JavaScript里的15个常用设计模式解析
在程序设计中有很多实用的设计模式,而其中大部分语言的实现都是基于“类”。
在JavaScript中并没有类这种概念,JS中的函数属于一等对象,在JS中定义一个对象非常简单(var obj = {}),而基于JS中闭包与弱类型等特性,在实现一些设计模式的方式上与众不同。
本文基于《JavaScript设计模式与开发实践》一书,用一些例子总结一下JS常见的设计模式与实现方法。文章略长,自备瓜子板凳~
设计原则
单一职责原则(SRP)
一个对象或方法只做一件事情。如果一个方法承担了过多的职责,那么在需求的变迁过程中,需要改写这个方法的可能性就越大。
应该把对象或方法划分成较小的粒度
最少知识原则(LKP)
一个软件实体应当 尽可能少地与其他实体发生相互作用
应当尽量减少对象之间的交互。如果两个对象之间不必彼此直接通信,那么这两个对象就不要发生直接的 相互联系,可以转交给第三方进行处理
开放-封闭原则(OCP)
软件实体(类、模块、函数)等应该是可以 扩展的,但是不可修改
当需要改变一个程序的功能或者给这个程序增加新功能的时候,可以使用增加代码的方式,尽量避免改动程序的源代码,防止影响原系统的稳定
什么是设计模式
作者的这个说明解释得挺好
假设有一个空房间,我们要日复一日地往里 面放一些东西。最简单的办法当然是把这些东西 直接扔进去,但是时间久了,就会发现很难从这 个房子里找到自己想要的东西,要调整某几样东 西的位置也不容易。所以在房间里做一些柜子也 许是个更好的选择,虽然柜子会增加我们的成 本,但它可以在维护阶段为我们带来好处。使用 这些柜子存放东西的规则,或许就是一种模式
学习设计模式,有助于写出可复用和可维护性高的程序
设计模式的原则是“找出 程序中变化的地方,并将变化封装起来”,它的关键是意图,而不是结构。
不过要注意,使用不当的话,可能会事倍功半。
一、单例模式
1. 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
2. 核心
确保只有一个实例,并提供全局访问
3. 实现
假设要设置一个管理员,多次调用也仅设置一次,我们可以使用闭包缓存一个内部变量来实现这个单例
function SetManager(name) {
this.manager = name;
}
SetManager.prototype.getName = function() {
console.log(this.manager);
};
var SingletonSetManager = (function() {
var manager = null;
return function(name) {
if (!manager) {
manager = new SetManager(name);
}
return manager;
}
})();
SingletonSetManager('a').getName(); // a
SingletonSetManager('b').getName(); // a
SingletonSetManager('c').getName(); // a
这是比较简单的做法,但是假如我们还要设置一个HR呢?就得复制一遍代码了
所以,可以改写单例内部,实现地更通用一些
// 提取出通用的单例
function getSingleton(fn) {
var instance = null;
return function() {
if (!instance) {
instance = fn.apply(this, arguments);
}
return instance;
}
}
再进行调用,结果还是一样
// 获取单例
var managerSingleton = getSingleton(function(name) {
var manager = new SetManager(name);
return manager;
});
managerSingleton('a').getName(); // a
managerSingleton('b').getName(); // a
managerSingleton('c').getName(); // a
这时,我们添加HR时,就不需要更改获取单例内部的实现了,仅需要实现添加HR所需要做的,再调用即可
function SetHr(name) {
this.hr = name;
}
SetHr.prototype.getName = function() {
console.log(this.hr);
};
var hrSingleton = getSingleton(function(name) {
var hr = new SetHr(name);
return hr;
});
hrSingleton('aa').getName(); // aa
hrSingleton('bb').getName(); // aa
hrSingleton('cc').getName(); // aa
或者,仅想要创建一个div层,不需要将对象实例化,直接调用函数
结果为页面中仅有第一个创建的div
function createPopup(html) {
var div = document.createElement('div');
div.innerHTML = html;
document.body.append(div);
return div;
}
var popupSingleton = getSingleton(function() {
var div = createPopup.apply(this, arguments);
return div;
});
console.log(
popupSingleton('aaa').innerHTML,
popupSingleton('bbb').innerHTML,
popupSingleton('bbb').innerHTML
); // aaa aaa aaa
二、策略模式
1. 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. 核心
将算法的使用和算法的实现分离开来。
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
3. 实现
策略模式可以用于组合一系列算法,也可用于组合一系列业务规则
假设需要通过成绩等级来计算学生的最终得分,每个成绩等级有对应的加权值。我们可以利用对象字面量的形式直接定义这个组策略
// 加权映射关系
var levelMap = {
S: 10,
A: 8,
B: 6,
C: 4
};
// 组策略
var scoreLevel = {
basicScore: 80,
S: function() {
return this.basicScore + levelMap['S'];
},
A: function() {
return this.basicScore + levelMap['A'];
},
B: function() {
return this.basicScore + levelMap['B'];
},
C: function() {
return this.basicScore + levelMap['C'];
}
}
// 调用
function getScore(level) {
return scoreLevel[level] ? scoreLevel[level]() : 0;
}
console.log(
getScore('S'),
getScore('A'),
getScore('B'),
getScore('C'),
getScore('D')
); // 90 88 86 84 0
在组合业务规则方面,比较经典的是表单的验证方法。这里列出比较关键的部分
// 错误提示
var errorMsgs = {
default: '输入数据格式不正确',
minLength: '输入数据长度不足',
isNumber: '请输入数字',
required: '内容不为空'
};
// 规则集
var rules = {
minLength: function(value, length, errorMsg) {
if (value.length < length) {
return errorMsg || errorMsgs['minLength']
}
},
isNumber: function(value, errorMsg) {
if (!/\d+/.test(value)) {
return errorMsg || errorMsgs['isNumber'];
}
},
required: function(value, errorMsg) {
if (value === '') {
return errorMsg || errorMsgs['required'];
}
}
};
// 校验器
function Validator() {
this.items = [];
};
Validator.prototype = {
constructor: Validator,
// 添加校验规则
add: function(value, rule, errorMsg) {
var arg = [value];
if (rule.indexOf('minLength') !== -1) {
var temp = rule.split(':');
arg.push(temp[1]);
rule = temp[0];
}
arg.push(errorMsg);
this.items.push(function() {
// 进行校验
return rules[rule].apply(this, arg);
});
},
// 开始校验
start: function() {
for (var i = 0; i < this.items.length; ++i) {
var ret = this.items[i]();
if (ret) {
console.log(ret);
// return ret;
}
}
}
};
// 测试数据
function testTel(val) {
return val;
}
var validate = new Validator();
validate.add(testTel('ccc'), 'isNumber', '只能为数字'); // 只能为数字
validate.add(testTel(''), 'required'); // 内容不为空
validate.add(testTel('123'), 'minLength:5', '最少5位'); // 最少5位
validate.add(testTel('12345'), 'minLength:5', '最少5位');
var ret = validate.start();
console.log(ret);
4. 优缺点
优点
可以有效地避免多重条件语句,将一系列方法封装起来也更直观,利于维护
缺点
往往策略集会比较多,我们需要事先就了解定义好所有的情况
三、代理模式
1. 定义
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
2. 核心
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*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
代理和本体的接口具有一致性,本体定义了关键功能,而代理是提供或拒绝对它的访问,或者在访问本体之前做一 些额外的事情
3. 实现
代理模式主要有三种:保护代理、虚拟代理、缓存代理
保护代理主要实现了访问主体的限制行为,以过滤字符作为简单的例子
// 主体,发送消息
function sendMsg(msg) {
console.log(msg);
}
// 代理,对消息进行过滤
function proxySendMsg(msg) {
// 无消息则直接返回
if (typeof msg === 'undefined') {
console.log('deny');
return;
}
// 有消息则进行过滤
msg = ('' + msg).replace(/泥\s*煤/g, '');
sendMsg(msg);
}
sendMsg('泥煤呀泥 煤呀'); // 泥煤呀泥 煤呀
proxySendMsg('泥煤呀泥 煤'); // 呀
proxySendMsg(); // deny
它的意图很明显,在访问主体之前进行控制,没有消息的时候直接在代理中返回了,拒绝访问主体,这数据保护代理的形式
有消息的时候对敏感字符进行了处理,这属于虚拟代理的模式
虚拟代理在控制对主体的访问时,加入了一些额外的操作
在滚动事件触发的时候,也许不需要频繁触发,我们可以引入函数节流,这是一种虚拟代理的实现
// 函数防抖,频繁操作中不处理,直到操作完成之后(再过 delay 的时间)才一次性处理
function debounce(fn, delay) {
delay = delay || 200;
var timer = null;
return function() {
var arg = arguments;
// 每次操作时,清除上次的定时器
clearTimeout(timer);
timer = null;
// 定义新的定时器,一段时间后进行操作
timer = setTimeout(function() {
fn.apply(this, arg);
}, delay);
}
};
var count = 0;
// 主体
function scrollHandle(e) {
console.log(e.type, ++count); // scroll
}
// 代理
var proxyScrollHandle = (function() {
return debounce(scrollHandle, 500);
})();
window.onscroll = proxyScrollHandle;
缓存代理可以为一些开销大的运算结果提供暂时的缓存,提升效率
来个栗子,缓存加法操作
// 主体
function add() {
var arg = [].slice.call(arguments);
return arg.reduce(function(a, b) {
return a + b;
});
}
// 代理
var proxyAdd = (function() {
var cache = [];
return function() {
var arg = [].slice.call(arguments).join(',');
// 如果有,则直接从缓存返回
if (cache[arg]) {
return cache[arg];
} else {
var ret = add.apply(this, arguments);
return ret;
}
};
})();
console.log(
add(1, 2, 3, 4),
add(1, 2, 3, 4),
proxyAdd(10, 20, 30, 40),
proxyAdd(10, 20, 30, 40)
); // 10 10 100 100
四、迭代器模式
1. 定义
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。
2. 核心
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
3. 实现
JS中数组的map forEach 已经内置了迭代器
[1, 2, 3].forEach(function(item, index, arr) {
console.log(item, index, arr);
});
不过对于对象的遍历,往往不能与数组一样使用同一的遍历代码
我们可以封装一下
function each(obj, cb) {
var value;
if (Array.isArray(obj)) {
for (var i = 0; i < obj.length; ++i) {
value = cb.call(obj[i], i, obj[i]);
if (value === false) {
break;
}
}
} else {
for (var i in obj) {
value = cb.call(obj[i], i, obj[i]);
if (value === false) {
break;
}
}
}
}
each([1, 2, 3], function(index, value) {
console.log(index, value);
});
each({a: 1, b: 2}, function(index, value) {
console.log(index, value);
});
// 0 1
// 1 2
// 2 3
// a 1
// b 2
再来看一个例子,强行地使用迭代器,来了解一下迭代器也可以替换频繁的条件语句
虽然例子不太好,但在其他负责的分支判断情况下,也是值得考虑的
function getManager() {
var year = new Date().getFullYear();
if (year <= 2000) {
console.log('A');
} else if (year >= 2100) {
console.log('C');
} else {
console.log('B');
}
}
getManager(); // B
将每个条件语句拆分出逻辑函数,放入迭代器中迭代
function year2000() {
var year = new Date().getFullYear();
if (year <= 2000) {
console.log('A');
}
return false;
}
function year2100() {
var year = new Date().getFullYear();
if (year >= 2100) {
console.log('C');
}
return false;
}
function year() {
var year = new Date().getFullYear();
if (year > 2000 && year < 2100) {
console.log('B');
}
return false;
}
function iteratorYear() {
for (var i = 0; i < arguments.length; ++i) {
var ret = arguments[i]();
if (ret !== false) {
return ret;
}
}
}
var manager = iteratorYear(year2000, year2100, year); // B
五、发布-订阅模式
1. 定义
也称作观察者模式,定义了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
2. 核心
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。
与传统的发布-订阅模式实现方式(将订阅者自身当成引用传入发布者)不同,在JS中通常使用注册回调函数的形式来订阅
3. 实现
JS中的事件就是经典的发布-订阅模式的实现
// 订阅
document.body.addEventListener('click', function() {
console.log('click1');
}, false);
document.body.addEventListener('click', function() {
console.log('click2');
}, false);
// 发布
document.body.click(); // click1 click2
自己实现一下
小A在公司C完成了笔试及面试,小B也在公司C完成了笔试。他们焦急地等待结果,每隔半天就电话询问公司C,导致公司C很不耐烦。
一种解决办法是 AB直接把联系方式留给C,有结果的话C自然会通知AB
这里的“询问”属于显示调用,“留给”属于订阅,“通知”属于发布
// 观察者
var observer = {
// 订阅集合
subscribes: [],
// 订阅
subscribe: function(type, fn) {
if (!this.subscribes[type]) {
this.subscribes[type] = [];
}
// 收集订阅者的处理
typeof fn === 'function' && this.subscribes[type].push(fn);
},
// 发布 可能会携带一些信息发布出去
publish: function() {
var type = [].shift.call(arguments),
fns = this.subscribes[type];
// 不存在的订阅类型,以及订阅时未传入处理回调的
if (!fns || !fns.length) {
return;
}
// 挨个处理调用
for (var i = 0; i < fns.length; ++i) {
fns[i].apply(this, arguments);
}
},
// 删除订阅
remove: function(type, fn) {
// 删除全部
if (typeof type === 'undefined') {
this.subscribes = [];
return;
}
var fns = this.subscribes[type];
// 不存在的订阅类型,以及订阅时未传入处理回调的
if (!fns || !fns.length) {
return;
}
if (typeof fn === 'undefined') {
fns.length = 0;
return;
}
// 挨个处理删除
for (var i = 0; i < fns.length; ++i) {
if (fns[i] === fn) {
fns.splice(i, 1);
}
}
}
};
// 订阅岗位列表
function jobListForA(jobs) {
console.log('A', jobs);
}
function jobListForB(jobs) {
console.log('B', jobs);
}
// A订阅了笔试成绩
observer.subscribe('job', jobListForA);
// B订阅了笔试成绩
observer.subscribe('job', jobListForB);
// A订阅了笔试成绩
observer.subscribe('examinationA', function(score) {
console.log(score);
});
// B订阅了笔试成绩
observer.subscribe('examinationB', function(score) {
console.log(score);
});
// A订阅了面试结果
observer.subscribe('interviewA', function(result) {
console.log(result);
});
observer.publish('examinationA', 100); // 100
observer.publish('examinationB', 80); // 80
observer.publish('interviewA', '备用'); // 备用
observer.publish('job', ['前端', '后端', '测试']); // 输出A和B的岗位
// B取消订阅了笔试成绩
observer.remove('examinationB');
// A都取消订阅了岗位
observer.remove('job', jobListForA);
observer.publish('examinationB', 80); // 没有可匹配的订阅,无输出
observer.publish('job', ['前端', '后端', '测试']); // 输出B的岗位
4. 优缺点
优点
一为时间上的解耦,二为对象之间的解耦。可以用在异步编程中与MV*框架中
缺点
创建订阅者本身要消耗一定的时间和内存,订阅的处理函数不一定会被执行,驻留内存有性能开销
弱化了对象之间的联系,复杂的情况下可能会导致程序难以跟踪维护和理解
六、命令模式
1. 定义
用一种松耦合的方式来设计程序,使得请求发送者和请求接收者能够消除彼此之间的耦合关系
命令(command)指的是一个执行某些特定事情的指令
2. 核心
命令中带有execute执行、undo撤销、redo重做等相关命令方法,建议显示地指示这些方法名
3. 实现
简单的命令模式实现可以直接使用对象字面量的形式定义一个命令
var incrementCommand = {
execute: function() {
// something
}
};
不过接下来的例子是一个自增命令,提供执行、撤销、重做功能
采用对象创建处理的方式,定义这个自增
// 自增
function IncrementCommand() {
// 当前值
this.val = 0;
// 命令栈
this.stack = [];
// 栈指针位置
this.stackPosition = -1;
};
IncrementCommand.prototype = {
constructor: IncrementCommand,
// 执行
execute: function() {
this._clearRedo();
// 定义执行的处理
var command = function() {
this.val += 2;
}.bind(this);
// 执行并缓存起来
command();
this.stack.push(command);
this.stackPosition++;
this.getValue();
},
canUndo: function() {
return this.stackPosition >= 0;
},
canRedo: function() {
return this.stackPosition < this.stack.length - 1;
},
// 撤销
undo: function() {
if (!this.canUndo()) {
return;
}
this.stackPosition--;
// 命令的撤销,与执行的处理相反
var command = function() {
this.val -= 2;
}.bind(this);
// 撤销后不需要缓存
command();
this.getValue();
},
// 重做
redo: function() {
if (!this.canRedo()) {
return;
}
// 执行栈顶的命令
this.stack[++this.stackPosition]();
this.getValue();
},
// 在执行时,已经撤销的部分不能再重做
_clearRedo: function() {
this.stack = this.stack.slice(0, this.stackPosition + 1);
},
// 获取当前值
getValue: function() {
console.log(this.val);
}
};
再实例化进行测试,模拟执行、撤销、重做的操作
var incrementCommand = new IncrementCommand();
// 模拟事件触发,执行命令
var eventTrigger = {
// 某个事件的处理中,直接调用命令的处理方法
increment: function() {
incrementCommand.execute();
},
incrementUndo: function() {
incrementCommand.undo();
},
incrementRedo: function() {
incrementCommand.redo();
}
};
eventTrigger['increment'](); // 2
eventTrigger['increment'](); // 4
eventTrigger['incrementUndo'](); // 2
eventTrigger['increment'](); // 4
eventTrigger['incrementUndo'](); // 2
eventTrigger['incrementUndo'](); // 0
eventTrigger['incrementUndo'](); // 无输出
eventTrigger['incrementRedo'](); // 2
eventTrigger['incrementRedo'](); // 4
eventTrigger['incrementRedo'](); // 无输出
eventTrigger['increment'](); // 6
此外,还可以实现简单的宏命令(一系列命令的集合)
var MacroCommand = {
commands: [],
add: function(command) {
this.commands.push(command);
return this;
},
remove: function(command) {
if (!command) {
this.commands = [];
return;
}
for (var i = 0; i < this.commands.length; ++i) {
if (this.commands[i] === command) {
this.commands.splice(i, 1);
}
}
},
execute: function() {
for (var i = 0; i < this.commands.length; ++i) {
this.commands[i].execute();
}
}
};
var showTime = {
execute: function() {
console.log('time');
}
};
var showName = {
execute: function() {
console.log('name');
}
};
var showAge = {
execute: function() {
console.log('age');
}
};
MacroCommand.add(showTime).add(showName).add(showAge);
MacroCommand.remove(showName);
MacroCommand.execute(); // time age
七、组合模式
1. 定义
是用小的子对象来构建更大的 对象,而这些小的子对象本身也许是由更小 的“孙对象”构成的。
2. 核心
可以用树形结构来表示这种“部分- 整体”的层次结构。
调用组合对象 的execute方法,程序会递归调用组合对象 下面的叶对象的execute方法
但要注意的是,组合模式不是父子关系,它是一种HAS-A(聚合)的关系,将请求委托给 它所包含的所有叶对象。基于这种委托,就需要保证组合对象和叶对象拥有相同的 接口
此外,也要保证用一致的方式对待 列表中的每个叶对象,即叶对象属于同一类,不需要过多特殊的额外操作
3. 实现
使用组合模式来实现扫描文件夹中的文件
// 文件夹 组合对象
function Folder(name) {
this.name = name;
this.parent = null;
this.files = [];
}
Folder.prototype = {
constructor: Folder,
add: function(file) {
file.parent = this;
this.files.push(file);
return this;
},
scan: function() {
// 委托给叶对象处理
for (var i = 0; i < this.files.length; ++i) {
this.files[i].scan();
}
},
remove: function(file) {
if (typeof file === 'undefined') {
this.files = [];
return;
}
for (var i = 0; i < this.files.length; ++i) {
if (this.files[i] === file) {
this.files.splice(i, 1);
}
}
}
};
// 文件 叶对象
function File(name) {
this.name = name;
this.parent = null;
}
File.prototype = {
constructor: File,
add: function() {
console.log('文件里面不能添加文件');
},
scan: function() {
var name = [this.name];
var parent = this.parent;
while (parent) {
name.unshift(parent.name);
parent = parent.parent;
}
console.log(name.join(' / '));
}
};
构造好组合对象与叶对象的关系后,实例化,在组合对象中插入组合或叶对象
var web = new Folder('Web');
var fe = new Folder('前端');
var css = new Folder('CSS');
var js = new Folder('js');
var rd = new Folder('后端');
web.add(fe).add(rd);
var file1 = new File('HTML权威指南.pdf');
var file2 = new File('CSS权威指南.pdf');
var file3 = new File('JavaScript权威指南.pdf');
var file4 = new File('MySQL基础.pdf');
var file5 = new File('Web安全.pdf');
var file6 = new File('Linux菜鸟.pdf');
css.add(file2);
fe.add(file1).add(file3).add(css).add(js);
rd.add(file4).add(file5);
web.add(file6);
rd.remove(file4);
// 扫描
web.scan();
扫描结果为
4. 优缺点
优点
可 以方便地构造一棵树来表示对象的部分-整体 结构。在树的构造最终 完成之后,只需要通过请求树的最顶层对 象,便能对整棵树做统一一致的操作。
缺点
创建出来的对象长得都差不多,可能会使代码不好理解,创建太多的对象对性能也会有一些影响
八、模板方法模式
1. 定义
模板方法模式由两部分结构组成,第一部分是抽象父类,第二部分是具体的实现子类。
2. 核心
在抽象父类中封装子类的算法框架,它的 init方法可作为一个算法的模板,指导子类以何种顺序去执行哪些方法。
由父类分离出公共部分,要求子类重写某些父类的(易变化的)抽象方法
3. 实现
模板方法模式一般的实现方式为继承
以运动作为例子,运动有比较通用的一些处理,这部分可以抽离开来,在父类中实现。具体某项运动的特殊性则有自类来重写实现。
最终子类直接调用父类的模板函数来执行
// 体育运动
function Sport() {
}
Sport.prototype = {
constructor: Sport,
// 模板,按顺序执行
init: function() {
this.stretch();
this.jog();
this.deepBreath();
this.start();
var free = this.end();
// 运动后还有空的话,就拉伸一下
if (free !== false) {
this.stretch();
}
},
// 拉伸
stretch: function() {
console.log('拉伸');
},
// 慢跑
jog: function() {
console.log('慢跑');
},
// 深呼吸
deepBreath: function() {
console.log('深呼吸');
},
// 开始运动
start: function(<
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