前端需要掌握的设计模式
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2020-09-28 12:14
王君，微医云服务团队前端工程师，一个切菜比切图还快的码农。
烹饪有菜谱，游戏有攻略，各个行业都存在一些快捷又高效的“套路”。而编程的“套路”就是设计模式。
提到设计模式，相信知道的同学都会脱口而出，五大基本原则（SOLID）和 23 种设计模式。SOLID 所指的五大基本原则分别是：单一功能原则、开放封闭原则、里式替换原则、接口隔离原则和依赖反转原则。逐字逐句诠释这五大基本原则违背了写这篇文章的初衷，引用社区大佬的理解，SOLID 可以简单概括为六个字，即“高内聚，低耦合”：
高层模块不依赖底层模块，即为依赖反转原则。 内部修改关闭，外部扩展开放，即为开放封闭原则。 聚合单一功能，即为单一功能原则。 低知识要求，对外接口简单，即为迪米特法则。 耦合多个接口，不如独立拆分，即为接口隔离原则。 合成复用，子类继承可替换父类，即为里式替换原则。
23 种设计模式分为“创建型”、“行为型”和“结构型”。具体类型如下图：
设计模式说白了就是“封装变化”。比如“创建型”封装了创建对象的变化过程，“结构型”将对象之间组合的变化封装，“行为型”则是抽离对象的变化行为。接下来，本文将以“单一功能”和“开放封闭”这两大原则为主线，分别介绍“创建型”、“结构型”和“行为型”中最具代表性的几大设计模式。
创建型
工厂模式
工厂模式根据抽象程度可分为三种，分别为简单工厂、工厂方法和抽象工厂。其核心在于将创建对象的过程封装其他，然后通过同一个接口创建新的对象。 简单工厂模式又叫静态工厂方法，用来创建某一种产品对象的实例，用来创建单一对象。
// 简单工厂
class Factory {
constructor (username, pwd, role) {
this.username = username;
this.pwd = pwd;
this.role = role;
}
}
class CreateRoleFactory {
static create (username, pwd, role) {
return new Factory(username, pwd, role);
}
}
const admin = CreateRoleFactory.create('张三', '222', 'admin');
在实际工作中，各用户角色所具备的能力是不同的，因此简单工厂是无法满足的，这时候就可以考虑使用工厂方法来代替。工厂方法的本意是将实际创建对象的工作推迟到子类中。
class User {
constructor (name, menuAuth) {
if (new.target === User) throw new Error('User 不能被实例化');
this.name = name;
this.menuAuth = menuAuth;
}
}
class UserFactory extends User {
constructor (...props) {
super(...props);
}
static create (role) {
const roleCollection = new Map([
['admin', () => new UserFactory('管理员', ['首页', '个人中心'])],
['user', () => new UserFactory('普通用户', ['首页'])]
])
return roleCollection.get(role)();
}
}
const admin = UserFactory.create('admin');
console.log(admin); // {name: "管理员", menuAuth: Array(2)}
const user = UserFactory.create('user');
console.log(user); // {name: "普通用户", menuAuth: Array(1)}
随着业务形态的变化，一个用户可能在多个平台上同时存在，显然工厂方法也不再满足了，这时候就要用到抽象工厂。抽象工厂模式是对类的工厂抽象用来创建产品类簇，不负责创建某一类产品的实例。
class User {
constructor (hospital) {
if (new.target === User) throw new Error('抽象类不能实例化!');
this.hospital = hospital;
}
}
// 浙一
class ZheYiUser extends User {
constructor(name, departmentsAuth) {
super('zheyi_hospital');
this.name = name;
this.departmentsAuth = departmentsAuth;
}
}
// 萧山医院
class XiaoShanUser extends User {
constructor(name, departmentsAuth) {
super('xiaoshan_hospital');
this.name = name;
this.departmentsAuth = departmentsAuth;
}
}
const getAbstractUserFactory = (hospital) => {
switch (hospital) {
case 'zheyi_hospital':
return ZheYiUser;
break;
case 'xiaoshan_hospital':
return XiaoShanUser;
break;
}
}
const ZheYiUserClass = getAbstractUserFactory('zheyi_hospital');
const XiaoShanUserClass = getAbstractUserFactory('xiaoshan_hospital');
const user1 = new ZheYiUserClass('王医生', ['外科', '骨科', '神经外科']);
console.log(user1);
const user2 = newXiaoShanUserClass('王医生', ['外科', '骨科']);
console.log(user2);
小结： 构造函数和创建对象分离，符合开放封闭原则。
使用场景： 比如根据权限生成不同用户。
单例模式
单例模式理解起来比较简单，就是保证一个类只能存在一个实例，并提供一个访问它的全局接口。单例模式又分懒汉式和饿汉式两种，其区别在于懒汉式在调用的时候创建实例，而饿汉式则是在初始化就创建好实例，具体实现如下：
// 懒汉式
class Single {
static getInstance () {
if (!Single.instance) {
Single.instance = new Single();
}
return Single.instance;
}
}
const test1 = Single.getInstance();
const test2 = Single.getInstance();
console.log(test1 === test2); // true
// 饿汉式
class Single {
static instance = new Single();
static getInstance () {
return Single.instance;
}
}
const test1 = Single.getInstance();
const test2 = Single.getInstance();
console.log(test1 === test2); // true
小结： 实例如果存在，直接返回已创建的，符合开放封闭原则。
使用场景： Redux、Vuex 等状态管理工具，还有我们常用的 window 对象、全局缓存等。
原型模式
对于前端来说，原型模式在常见不过了。当新创建的对象和已有对象存在较大共性时，可以通过对象的复制来达到创建新的对象，这就是原型模式。
// Object.create()实现原型模式
const user = {
name: 'zhangsan',
age: 18
};
let userOne = Object.create(user);
console.log(userOne.__proto__); // {name: "zhangsan", age: 18}
// 原型链继承实现原型模式
class User {
constructor (name) {
this.name = name;
}
getName () {
return this.name;
}
}
class Admin extends User {
constructor (name) {
super(name);
}
setName (_name) {
return this.name = _name;
}
}
const admin = new Admin('zhangsan');
console.log(admin.getName());
console.log(admin.setName('lisi'));
小结： 原型模式最简单的实现方式---Object.create()。
使用场景： 新创建对象和已有对象无较大差别时，可以使用原型模式来减少创建新对象的成本。
结构型
装饰器模式
讲装饰器模式之前，先聊聊高阶函数。高阶函数就是一个函数就可以接收另一个函数作为参数。
const add = (x, y, f) => {
return f(x) + f(y);
}
const num = add(2, -2, Math.abs);
console.log(num); // 4
函数 add 就是一个简单的高阶函数，而 add 相对于 Math.abs 来说相当于一个装饰器，因此这个例子也可以理解为一个简单的装饰器模式。在 react 中，高阶组件(HOC)也是装饰器模式的一种体现，通常用来不改变原来组件的情况下添加一些属性，达到组件复用的功能。
import React from 'react';
const BgHOC = WrappedComponent => class extends React.Component {
render () {
return (
<div style={{ background: 'blue' }}>
<WrappedComponent />
div>
);
}
}
小结： 装饰器模式将现有对象和装饰器进行分离，两者独立存在，符合开放封闭原则和单一职责模式。
使用场景： es7 装饰器、vue mixins、core-decorators 等。
适配器模式
适配器别名包装器，其作用是解决两个软件实体间的接口不兼容的问题。以 axios 源码为例：
function getDefaultAdapter() {
var adapter;
// 判断当前是否是 node 环境
if (typeof process !== 'undefined' && Object.prototype.toString.call(process) === '[object process]') {
// 如果是 node 环境，调用 node 专属的 http 适配器
adapter = require('./adapters/http');
} else if (typeof XMLHttpRequest !== 'undefined') {
// 如果是浏览器环境，调用基于 xhr 的适配器
adapter = require('./adapters/xhr');
}
return adapter;
}
// http adapter
module.exports = function httpAdapter(config) {
return new Promise(function dispatchHttpRequest(resolvePromise, rejectPromise) {
...
}
}
// xhr adapter
module.exports = function xhrAdapter(config) {
return new Promise(function dispatchXhrRequest(resolve, reject) {
...
}
}
其目的就是保证 node 和浏览器环境的入参 config 一致，出参 Promise 都是同一个。
小结： 不改变原有接口的情况下，统一接口、统一入参、统一出参、统一规则，符合开发封闭原则。
使用场景 ：拥抱变化，兼容代码。
代理模式
代理模式就是为对象提供一个代理，用来控制对这个对象的访问。在我们业务开发中最常见的有四种代理类型：事件代理，虚拟代理、缓存代理和保护代理。本文主要介绍虚拟代理和缓存代理两类。 提到虚拟代理，其最具代表性的例子就是图片预加载。预加载主要是为了避免网络延迟、或者图片太大引起页面长时间留白的问题。通常的解决方案是先给 img 标签展示一个占位图，然后创建一个 Image 实例，让这个实例的 src 指向真实的目标图片地址，当其真实图片加载完成之后，再将 DOM 上的 img 标签的 src 属性指向真实图片地址。
class ProxyImg {
constructor (imgELe) {
this.imgELe = imgELe;
this.DEFAULT_URL = 'xxx';
}
setUrl (targetUrl) {
this.imgEle.src = this.DEFAULT_URL;
const image = new Image();
image.onload = () => {
this.imgEle.src = targetUrl;
}
image.src = targetUrl;
}
}
缓存代理常用于一些计算量较大的场景。当计算的值已经被出现过的时候，不需要进行第二次重复计算。以传参求和为例：
const countSum = (...arg) => {
console.log('count...');
let result = 0;
arg.forEach(v => result += v);
return result;
}
const proxyCountSum = (() => {
const cache = {};
return (...arg) => {
const args = arg.join(',');
if (args in cache) return cache[args];
return cache[args] = countSum(...arg);
};
})()
proxyCountSum(1,2,3,4); // count... 10
proxyCountSum(1,2,3,4); // 10
小结： 通过修改代理类来增加功能，符合开放封闭模式。
使用场景： 图片预加载、缓存服务器、处理跨域以及拦截器等。
行为型
策略模式
介绍策略模式之前，简单实现一个常见的促销活动规则：
预售活动，全场 9.5 折 大促活动，全场 9 折 返场优惠，全场 8.5 折 限时优惠，全场 8 折
人人喊打的 if-else
const activity = (type, price) => {
if (type === 'pre') {
return price * 0.95;
} else if (type === 'onSale') {
return price * 0.9;
} else if (type === 'back') {
return price * 0.85;
} else if (type === 'limit') {
return price * 0.8;
}
}
以上代码存在肉眼可见的问题：大量 if-else、可扩展性差、违背开放封闭原则等。 我们再使用策略模式优化：
const activity = new Map([
['pre', (price) => price * 0.95],
['onSale', (price) => price * 0.9],
['back', (price) => price * 0.85],
['limit', (price) => price * 0.8]
]);
const getActivityPrice = (type, price) => activity.get(type)(price);
// 新增新手活动
activity.set('newcomer', (price) => price * 0.7);
小结： 定义一系列算法，将其一一封装起来，并且使它们可相互替换。符合开放封闭原则。
使用场景： 表单验证、存在大量 if-else 场景、各种重构等。
观察者模式
观察者模式又叫发布-订阅模式，其用来定义对象之间的一对多依赖关系，以便当一个对象更改状态时，将通知其所有依赖关系。通过“别名”可以知道，观察者模式具备两个角色，即“发布者”和“订阅者”。正如我们工作中的产品经理就是一个“发布者”，而前后端、测试可以理解为“订阅者”。以产品经理建需求沟通群为例：
// 定义发布者类
class Publisher {
constructor () {
this.observers = [];
this.prdState = null;
}
// 增加订阅者
add (observer) {
this.observers.push(observer);
}
// 通知所有订阅者
notify () {
this.observers.forEach((observer) => {
observer.update(this);
})
}
// 该方法用于获取当前的 prdState
getState () {
return this.prdState;
}
// 该方法用于改变 prdState 的值
setState (state) {
// prd 的值发生改变
this.prdState = state;
// 需求文档变更，立刻通知所有开发者
this.notify();
}
}
// 定义订阅者类
class Observer {
constructor () {
this.prdState = {};
}
update (publisher) {
// 更新需求文档
this.prdState = publisher.getState();
// 调用工作函数
this.work();
}
// work 方法，一个专门搬砖的方法
work () {
// 获取需求文档
const prd = this.prdState;
console.log(prd);
}
}
// 创建订阅者：前端开发小王
const wang = new Observer();
// 创建订阅者：后端开发小张
const zhang = new Observer();
// 创建发布者：产品经理小曾
const zeng = new Publisher();
// 需求文档
const prd = {
url: 'xxxxxxx'
};
// 小曾开始拉人入群
zeng.add(wang);
zeng.add(zhang);
// 小曾发布需求文档并通知所有人
zeng.setState(prd);
经常使用 Event Bus(Vue) 和 Event Emitter(node)会发现，发布-订阅模式和观察者模式还是存在着细微差别，即所有事件的发布/订阅都不能由发布者和订阅者“私下联系”，需要委托事件中心处理。以 Vue Event Bus 为例：
import Vue from 'vue';
const EventBus = new Vue();
Vue.prototype.$bus = EventBus;
// 订阅事件
this.$bus.$on('testEvent', func);
// 发布/触发事件
this.$bus.$emit('testEvent', params);
整个过程都是 this.$bus 这个“事件中心”在处理。
小结： 为解耦而生，为事件而生，符合开放封闭原则。
使用场景： 跨层级通信、事件绑定等。
迭代器模式
迭代器模式号称“遍历专家”，它提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，且不暴露该对象的内部表示。迭代器又分内部迭代器（jquery.each/for...of）和外部迭代器（es6 yield）。 在 es6 之前，直接通过 forEach 遍历 DOM NodeList 和函数的 arguments 对象，都会直接报错，其原因都是因为他们都是类数组对象。对此 jquery 很好的兼容了这一点。 在 es6 中，它约定只要数据类型具备 Symbol.iterator 属性，就可以被 for...of 循环和迭代器的 next 方法遍历。
(function (a, b, c) {
const arg = arguments;
const iterator = arg[Symbol.iterator]();
console.log(iterator.next()); // {value: 1, done: false}
console.log(iterator.next()); // {value: 2, done: false}
console.log(iterator.next()); // {value: 3, done: false}
console.log(iterator.next()); // {value: undefined, done: true}
})(1, 2, 3)
通过 es6 内置生成器 Generator 实现迭代器并没什么难度，这里重点通 es5 实现迭代器：
function iteratorGenerator (list) {
var index = 0;
// len 记录传入集合的长度
var len = list.length;
return {
// 自定义 next 方法
next: funciton () {
// 如果索引还没有超出集合长度，done 为 false
var done = index >= len;
// 如果 done 为 false，则可以继续取值
var value = !done ? list[index++] : undefined;
// 将当前值与遍历是否完毕（done）返回
return {
done: done,
value: value
};
}
}
}
var iterator = iteratorGenerator([1, 2, 3]);
console.log(iterator.next()); // {value: 1, done: false}
console.log(iterator.next()); // {value: 2, done: false}
console.log(iterator.next()); // {value: 3, done: false}
console.log(iterator.next()); // {value: undefined, done: true}
小结： 实现统一遍历接口，符合单一功能和开放封闭原则。
使用场景： 有遍历的地方就有迭代器。
写到最后
设计模式的难，在于它的抽象和分散。抽象在于每一设计模式看例子都很好理解，真正使用起来却不知所措；分散则是出现一个场景发现好几种设计模式都能实现。而解决抽象的最好办法就是动手实践，在业务开发中探索使用它们的可能性。本文大致介绍了前端领域常见的 9 种设计模式，相信大家在理解的同时也不难发现，设计模式始终围绕着“封装变化”来提供代码的可读性、扩展性、易维护性。所以当我们工作生活中，始终保持“封装变化”的思想的时候，就已经开始体会到设计模式精髓了。
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