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前端需要掌握的设计模式

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”:

  • 层模块不依赖底层模块,即为依赖反转原则。
  • 部修改关闭,外部扩展开放,即为开放封闭原则。
  • 合单一功能,即为单一功能原则。
  • 知识要求,对外接口简单,即为迪米特法则。
  • 合多个接口,不如独立拆分,即为接口隔离原则。
  • 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');
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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)}
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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);
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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
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// 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
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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'));
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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
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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>
    );
  }
}
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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) {
    ...
  }
}
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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;
  }
}
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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
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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;
  }
}
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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);
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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);
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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);
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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)
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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}
复制代码

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。