JavaScript 中常见的设计模式

发布于 2022-09-14 16:19:29 字数 18890 浏览 683 评论 1

本文中关于各种设计模式定义都是引用书中的，部分引用自百度百科已标出。另外，本文中所举例子大多是书中的，自已做了一些修改和补充，用 ES6（书中都是 ES5 的方式）的方式实现，以加深自己对类的理解，并不是自己来讲解设计模式，主要是做一些笔记以方便自己过后复习与加深理解，同时也希望把书中典型的例子整理出来和大家分享，共同探讨和进步。

一提起设计模式，相信大家都会脱口而出，23 种设计模式，五大设计原则。这里就不说了，奈何我功力远远不够啊。下面把我整理出的常用 JavaScript 设计模式按类型做个表格整理。本文较长，如果阅读起来不方便，可链接到我的 github 中，单独查看每一种设计模式。先整理这些，后续会继续补充，感兴趣的同学可以关注。

创建型
- 工厂模式
- 单例模式
- 原型模式
结构型
- 适配器模式
- 代理模式
行为型
- 策略模式
- 迭代器模式
- 观察者模式(订阅-发布模式)
- 命令模式
- 状态模式

模式分类	名称
创建型	工厂模式
	单例模式
	原型模式
结构型	适配器模式
结构型	代理模式
行为型	策略模式
	迭代器模式
	观察者模式(发布-订阅模式)
	命令模式
	状态模式

创建型模式

工厂模式

工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象，用工厂方法代替new操作的一种模式。

class Creator {
  create(name) {
    return new Animal(name)
  }
}

class Animal {
  constructor(name) {
    this.name = name
  }
}

var creator = new Creator()

var duck = creator.create('Duck')
console.log(duck.name) // Duck

var chicken = creator.create('Chicken') 
console.log(chicken.name) // Chicken

小结:

构造函数和创建者分离，对new操作进行封装
符合开放封闭原则

单例模式

举一个书中登录框的例子，代码如下:

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<body>
  <button id="btn">登录</button>
</body>
<script>
  class Login {
    createLayout() {
      var oDiv = document.createElement('div')
      oDiv.innerHTML = '我是登录框'
      document.body.appendChild(oDiv)
      oDiv.style.display = 'none'
      return oDiv
    }
  }

  class Single {
    getSingle(fn) {
      var result;
      return function() {
        return result || (result = fn.apply(this, arguments))
      }
    }
  }

  var oBtn = document.getElementById('btn')
  var single = new Single()
  var login = new Login()

  // 由于闭包，createLoginLayer对result的引用，所以当single.getSingle函数执行完之后，内存中并不会销毁result。

  // 当第二次以后点击按钮，根据createLoginLayer函数的作用域链中已经包含了result，所以直接返回result

  // 讲获取单例和创建登录框的方法解耦，符合开放封闭原则
  var createLoginLayer = single.getSingle(login.createLayout)
  oBtn.onclick = function() {
    var layout = createLoginLayer()
    layout.style.display = 'block'
  }
</script>

</html>

小结:

1.单例模式的主要思想就是，实例如果已经创建，则直接返回

function creatSingleton() {
  var obj = null
  // 实例如已经创建过，直接返回
  if (!obj) {
    obj = xxx
  }
  return obj
}

2.符合开放封闭原则

原型模式

用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。

在 JavaScript 中，实现原型模式是在 ECMAScript5 中，提出的 Object.create 方法，使用现有的对象来提供新创建的对象的__proto__。

var prototype = {
  name: 'Jack',
  getName: function() {
    return this.name
  }
}

var obj = Object.create(prototype, {
  job: {
    value: 'IT'
  }
})

console.log(obj.getName())  // Jack
console.log(obj.job)  // IT
console.log(obj.__proto__ === prototype)  //true

更多关于 prototype 的知识可以看我之前的JavaScript中的面向对象、原型、原型链、继承,下面列一下关于prototype的一些使用方法

1. 方法继承

var Parent = function() {}
Parent.prototype.show = function() {}
var Child = function() {}

// Child继承Parent的所有原型方法
Child.prototype = new Parent()

2. 所有函数默认继承 Object

var Foo = function() {}
console.log(Foo.prototype.__proto__ === Object.prototype) // true

3. Object.create

var proto = {a: 1}
var propertiesObject = {
  b: {
    value: 2
  }
}
var obj = Object.create(proto, propertiesObject)
console.log(obj.__proto__ === proto)  // true

4. isPrototypeOf

prototypeObj是否在obj的原型链上

prototypeObj.isPrototypeOf(obj)

5. instanceof

contructor.prototype是否出现在obj的原型链上

obj instanceof contructor

6. getPrototypeOf

Object.getPrototypeOf(obj) 方法返回指定对象 obj 的原型（内部 [[Prototype]] 属性的值）

Object.getPrototypeOf(obj)

7. setPrototypeOf

设置一个指定的对象的原型 ( 即, 内部 [[Prototype]] 属性）到另一个对象或 null

var obj = {}
var prototypeObj = {}
Object.setPrototypeOf(obj, prototypeObj)
console.log(obj.__proto__ === prototypeObj)   // true

结构型模式

适配器模式

举一个书中渲染地图的例子

class GooleMap {
  show() {
    console.log('渲染谷歌地图')
  }
}

class BaiduMap {
  show() {
    console.log('渲染百度地图')
  }
}

function render(map) {
  if (map.show instanceof Function) {
    map.show()
  }
}

render(new GooleMap())  // 渲染谷歌地图
render(new BaiduMap())  // 渲染百度地图

但是假如BaiduMap类的原型方法不叫show，而是叫display，这时候就可以使用适配器模式了，因为我们不能轻易的改变第三方的内容。在BaiduMap的基础上封装一层，对外暴露show方法。

class GooleMap {
  show() {
    console.log('渲染谷歌地图')
  }
}

class BaiduMap {
  display() {
    console.log('渲染百度地图')
  }
}


// 定义适配器类, 对BaiduMap类进行封装
class BaiduMapAdapter {
  show() {
    var baiduMap = new BaiduMap()
    return baiduMap.display() 
  }
}

function render(map) {
  if (map.show instanceof Function) {
    map.show()
  }
}

render(new GooleMap())     // 渲染谷歌地图
render(new BaiduMapAdapter())  // 渲染百度地图

小结:

适配器模式主要解决两个接口之间不匹配的问题，不会改变原有的接口，而是由一个对象对另一个对象的包装。
适配器模式符合开放封闭原则

代理模式

本文举一个使用代理对象加载图片的例子来理解代理模式,当网络不好的时候，图片的加载需要一段时间，这就会产生空白，影响用户体验，这时候我们可在图片真正加载完之前，使用一张loading占位图片，等图片真正加载完再给图片设置src属性。

class MyImage {
  constructor() {
    this.img = new Image()
    document.body.appendChild(this.img)
  }
  setSrc(src) {
    this.img.src = src
  }
}

class ProxyImage {
  constructor() {
    this.proxyImage = new Image()
  }

  setSrc(src) {
    let myImageObj = new MyImage()
    myImageObj.img.src = 'file://xxx.png'  //为本地图片url
    this.proxyImage.src = src
    this.proxyImage.onload = function() {
      myImageObj.img.src = src
    }
  }
}

var proxyImage = new ProxyImage()
proxyImage.setSrc('http://xxx.png') //服务器资源url

本例中，本体类中有自己的setSrc方法，如果有一天网络速度已经不需要预加载了，我们可以直接使用本体对象的setSrc方法,，并且不需要改动本体类的代码，而且可以删除代理类。

// 依旧可以满足需求
var myImage = new MyImage()
myImage.setSrc('http://qiniu.sunzhaoye.com/CORS.png')

小结:

代理模式符合开放封闭原则
本体对象和代理对象拥有相同的方法，在用户看来并不知道请求的本体对象还是代理对象。

行为型模式

策略模式

定义一系列的算法，把它们一个个封装起来，并使它们可以替换

var fnA = function(val) {
  return val * 1
}

var fnB = function(val) {
  return val * 2
}

var fnC = function (val) {
  return val * 3
}


var calculate = function(fn, val) {
  return fn(val)
}

console.log(calculate(fnA, 100))// 100
console.log(calculate(fnB, 100))// 200
console.log(calculate(fnC, 100))// 300

迭代器模式

直接上代码, 实现一个简单的迭代器

class Creater {
  constructor(list) {
    this.list = list
  }

  // 创建一个迭代器，也叫遍历器
  createIterator() {
    return new Iterator(this)
  }
}

class Iterator {
  constructor(creater) {
    this.list = creater.list
    this.index = 0
  }

  // 判断是否遍历完数据
  isDone() {
    if (this.index >= this.list.length) {
      return true
    }
    return false
  }

  next() {
    return this.list[this.index++]
  }

}

var arr = [1, 2, 3, 4]

var creater = new Creater(arr)
var iterator = creater.createIterator()
console.log(iterator.list)  // [1, 2, 3, 4]
while (!iterator.isDone()) {
  console.log(iterator.next()) 
  // 1
  // 2
  // 3
  // 4
}

ES6中的迭代器:

JavaScript中的有序数据集合包括：

Array
Map
Set
String
typeArray
arguments
NodeList

注意: Object不是有序数据集合

以上有序数据集合都部署了Symbol.iterator属性，属性值为一个函数，执行这个函数，返回一个迭代器，迭代器部署了next方法，调用迭代器的next方法可以按顺序访问子元素

以数组为例测试一下，在浏览器控制台中打印测试如下：

var arr = [1, 2, 3, 4]

var iterator = arr[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: 4, done: false}
console.log(iterator.next())  // {value: undefined, done: true}

小结：

JavaScript中的有序数据集合有Array，Map，Set，String，typeArray，arguments，NodeList，不包括Object
任何部署了[Symbol.iterator]接口的数据都可以使用for...of循环遍历
迭代器模式使目标对象和迭代器对象分离，符合开放封闭原则

观察者模式（订阅-发布模式）

先实现一个简单的发布-订阅模式，代码如下:

class Event {
  constructor() {
    this.eventTypeObj = {}
  }
  on(eventType, fn) {
    if (!this.eventTypeObj[eventType]) {
      // 按照不同的订阅事件类型，存储不同的订阅回调
      this.eventTypeObj[eventType] = []
    }
    this.eventTypeObj[eventType].push(fn)
  }
  emit() {
    // 可以理解为arguments借用shift方法
    var eventType = Array.prototype.shift.call(arguments)
    var eventList = this.eventTypeObj[eventType]
    for (var i = 0; i < eventList.length; i++) {
      eventList[i].apply(eventList[i], arguments)
    }
  }
  remove(eventType, fn) {
    // 如果使用remove方法，fn为函数名称，不能是匿名函数
    var eventTypeList = this.eventTypeObj[eventType]
    if (!eventTypeList) {
      // 如果没有被人订阅改事件，直接返回
      return false
    }
    if (!fn) {
      // 如果没有传入取消订阅的回调函数，则改订阅类型的事件全部取消
      eventTypeList && (eventTypeList.length = 0)
    } else {
      for (var i = 0; i < eventTypeList.length; i++) {
        if (eventTypeList[i] === fn) {
          eventTypeList.splice(i, 1)
          // 删除之后，i--保证下轮循环不会漏掉没有被遍历到的函数名
          i--;
        }
      }
    }
  }
}
var handleFn = function(data) {
  console.log(data)
}
var event = new Event()
event.on('click', handleFn)
event.emit('click', '1')   // 1
event.remove('click', handleFn)
event.emit('click', '2')  // 不打印

以上代码可以满足先订阅后发布，但是如果先发布消息，后订阅就不满足了。这时候我们可以稍微修改一下即可满足先发布后订阅，在发布消息时，把事件缓存起来，等有订阅者时再执行。代码如下：

class Event {
  constructor() {
    this.eventTypeObj = {}
    this.cacheObj = {}
  }
  on(eventType, fn) {
    if (!this.eventTypeObj[eventType]) {
      // 按照不同的订阅事件类型，存储不同的订阅回调
      this.eventTypeObj[eventType] = []
    }
    this.eventTypeObj[eventType].push(fn)

    // 如果是先发布，则在订阅者订阅后，则根据发布后缓存的事件类型和参数，执行订阅者的回调
    if (this.cacheObj[eventType]) {
      var cacheList = this.cacheObj[eventType]
      for (var i = 0; i < cacheList.length; i++) {
        cacheList[i]()
      }
    }
  }
  emit() {
    // 可以理解为arguments借用shift方法
    var eventType = Array.prototype.shift.call(arguments)
    var args = arguments
    var that = this

    function cache() {
      if (that.eventTypeObj[eventType]) {
        var eventList = that.eventTypeObj[eventType]
        for (var i = 0; i < eventList.length; i++) {
          eventList[i].apply(eventList[i], args)
        }
      }
    }
    if (!this.cacheObj[eventType]) {
      this.cacheObj[eventType] = []
    }

    // 如果先订阅，则直接订阅后发布
    cache(args)

    // 如果先发布后订阅，则把发布的事件类型与参数保存起来，等到有订阅后执行订阅
    this.cacheObj[eventType].push(cache)
  }
}

小结:

发布订阅模式可以使代码解耦，满足开放封闭原则
当过多的使用发布订阅模式，如果订阅消息始终都没有触发，则订阅者一直保存在内存中。

命令模式

在命令的发布者和接收者之间，定义一个命令对象，命令对象暴露出一个统一的接口给命令的发布者，而命令的发布者不用去管接收者是如何执行命令的，做到命令发布者和接收者的解耦。

举一个如果页面中有3个按钮，给不同按钮添加不同功能的例子，代码如下：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <title>cmd-demo</title>
</head>
<body>
  <div>
    <button id="btn1">按钮1</button>
    <button id="btn2">按钮2</button>
    <button id="btn3">按钮3</button>
  </div>
  <script>
    var btn1 = document.getElementById('btn1')
    var btn2 = document.getElementById('btn2')
    var btn3 = document.getElementById('btn3')

    // 定义一个命令发布者(执行者)的类
    class Executor {
      setCommand(btn, command) {
        btn.onclick = function() {
          command.execute()
        }
      }
    }

    // 定义一个命令接收者
    class Menu {
      refresh() {
        console.log('刷新菜单')
      }

      addSubMenu() {
        console.log('增加子菜单')
      }
    }

    // 定义一个刷新菜单的命令对象的类
    class RefreshMenu {
      constructor(receiver) {
        // 命令对象与接收者关联
        this.receiver = receiver
      }

      // 暴露出统一的接口给命令发布者Executor
      execute() {
        this.receiver.refresh()
      }
    }

    // 定义一个增加子菜单的命令对象的类
    class AddSubMenu {
      constructor(receiver) {
        // 命令对象与接收者关联
        this.receiver = receiver
      }
      // 暴露出统一的接口给命令发布者Executor
      execute() {
        this.receiver.addSubMenu()
      }
    }

    var menu = new Menu()
    var executor = new Executor()

    var refreshMenu = new RefreshMenu(menu)
    // 给按钮1添加刷新功能
    executor.setCommand(btn1, refreshMenu)

    var addSubMenu = new AddSubMenu(menu)
    // 给按钮2添加增加子菜单功能
    executor.setCommand(btn2, addSubMenu)

    // 如果想给按钮3增加删除菜单的功能，就继续增加删除菜单的命令对象和接收者的具体删除方法，而不必修改命令对象
  </script>
</body>
</html>

状态模式

举一个关于开关控制电灯的例子，电灯只有一个开关，第一次按下打开弱光，第二次按下打开强光，第三次按下关闭。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <title>state-demo</title>
</head>

<body>
  <button id="btn">开关</button>
  <script>
    // 定义一个关闭状态的类   
    class OffLightState {
      constructor(light) {
        this.light = light
      }
      // 每个类都需要这个方法，在不同状态下按都需要触发这个方法
      pressBtn() {
        this.light.setState(this.light.weekLightState)
        console.log('开启弱光')
      }
    }

    // 定义一个弱光状态的类   
    class WeekLightState {
      constructor(light) {
        this.light = light
      }
      pressBtn() {
        this.light.setState(this.light.strongLightState)
        console.log('开启强光')
      }
    }

    // 定义一个强光状态的类
    class StrongLightState {
      constructor(light) {
        this.light = light
      }
      pressBtn() {
        this.light.setState(this.light.offLightState)
        console.log('关闭电灯')
      }
    }

    class Light {
      constructor() {
        this.offLightState = new OffLightState(this)
        this.weekLightState = new WeekLightState(this)
        this.strongLightState = new StrongLightState(this)
        this.currentState = null
      }
      setState(newState) {
        this.currentState = newState
      }
      init() {
        this.currentState = this.offLightState
      }
    }

    let light = new Light()
    light.init()
    var btn = document.getElementById('btn')
    btn.onclick = function() {
      light.currentState.pressBtn()
    }
  </script>
</body>

</html>

如果这时候需要增加一个超强光，则只需增加一个超强光的类，并添加pressBtn方法，改变强光状态下，点击开关需要把状态更改为超强光，超强光状态下，点击开关把状态改为关闭即可，其他代码都不需要改动。

class StrongLightState {
  constructor(light) {
    this.light = light
  }
  pressBtn() {
    this.light.setState(this.light.superLightState)
    console.log('开启超强光')
  }
}

class SuperLightState {
  constructor(light) {
    this.light = light
  }
  pressBtn() {
    this.light.setState(this.light.offLightState)
    console.log('关闭电灯')
  }
}

class Light {
  constructor() {
    this.offLightState = new OffLightState(this)
    this.weekLightState = new WeekLightState(this)
    this.strongLightState = new StrongLightState(this)
    this.superLightState = new SuperLightState(this)
    this.currentState = null
  }
  setState(newState) {
    this.currentState = newState
  }
  init() {
    this.currentState = this.offLightState
  }
}

小结：