设计模式
设计模式总共有 23 种,但在前端领域其实没必要全部都去学习,毕竟大部分的设计模式是在 JavaScript 中占的比重并不是那么大,本文会列举出一些 JavaScript 常见的、容易被忽视的设计模式,不过还是有必要先简单了解一下设计模式相关的概念.
设计模式是什么?
先举个形象的例子,比如现在正在考试而且恰好在考数学,实际上每道数学题目都对应着一种或多种解决公式(如和三角形相关的勾股定理),而这些解决公式是经过数学家研究、推导、总结好的,我们只需要把 题目 和 已有公式 对应上就很容易解决问题,而 设计模式 也是如此,只不过是它是相对于 软件设计领域 而言的.
设计模式(Design pattern) 是一套被反复使用、经过分类、代码设计经验的总结,简单来说设计模式就是为了解决 软件设计领域 不同场景下相应问题的 解决方案.
设计原则(SOLID)
SOLID 实际上指的是五个基本原则,但在前端领域涉及到最多的是仍然是前面两条:
- 单一功能原则(Single Responsibility Principle)
- 开放封闭原则(Opened Closed Principle)
- 里式替换原则(Liskov Substitution Principle)
- 接口隔离原则(Interface Segregation Principle)
- 依赖反转原则(Dependency Inversion Principle)
设计模式的类型
主要分为三个类型:
创建型
- 主要用于解耦 对象的实例化 过程,即用于创建对象,如对象实例化
- 本文主要包含:简单工厂模式、抽象工厂模式、单例模式、原型模式
行为型
- 主要用于优化不同 类、对象、接口 间的结构关系,如把 类 或 对象 结合在一起形成一个更大的结构
- 本文主要包含:装饰器模式、适配器模式、代理模式
结构型
- 主要用于定义 类 和 对象 如何交互、划分责任、设计算法
- 本文主要包含:策略模式、状态模式、观察者模式、发布订阅模式、迭代器模式
创建型设计模式
设计模式的核心是区分逻辑中的 可变部分 和 不变部分,并使它们进行分离,从而达到使变化的部分易扩展、不变的部分稳定.
工厂模式
简单工厂模式
核心就是创建一个对象,这里的 可变部分 是 参数,不变部分 是 共有属性.
举例:通过不同职级的员工创建员工相关信息,需要包含 name、age、position、job 等信息.
实现方式一:
核心就是 可变部分 默认 参数化
function Staff(name, age, position, job) { this.name = name; this.age = age; this.position = position; this.job = job; } const developer = new Staff('zs', 18, 'develoment', ['写 bug', '改 bug', '摸鱼']); const productManager = new Staff('ls', 30, 'manager', ['提需求', '改需求', '面向 PPT 开发']);
实现方式二:
实际上在实现方式一中的 job 部分是和 position 是相互关联的,可以认为 job 部分是 不变的,因此可以根据 position 内容的内容来自动匹配 job
function Staff(name, age, position, job) { this.name = name; this.age = age; this.position = position; this.job = job; } function StaffFactory(name, age, position){ let job = [] switch (position) { case 'develoment': job = ['写 bug', '改 bug', '摸鱼']; break; case 'manager': job = ['提需求', '改需求', '面向 PPT 开发']; break; ... } return new Staff(name, age, position, job); } const developer = StaffFactory('zs', 18, 'developer'); const productManager = StaffFactory('ls', 30, 'manager');
抽象工厂模式
这个模式最显眼的就是 抽象 两个字了,在如 Java 语言当中存在所谓的 抽象类,这个抽象类里面的所有属性和方法都没有具体实现,只有单纯的定义,而继承这个抽象类的子类必须要实现其对应的抽象属性和抽象方法.
在 JavaScript
中没有这样的直接定义,不过根据上面的描述其实我们可以把它映射到 typescript
中的 interface
接口,理解到这其实让我联想到了 vue.js
中的 自定义渲染器,预留的自定义渲染器的各个方法目的就是实现跨平台的渲染方式
// 文件位置:packages\runtime-core\src\renderer.ts
export function createRenderer<
HostNode = RendererNode,
HostElement = RendererElement
>(options: RendererOptions<HostNode, HostElement>) {
return baseCreateRenderer<HostNode, HostElement>(options)
}
// 文件位置:packages\runtime-core\src\renderer.ts
// RendererOptions 就是一个 Interface 接口
export interface RendererOptions<
HostNode = RendererNode,
HostElement = RendererElement
> {
patchProp(
el: HostElement,
key: string,
prevValue: any,
nextValue: any,
isSVG?: boolean,
prevChildren?: VNode<HostNode, HostElement>[],
parentComponent?: ComponentInternalInstance | null,
parentSuspense?: SuspenseBoundary | null,
unmountChildren?: UnmountChildrenFn
): void
insert(el: HostNode, parent: HostElement, anchor?: HostNode | null): void
remove(el: HostNode): void
createElement(
type: string,
isSVG?: boolean,
isCustomizedBuiltIn?: string,
vnodeProps?: (VNodeProps & { [key: string]: any }) | null
): HostElement
createText(text: string): HostNode
createComment(text: string): HostNode
setText(node: HostNode, text: string): void
setElementText(node: HostElement, text: string): void
parentNode(node: HostNode): HostElement | null
nextSibling(node: HostNode): HostNode | null
querySelector?(selector: string): HostElement | null
setScopeId?(el: HostElement, id: string): void
cloneNode?(node: HostNode): HostNode
insertStaticContent?(
content: string,
parent: HostElement,
anchor: HostNode | null,
isSVG: boolean,
start?: HostNode | null,
end?: HostNode | null
): [HostNode, HostNode]
}
接下来我们将以上的 typescript 的形式转变成 JavaScript 形式的抽象模式:
// 抽象 Render 类
class Renderer {
patchProp(
el,
key,
prevValue,
nextValue,
isSVG,
prevChildren,
parentComponent,
parentSuspense,
unmountChildren
) {
throw Error('抽象工厂方法不能直接使用,你需要将我重写!!!');
}
insert(el, parent, anchor) {
throw Error('抽象工厂方法不能直接使用,你需要将我重写!!!');
}
remove(el) {
throw Error('抽象工厂方法不能直接使用,你需要将我重写!!!');
}
createElement(type, isSVG, isCustomizedBuiltIn, vnodeProps) {
throw Error('抽象工厂方法不能直接使用,你需要将我重写!!!');
}
createText(text) {
throw Error('抽象工厂方法不能直接使用,你需要将我重写!!!');
}
createComment(text) {
throw Error('抽象工厂方法不能直接使用,你需要将我重写!!!');
}
setText(node, text) {
throw Error('抽象工厂方法不能直接使用,你需要将我重写!!!');
}
setElementText(node, text) {
throw Error('抽象工厂方法不能直接使用,你需要将我重写!!!');
}
parentNode(node) {
throw Error('抽象工厂方法不能直接使用,你需要将我重写!!!');
}
nextSibling(node) {
throw Error('抽象工厂方法不能直接使用,你需要将我重写!!!');
}
querySelector(selector) {
throw Error('抽象工厂方法不能直接使用,你需要将我重写!!!');
}
setScopeId(el, id) {
throw Error('抽象工厂方法不能直接使用,你需要将我重写!!!');
}
cloneNode(node) {
throw Error('抽象工厂方法不能直接使用,你需要将我重写!!!');
}
insertStaticContent(content, parent, anchor, isSVG, start, end) {
throw Error('抽象工厂方法不能直接使用,你需要将我重写!!!');
}
}
// 具体渲染函数的实现
class createRenderer extends Renderer{
// 待实现的渲染器方法
...
}
单例模式
核心就是通过多次 new 操作进行实例化时,能够保证创建 实例对象 的 唯一性.
vuex 中的单例模式
其实,vuex
中就使用到了 单例模式,代码本身比较简单,当 install
方法被多次调用时,就会得到一个错误信息,并不会多次向 Vue
中混入 vuex
中自定义的内容:
实现一个单例模式
这里举个封装 localStorage
方法的例子,并提供给外部对应的创建方法,如下:
let storageInstance = null;
class Storage {
getItem(key) {
let value = localStorage.getItem(key);
try {
return JSON.parse(value);
} catch (error) {
return value;
}
}
setItem(key, value) {
try {
localStorage.setItem(JSON.stringify(value));
} catch (error) {
// do something
console.error(error);
}
}
}
// 单例模式
export default function createStorage(){
if(!storageInstance){
storageInstance = new Storage();
}
return storageInstance;
}
原型模式
在 JavaScript
中原型模式是很常见的,JavaScript
中实现的 继承 或者叫 委托 也许更合适,因为它不等同于如 Java
等语言中的继承,毕竟 JavaScript
的 继承 是基于原型(prototype
)来实现.
class Person {
say() {
console.log(`hello, my name is ${this.name}!`);
}
eat(foodName) {
console.log(`eating ${foodName}`);
}
}
class Student extends Person {
constructor(name) {
super();
this.name = name;
}
}
const zs = new Student('zs');
const ls = new Student('ls');
console.log(zs.say === ls.say);// Java 中是不相等的, JavaScript 中是相等的
console.log(zs.eat === ls.eat);// Java 中是不相等的, JavaScript 中是相等的
vue2 中的原型模式
文件位置:\src\core\instance\lifecycle.js
结构型设计模式
装饰器模式
核心是在不改变原 对象/方法 的基础上,通过对其进行包装拓展,使原有 对象/方法 可以满足更复杂的需求.
装饰器本质
装饰器模式本质上就是 函数的传参和调用,通过函数为已有 对象/方法 进行扩展,而不用修改原对象/方法,满足 开放封闭原则.
通过配置 babel
通过将 test.js
转为为 bable_test.js
用来查看装饰器的本质:
babel.config.json
{
"presets": [
[
"@babel/preset-env",
{
"targets": {
"node": "current"
}
}
]
],
"plugins": [
["@babel/plugin-proposal-decorators", { "legacy": true }],
["@babel/plugin-proposal-class-properties", { "loose": true }]
]
}
test.js
// 定义装饰器
function decoratorTest(target) {
console.log(target);
}
// 使用装饰器,装饰 Person 类
@decoratorTest
class Person {
say() {}
eat() {}
}
执行 babel test.js --out-file babel_test.js 命令是生成 babel_test.js
"use strict";
var _class;
function decoratorTest(target) {
console.log(target);
}
let Person = decoratorTest(_class = class Person {
say() {}
eat() {}
}) || _class;
React 中的装饰器模式 —— HOC 高阶组件
高阶组件 是参数为 组件,返回值为新组件的 函数,在 React 中 HOC 通常用于复用组件公共逻辑.
// TodoList 组件
class TodoList extends React.Component {}
// HOC 函数
function WrapContainer(Comp) {
return (
<div style={{ border: "1px solid red", padding: 10 }}>
<Comp title="todo" />
</div>
);
}
// HOC 装饰 TodoList 组件,为 TodoList 组件包裹红色边框
const newTodoList = WrapContainer(TodoList);
适配器模式
适配器模式本质就是 让原本不兼容的功能能够生效,避免大规模修改代码,对外提供统一使用.
Axios 中的适配器
通过观察 Axios 的目录结构,很容就发现其使用了适配器模式:
其实 Axios
中的 adapters
主要目的是根据当前运行时环境,向外返回对应的适配器 adapter
,而这个适配器要做的其实就是兼容 web
浏览器环境和 node
环境的 http
请求,保证对外暴露的仍然是统一的 API
接口
代理模式
代理模式顾名思义就是 不能直接访问目标对象,需要通过代理器来实现访问,通常是为了提升性能、保证安全等.
事件代理
事件代理是很常见的性能优化手段之一,react
的事件机制也采用了事件代理的方式(篇幅有限可自行了解),这里演示简单的 JavaScript
事件代理:
<div id="container">
<p>this number is 1</p>
<p>this number is 2</p>
<p>this number is 3</p>
<p>this number is 4</p>
<p>this number is 5</p>
</div>
<script>
const container = document.querySelector("#container");
container.addEventListener("click", function (e) {
alert(e.target.textContent);
});
</script>
Vue 中的代理 Proxy
Vue.js 3
中通过 Proxy
实现了对数据的代理,任何读取、设置的操作都会被 代理对象 的 handlers
拦截到,从而实现 Vue
中的 track
和 trigger
行为型设计模式
策略模式
策略模式实际上就是定义一系列的算法,将单个功能封装起来,并且对扩展开放.
举个例子
假如我们需要为某个游乐场的门票价格做差异化询价,主要人员类型分为 儿童、成年人、老年人 三种,其对应的门票折扣为 8折、9折、8.5折
if-else
代码一把梭
缺点:无论哪种人员类型的折扣变动,都需要修改 finalPrice
函数,不符合对 对修改封闭
function finalPrice(type, price) {
if (type === "child") {
// do other thing
return price * 0.8;
}
if (type === "adult") {
// do other thing
return price * 0.9;
}
if (type === "aged") {
// do other thing
return price * 0.85;
}
}
单一功能封装
缺点:若人员类型增加妇女类型,仍然需要修改 finalPrice
函数,且不符合 对扩展开放
function childPrice(price) {
// do other thing
return price * 0.8;
}
function adultPrice(price) {
// do other thing
return price * 0.9;
}
function agedPrice(price) {
// do other thing
return price * 0.85;
}
function finalPrice(type, price) {
if (type === "child") {
return childPrice(price);
}
if (type === "adult") {
return adultPrice(price);
}
if (type === "aged") {
return agedPrice(price);
}
}
创建映射关系
通过映射关系,很好的将 finalPrice
和 具体的计算逻辑进行分离,在需要扩展类型时,只需要修改 priceTypeMap
对象而不用修改对外暴露的 finalPrice
函数.
const priceTypeMap = {
child: function (price) {
// do other thing
return price * 0.8;
},
adult: function (price) {
// do other thing
return price * 0.9;
},
aged: function (price) {
// do other thing
return price * 0.85;
},
};
function finalPrice(type, price) {
return priceTypeMap[type](price);
}
状态模式
状态模式允许一个对象在其内部状态发生改变时,能够改变原本的行为.
举例子
假如现在我们需要设计一个售票机器,主要出售 巴士、火车、飞机票等,价格分别为 50、150、1000,并且能够根据剩余票数决定是否能够继续购买.
通过策略模式实现核心代码逻辑
有了上面的 策略模式 的思想,立马就可以设计出如下的代码:
缺点:没有根据剩余票数决定是否可以继续售卖,主要原因就在于抽离的 ticketTypeMap
和 TicketMachine
之间的状态没有关联
const ticketTypeMap = {
bus() {
// do other thing
return 50;
},
train() {
// do other thing
return 150;
},
plane() {
// do other thing
return 1000;
},
};
class TicketMachine {
constructor() {
// 剩余票数
this.remain = {
bus: 100,
train: 150,
plane: 200,
};
}
selling(type) {
return ticketTypeMap[type]();
}
}
关联对象状态 — 函数传参
通过函数传参的方式将对象传递给目标函数,让目标函数通过该对象访问和修改对象内部的状态.
const ticketTypeMap = {
bus(remain) {
if (remain.bus <= 0) return Error("抱歉,巴士票已售完");
remain.bus--;
return 50;
},
train(remain) {
if (remain.train <= 0) return Error("抱歉,火车票已售完");
remain.train--;
return 150;
},
plane(remain) {
if (remain.plane <= 0) return Error("抱歉,飞机票已售完");
remain.plane--;
return 1000;
},
};
class TicketMachine {
constructor() {
// 剩余票数
this.remain = {
bus: 100,
train: 150,
plane: 200,
};
}
selling(type) {
return ticketTypeMap[type](this.remain);
}
}
关联对象状态 — 整合方法
实际上 ticketTypeMap
映射的方法和 TicketMachine
有较强的关联性,不应该单独存在,因此,可以将这个映射对象整合进 TicketMachine
当中
class TicketMachine {
constructor() {
// 剩余票数
this.remain = {
bus: 100,
train: 150,
plane: 200,
};
}
ticketTypeMap = {
that: this,
bus() {
const { remain } = this.that;
if (remain.bus <= 0) return Error("抱歉,巴士票已售完");
remain.bus--;
return 50;
},
train() {
const { remain } = this.that;
if (remain.train <= 0) return Error("抱歉,火车票已售完");
remain.train--;
return 150;
},
plane() {
const { remain } = this.that;
if (remain.plane <= 0) return Error("抱歉,飞机票已售完");
remain.plane--;
return 1000;
},
};
selling(type) {
return this.ticketTypeMap[type]();
}
}
观察者模式
观察者模式定义了一种一对多的依赖关系,让多个观察者对象同时监听某一个目标对象,当这个目标对象的状态发生变化时,会通知所有观察者对象,使它们能够自动更新.
vue 中的观察者模式
vue 中的响应式原理就使用了 观察者模式,我们简单回顾一下其工作流程:
compile
:将模板内容编译得到对应的render
渲染函数render
:渲染函数执行生成VNode
,通过patch
函数初始化视图view
Observe
:负责将data
中返回的对象进行数据劫持(getter/setter
),且其中会使用Dep
来实现watcher
的存储,相当于 被观察者Dep
:在触发getter
时执行dep.depend()
实际上执行的是watcher.addDep()
,该方法会将当前的dep
对象保存到Watcher
,同时将当前的watcher
通过dep.addSub()
添加到Dep
中Watcher
:相当于 观察者,提供统一的update()
方法供Dep
调用
data changed
:响应式数据发生变更,触发数据劫持操作setter
- 进而执行
dep.notify()
方法,通过循环去执行watcher.update()
方法,即执行queueWatcher()
将watcher
添加到queue
队列中 - 最后由
scheduler
调度器 中执行nextTick(flushSchedulerQueue)
进行异步队列刷新操作
- 进而执行
以上过程中,显然 Observe
和 Watcher
就是 被观察者 和 观察者 ,因为 Observe
中实现了对 Watcher
的收集和监听到数据状态发生变化时通知 Watcher
更新的处理,可以认为 Dep
只是 Observe
中使用到的一个存储和派发 Watcher
的工具.
发布订阅模式
发布订阅模式有三个核心:发布者、事件中心、订阅者,且发布订阅模式中的 发布者 和 订阅者 不能直接进行通信,必须要经过 事件中心 来统一调度.
与观察者模式的区别
实际上,发布订阅模式和观察者模式在概念上非常相似,做的事情也都一致,主要区别在于:
- 发布订阅模式依赖于 事件中心 统一调度 发布者 和 订阅者,发布者 和 订阅者 不直接进行通信
- 观察者模式中的 被观察者 和 观察者 是直接建立连接的,被观察者 需要保存 观察者 的信息,观察者 需要提供统一的 方法 供观察者进行使用
实现发布订阅模式
vue
中的 全局事件总线(Event Bus
)和 node
中的 Event Emitter
,甚至是浏览器中的事件注册(addEventListener
)和执行,它们都属于发布订阅模式.
下面实现一个简单的发布订阅模式:
class EventEmitter {
constructor() {
this.handlers = {};
}
on(name, handle) {
if (!this.handlers[name]) {
this.handlers[name] = [];
}
this.handlers[name].push(handle);
}
emit(name, ...args) {
if (this.handlers[name]) {
this.handlers[name].forEach((handle) => {
handle(...args);
});
}
}
off(name, handle) {
if (this.handlers[name]) {
this.handlers[name] = this.handlers[name].filter((h) => {
if (handle) return h !== handle;
return false;
});
}
}
once(name, handle) {
const onceHandle = (...args) => {
handle(...args);
this.off(name, onceHandle);
};
this.on(name, onceHandle);
}
}
迭代器模式
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,核心目的就是 遍历.
JavaScript 中的遍历方式
- Array :for...of、for...in、forEach、map、filter
- Object :for...in
- Map :for...of、forEach
- Set :for...of、forEach
看起来很难有一种方法能够兼容以上几种数据结构的遍历方式,即不需要考虑数据结构本身就能实现遍历的目的,但我们可以基于 ES6
的 Symbol.iterator
实现自定义迭代器.
Symbol.iterator 实现通用迭代
Symbol.iterator
为每一个对象定义了默认的迭代器,拥有该迭代器后就可以被 for...of
循环使用.
function $each(data, handle) {
if (typeof data !== "object") throw TypeError("data should be object!");
if (!data[Symbol.iterator]) {
Object.prototype[Symbol.iterator] = function () {
let i = 0;
let keys = Reflect.ownKeys(this);
return {
next() {
const done = i >= keys.length;
return {
value: done ? undefined : keys[i++],
done,
};
},
};
};
}
for (const item of data) {
handle(item);
}
}
最后
大前端的各种新技术层出不穷,很容易忽视如数据结构、设计模式等基础内容,其实看很多设计模式相关的内容,很少有讲得简单易懂的,终归是没有结合现有的框架去学习到底是如何使用起来。
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