cat() {}
Object.defineProperty(Cat.prototype, 'say', {
  value: function () {
    console.log('meow ~')
  },
  enumerable: false,
  configurable: true,
  writable: true
})

ES7 装饰器基本示例：

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          function isAnimal(target) {
	target.isAnimal = true
    return target
}

// 装饰器
@isAnimal
class Cat {
    // ...
}
console.log(Cat.isAnimal) // true

// 上面装饰器代码基本等同于
Cat = isAnimal(function Cat() { ... })

作用于类属性的装饰器：

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          function readonly(target, name, descriptor) {
  discriptor.writable = false
  return discriptor
}

class Cat {
  @readonly
  say() {
    console.log('meow ~')
  }
}

var kitty = new Cat()
kitty.say = function () {
  console.log('woof !')
}
kitty.say() // meow ~

在类的属性中定义装饰器的时候，参数有三个：target、name、descriptor，上面说了，因为装饰器在作用于属性的时候，实际上是通过 Object.defineProperty 来进行扩展和封装的。

所以在上面的这段代码中，装饰器实际的作用形式是这样的：

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          let descriptor = {
  value: function () {
    console.log('meow ~')
  },
  enumerable: false,
  configurable: true,
  writable: true
}
descriptor = readonly(Cat.prototype, 'say', descriptor) || descriptor
Object.defineProperty(Cat.prototype, 'say', descriptor)

这里也是 JavaScript 里装饰器作用于类和作用于类的属性的不同的地方。当装饰器作用于类本身的时候，我们操作的对象也是这个类本身，而当装饰器作用于类的某个具体的属性的时候，我们操作的对象既不是类本身，也不是类的属性，而是它的描述符（descriptor），而描述符里记录着我们对这个属性的全部信息，所以，我们可以对它自由的进行扩展和封装，最后达到的目的呢，就和之前说过的装饰器的作用是一样的。

也可以直接在 target 上进行扩展和封装，比如：

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          function fast(target, name, descriptor) {
  target.speed = 20
  let run = descriptor.value
  descriptor.value = function () {
    run()
    console.log(`speed ${this.speed}`)
  }
  return descriptor
}

class Rabbit {
  @fast
  run() {
    console.log('running~')
  }
}

var bunny = new Rabbit()
bunny.run()
// running~
// speed 20
console.log(bunny.speed) // 20