在程式設計中有很多實用的設計模式,而其中大部分語言的實現都是基於“類”。 在JavaScript中並沒有類這種概念,JS中的函數屬於一等對象,在JS中定義一個對象非常簡單(var obj = {}),而基於JS中閉包與弱類型等特性,在實現一些設計模式的方式上與眾不同。 本文基於《JavaScript ...
在程式設計中有很多實用的設計模式,而其中大部分語言的實現都是基於“類”。
在JavaScript中並沒有類這種概念,JS中的函數屬於一等對象,在JS中定義一個對象非常簡單(var obj = {}),而基於JS中閉包與弱類型等特性,在實現一些設計模式的方式上與眾不同。
本文基於《JavaScript設計模式與開發實踐》一書,用一些例子總結一下JS常見的設計模式與實現方法。文章略長,自備瓜子板凳~
設計原則
單一職責原則(SRP)
一個對象或方法只做一件事情。如果一個方法承擔了過多的職責,那麼在需求的變遷過程中,需要改寫這個方法的可能性就越大。
應該把對象或方法劃分成較小的粒度
最少知識原則(LKP)
一個軟體實體應當 儘可能少地與其他實體發生相互作用
應當儘量減少對象之間的交互。如果兩個對象之間不必彼此直接通信,那麼這兩個對象就不要發生直接的 相互聯繫,可以轉交給第三方進行處理
開放-封閉原則(OCP)
軟體實體(類、模塊、函數)等應該是可以 擴展的,但是不可修改
當需要改變一個程式的功能或者給這個程式增加新功能的時候,可以使用增加代碼的方式,儘量避免改動程式的源代碼,防止影響原系統的穩定
什麼是設計模式
作者的這個說明解釋得挺好
假設有一個空房間,我們要日復一日地往裡 面放一些東西。最簡單的辦法當然是把這些東西 直接扔進去,但是時間久了,就會發現很難從這 個房子里找到自己想要的東西,要調整某幾樣東 西的位置也不容易。所以在房間里做一些柜子也 許是個更好的選擇,雖然柜子會增加我們的成 本,但它可以在維護階段為我們帶來好處。使用 這些柜子存放東西的規則,或許就是一種模式
學習設計模式,有助於寫出可復用和可維護性高的程式
設計模式的原則是“找出 程式中變化的地方,並將變化封裝起來”,它的關鍵是意圖,而不是結構。
不過要註意,使用不當的話,可能會事倍功半。
一、單例模式
1. 定義
保證一個類僅有一個實例,並提供一個訪問它的全局訪問點
2. 核心
確保只有一個實例,並提供全局訪問
3. 實現
假設要設置一個管理員,多次調用也僅設置一次,我們可以使用閉包緩存一個內部變數來實現這個單例
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
這是比較簡單的做法,但是假如我們還要設置一個HR呢?就得複製一遍代碼了
所以,可以改寫單例內部,實現地更通用一些
// 提取出通用的單例 function getSingleton(fn) { var instance = null; return function() { if (!instance) { instance = fn.apply(this, arguments); } return instance; } }
再進行調用,結果還是一樣
// 獲取單例 var managerSingleton = getSingleton(function(name) { var manager = new SetManager(name); return manager; }); managerSingleton('a').getName(); // a managerSingleton('b').getName(); // a managerSingleton('c').getName(); // a
這時,我們添加HR時,就不需要更改獲取單例內部的實現了,僅需要實現添加HR所需要做的,再調用即可
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,僅想要創建一個div層,不需要將對象實例化,直接調用函數
結果為頁面中僅有第一個創建的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. 定義
定義一系列的演算法,把它們一個個封裝起來,並且使它們可以相互替換。
2. 核心
將演算法的使用和演算法的實現分離開來。
一個基於策略模式的程式至少由兩部分組成:
第一個部分是一組策略類,策略類封裝了具體的演算法,並負責具體的計算過程。
第二個部分是環境類Context,Context接受客戶的請求,隨後把請求委托給某一個策略類。要做到這點,說明Context 中要維持對某個策略對象的引用
3. 實現
策略模式可以用於組合一系列演算法,也可用於組合一系列業務規則
假設需要通過成績等級來計算學生的最終得分,每個成績等級有對應的加權值。我們可以利用對象字面量的形式直接定義這個組策略
// 加權映射關係 var levelMap = { S: 10, A: 8, B: 6, C: 4 }; // 組策略 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']; } } // 調用 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
在組合業務規則方面,比較經典的是表單的驗證方法。這裡列出比較關鍵的部分
// 錯誤提示 var errorMsgs = { default: '輸入數據格式不正確', minLength: '輸入數據長度不足', isNumber: '請輸入數字', required: '內容不為空' }; // 規則集 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']; } } }; // 校驗器 function Validator() { this.items = []; }; Validator.prototype = { constructor: Validator, // 添加校驗規則 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() { // 進行校驗 return rules[rule].apply(this, arg); }); }, // 開始校驗 start: function() { for (var i = 0; i < this.items.length; ++i) { var ret = this.items[i](); if (ret) { console.log(ret); // return ret; } } } }; // 測試數據 function testTel(val) { return val; } var validate = new Validator(); validate.add(testTel('ccc'), 'isNumber', '只能為數字'); // 只能為數字 validate.add(testTel(''), 'required'); // 內容不為空 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. 優缺點
優點
可以有效地避免多重條件語句,將一系列方法封裝起來也更直觀,利於維護
缺點
往往策略集會比較多,我們需要事先就瞭解定義好所有的情況
三、代理模式
1. 定義
為一個對象提供一個代用品或占位符,以便控制對它的訪問
2. 核心
當客戶不方便直接訪問一個 對象或者不滿足需要的時候,提供一個替身對象 來控制對這個對象的訪問,客戶實際上訪問的是 替身對象。
替身對象對請求做出一些處理之後, 再把請求轉交給本體對象
代理和本體的介面具有一致性,本體定義了關鍵功能,而代理是提供或拒絕對它的訪問,或者在訪問本體之前做一 些額外的事情
3. 實現
代理模式主要有三種:保護代理、虛擬代理、緩存代理
保護代理主要實現了訪問主體的限制行為,以過濾字元作為簡單的例子
// 主體,發送消息 function sendMsg(msg) { console.log(msg); } // 代理,對消息進行過濾 function proxySendMsg(msg) { // 無消息則直接返回 if (typeof msg === 'undefined') { console.log('deny'); return; } // 有消息則進行過濾 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
它的意圖很明顯,在訪問主體之前進行控制,沒有消息的時候直接在代理中返回了,拒絕訪問主體,這數據保護代理的形式
有消息的時候對敏感字元進行了處理,這屬於虛擬代理的模式
虛擬代理在控制對主體的訪問時,加入了一些額外的操作
在滾動事件觸發的時候,也許不需要頻繁觸發,我們可以引入函數節流,這是一種虛擬代理的實現
// 函數防抖,頻繁操作中不處理,直到操作完成之後(再過 delay 的時間)才一次性處理 function debounce(fn, delay) { delay = delay || 200; var timer = null; return function() { var arg = arguments; // 每次操作時,清除上次的定時器 clearTimeout(timer); timer = null; // 定義新的定時器,一段時間後進行操作 timer = setTimeout(function() { fn.apply(this, arg); }, delay); } }; var count = 0; // 主體 function scrollHandle(e) { console.log(e.type, ++count); // scroll } // 代理 var proxyScrollHandle = (function() { return debounce(scrollHandle, 500); })(); window.onscroll = proxyScrollHandle;
緩存代理可以為一些開銷大的運算結果提供暫時的緩存,提升效率
來個慄子,緩存加法操作
// 主體 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,則直接從緩存返回 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. 定義
迭代器模式是指提供一種方法順序訪問一個聚合對象中的各個元素,而又不需要暴露該對象的內部表示。
2. 核心
在使用迭代器模式之後,即使不關心對象的內部構造,也可以按順序訪問其中的每個元素
3. 實現
JS中數組的map forEach 已經內置了迭代器
[1, 2, 3].forEach(function(item, index, arr) { console.log(item, index, arr); });
不過對於對象的遍歷,往往不能與數組一樣使用同一的遍歷代碼
我們可以封裝一下
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
再來看一個例子,強行地使用迭代器,來瞭解一下迭代器也可以替換頻繁的條件語句
雖然例子不太好,但在其他負責的分支判斷情況下,也是值得考慮的
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
將每個條件語句拆分出邏輯函數,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、發佈-訂閱模式
1. 定義
也稱作觀察者模式,定義了對象間的一種一對多的依賴關係,當一個對象的狀態發 生改變時,所有依賴於它的對象都將得到通知
2. 核心
取代對象之間硬編碼的通知機制,一個對象不用再顯式地調用另外一個對象的某個介面。
與傳統的發佈-訂閱模式實現方式(將訂閱者自身當成引用傳入發佈者)不同,在JS中通常使用註冊回調函數的形式來訂閱
3. 實現
JS中的事件就是經典的發佈-訂閱模式的實現
// 訂閱 document.body.addEventListener('click', function() { console.log('click1'); }, false); document.body.addEventListener('click', function() { console.log('click2'); }, false); // 發佈 document.body.click(); // click1 click2
自己實現一下
小A在公司C完成了筆試及面試,小B也在公司C完成了筆試。他們焦急地等待結果,每隔半天就電話詢問公司C,導致公司C很不耐煩。
一種解決辦法是 AB直接把聯繫方式留給C,有結果的話C自然會通知AB
這裡的“詢問”屬於顯示調用,“留給”屬於訂閱,“通知”屬於發佈
// 觀察者 var observer = { // 訂閱集合 subscribes: [], // 訂閱 subscribe: function(type, fn) { if (!this.subscribes[type]) { this.subscribes[type] = []; } // 收集訂閱者的處理 typeof fn === 'function' && this.subscribes[type].push(fn); }, // 發佈 可能會攜帶一些信息發佈出去 publish: function() { var type = [].shift.call(arguments), fns = this.subscribes[type]; // 不存在的訂閱類型,以及訂閱時未傳入處理回調的 if (!fns || !fns.length) { return; } // 挨個處理調用 for (var i = 0; i < fns.length; ++i) { fns[i].apply(this, arguments); } }, // 刪除訂閱 remove: function(type, fn) { // 刪除全部 if (typeof type === 'undefined') { this.subscribes = []; return; } var fns = this.subscribes[type]; // 不存在的訂閱類型,以及訂閱時未傳入處理回調的 if (!fns || !fns.length) { return; } if (typeof fn === 'undefined') { fns.length = 0; return; } // 挨個處理刪除 for (var i = 0; i < fns.length; ++i) { if (fns[i] === fn) { fns.splice(i, 1); } } } }; // 訂閱崗位列表 function jobListForA(jobs) { console.log('A', jobs); } function jobListForB(jobs) { console.log('B', jobs); } // A訂閱了筆試成績 observer.subscribe('job', jobListForA); // B訂閱了筆試成績 observer.subscribe('job', jobListForB); // A訂閱了筆試成績 observer.subscribe('examinationA', function(score) { console.log(score); }); // B訂閱了筆試成績 observer.subscribe('examinationB', function(score) { console.log(score); }); // A訂閱了面試結果 observer.subscribe('interviewA', function(result) { console.log(result); }); observer.publish('examinationA', 100); // 100 observer.publish('examinationB', 80); // 80 observer.publish('interviewA', '備用'); // 備用 observer.publish('job', ['前端', '後端', '測試']); // 輸出A和B的崗位 // B取消訂閱了筆試成績 observer.remove('examinationB'); // A都取消訂閱了崗位 observer.remove('job', jobListForA); observer.publish('examinationB', 80); // 沒有可匹配的訂閱,無輸出 observer.publish('job', ['前端', '後端', '測試']); // 輸出B的崗位
4. 優缺點
優點
一為時間上的解耦,二為對象之間的解耦。可以用在非同步編程中與MV*框架中
缺點
創建訂閱者本身要消耗一定的時間和記憶體,訂閱的處理函數不一定會被執行,駐留記憶體有性能開銷
弱化了對象之間的聯繫,複雜的情況下可能會導致程式難以跟蹤維護和理解
六、命令模式
1. 定義
用一種松耦合的方式來設計程式,使得請求發送者和請求接收者能夠消除彼此之間的耦合關係
命令(command)指的是一個執行某些特定事情的指令
2. 核心
命令中帶有execute執行、undo撤銷、redo重做等相關命令方法,建議顯示地指示這些方法名
3. 實現
簡單的命令模式實現可以直接使用對象字面量的形式定義一個命令
var incrementCommand = { execute: function() { // something } };
不過接下來的例子是一個自增命令,提供執行、撤銷、重做功能
採用對象創建處理的方式,定義這個自增
// 自增 function IncrementCommand() { // 當前值 this.val = 0; // 命令棧 this.stack = []; // 棧指針位置 this.stackPosition = -1; }; IncrementCommand.prototype = { constructor: IncrementCommand, // 執行 execute: function() { this._clearRedo(); // 定義執行的處理 var command = function() { this.val += 2; }.bind(this); // 執行並緩存起來 command(); this.stack.push(command); this.stackPosition++; this.getValue(); }, canUndo: function() { return this.stackPosition >= 0; }, canRedo: function() { return this.stackPosition < this.stack.length - 1; }, // 撤銷 undo: function() { if (!this.canUndo()) { return; } this.stackPosition--; // 命令的撤銷,與執行的處理相反 var command = function() { this.val -= 2; }.bind(this); // 撤銷後不需要緩存 command(); this.getValue(); }, // 重做 redo: function() { if (!this.canRedo()) { return; } // 執行棧頂的命令 this.stack[++this.stackPosition](); this.getValue(); }, // 在執行時,已經撤銷的部分不能再重做 _clearRedo: function() { this.stack = this.stack.slice(0, this.stackPosition + 1); }, // 獲取當前值 getValue: function() { console.log(this.val); } };
再實例化進行測試,模擬執行、撤銷、重做的操作
var incrementCommand = new IncrementCommand(); // 模擬事件觸發,執行命令 var eventTrigger = { // 某個事件的處理中,直接調用命令的處理方法 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'](); // 無輸出 eventTrigger['incrementRedo'](); // 2 eventTrigger['incrementRedo'](); // 4 eventTrigger['incrementRedo'](); // 無輸出 eventTrigger['increment'](); // 6
此外,還可以實現簡單的巨集命令(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、組合模式
1. 定義
是用小的子對象來構建更大的 對象,而這些小的子對象本身也許是由更小 的“孫對象”構成的。
2. 核心
可以用樹形結構來表示這種“部分- 整體”的層次結構。
調用組合對象 的execute方法,程式會遞歸調用組合對象 下麵的葉對象的execute方法
但要註意的是,組合模式不是父子關係,它是一種HAS-A(聚合)的關係,將請求委托給 它所包含的所有葉對象。基於這種委托,就需要保證組合對象和葉對象擁有相同的 介面
此外,也要保證用一致的方式對待 列表中的每個葉對象,即葉對象屬於同一類,不需要過多特殊的額外操作
3. 實現
使用組合模式來實現掃描文件夾中的文件
// 文件夾 組合對象 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() { // 委托給葉對象處理 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 葉對象 function File(name) { this.name = name; this.parent = null; } File.prototype = { constructor: File, add: function() { console.log('文件裡面不能添加文件'); }, scan: function() { var name = [this.name]; var parent = this.parent; while (parent) { name.unshift(parent.name); parent = parent.parent; } console.log(name.join(' / ')); } };
構造好組合對象與葉對象的關係後,實例化,在組合對象中插入組合或葉對象
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('後端'); web.add(fe).add(rd); var file1 = new File('HTML權威指南.pdf'); var file2 = new File('CSS權威指南.pdf'); var file3 = new File('JavaScript權威指南.pdf'); var file4 = new File('MySQL基礎.pdf'); var file5 = new File('Web安全.pdf'); var file6 = new File('Linux菜鳥.pdf'); css.add(file2); fe.add(file1).add(file3).add(css).add(js); rd.add(file4).add(file5); web.add(file6); rd.remove(file4); // 掃描 web.scan();
掃描結果為
4. 優缺點
優點
可 以方便地構造一棵樹來表示對象的部分-整體 結構。在樹的構造最終 完成之後,只需要通過請求樹的最頂層對 象,便能對整棵樹做統一一致的操作。
缺點
創建出來的對象長得都差不多,可能會使代碼不好理解,創建太多的對象對性能也會有一些影響
八、模板方法模式
1. 定義
模板方法模式由兩部分結構組成,第一部分是抽象父類,第二部分是具體的實現子類。
2. 核心
在抽象父類中封裝子類的演算法框架,它的 init方法可作為一個演算法的模板,指導子類以何種順序去執行哪些方法。
由父類分離出公共部分,要求子類重寫某些父類的(易變化的)抽象方法
3. 實現
模板方法模式一般的實現方式為繼承
以運動作為例子,運動有比較通用的一些處理,這部分可以抽離開來,在父類中實現。具體某項運動的特殊性則有自類來重寫實現。
最終子類直接調用父類的模板函數來執行
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