设计模式初探

发表于 2年以前 | 总阅读数：340 次

引文

设计模式是前人经过不断实践，总结出来的类似于武功秘籍的定式，是某种场景下解决该问题的优雅方式。

前置思想

在介绍具体的设计模式之前，笔者想先介绍几种笔者认为比较重要的设计思想。

开放-封闭原则（OCP）即对扩展开放，对修改封闭。在需求变更、迭代的过程中，经常会需要更新模块。其中最简单的方式就是修改源代码，但是修改代码的行为是危险的，可能会导致修好一个bug，引入无数个bug的可能。这时扩展模块就是一个更好的选择。
单一职责原则（SRP）对于一个函数而言，应该只承担一项职责，仅有一个可以引起变化的原因。
封装变化，是设计模式永恒不变的主题一个模块中，总是存在经常变化的部分和稳定不变的部分。在模块的演变当中，只需要替换变化的部分，如果这部分是已经封装好的，那么替换起来就会相对容易。前端经常会响应事件的处理，其中对事件的处理，是因时而异，经常变化的，就可封装成回调函数传入，增加模块的扩展性。
分辨模式的关键是意图而不是结构在GOF提出的23种设计模式中，有些设计模式间的UML 类图，几乎是一样的。但是其实现意图却大相径庭，因此才成为一种新的模式，而非前一种模式的变种。

看完笔者认为比较重要的思想后，就跟着笔者的思绪一起探讨几种前端常见的设计模式吧～

策略模式

策略模式的目的就是将算法的使用和算法的实现分离开来。

前端开发中比较常见表单校验的需求，如存在用户名、密码以及手机号码的校验

<script>
handleSubmit() {
  const { userName, password, tele } = formValues
  if (userName === '') {
    alert('用户名不能为空')
    return false
  }
  if (password?.length < 6) {
    alert('密码长度不能少于6位')
    return false
  }
  if (!/(^1[3|5|8][0-9]{9}$)/.test(tele)) {
    alert('手机号码格式不正确')
    return false
  }
  // pass validate, do something
}
</script>

我们通常的做法，就是采取流式校验。但其违反开放-封闭原则，如果增加或者改变规则、或是增加一项表单，就需要修改handleSubmit的具体逻辑，如果其他表单也需要类似的校验，就需要复制相关代码

<script>
  // 将策略算法的实现单独拆分为一个策略类或策略对象
  // 是封装变化的体现
  const strategies = {
    isNonEmpty: function(errorMsg, value) {
      if (value === '') {
        return errorMsg
      }
    },
    minLength: function(errorMsg, value, lenght) {
      if (value.length < length) {
        return errorMsg
      }
    },
    isMobile: function(errorMsg, value) {
      if (!/(^1[3|5|8][0-9]{9}$)/.test(value)) {
        return errorMsg
      }
    }
  }
</script>

可以将需要的校验规则（每一种策略），抽离到一个策略对象（封装策略的变化）

function Validator() {
  this.validateList = []
}
// 添加校验规则
Validator.prototype.add = function(dom, rule, errorMsg) {
  const args = rule.split(':') // minLength:6 适配这种场景
  this.validateList.push(
    function() {
      const strategy = args.shift() // 提取策略
      args.unshift(dom.value) // 需校验的值
      args.push(errorMsg) // 加入错误提示
      return strategies[strategy].apply(dom, args) // 委托给策略对象
    }
  )
}
// 校验所有表单校验项
Validator.prototype.validate = function() {
  // 是算法的使用部分
  const validateList = this.validateList 
  for(let i = 0; i < validateList.length; i++) {
    const { msg } = validateList[i]()
    if (msg) {
      return msg
    }
  }
}

然后创建一个用于充当上下文的Validator类，负责接收用户的校验请求，并委托给策略对象，执行具体的策略

<script>
handleSubmit() {
  const { userName, password, tele } = formValues
  const validator = new Validator()
  validator.add('userName', 'isNonEmpty', '用户名不能为空')
  validator.add('password', 'minLength:6', '密码长度不能少于6位')
  validator.add('tele', 'isMobile', '手机号码格式不正确')
  const errorMsg = validator.validate()
  if (errorMsg) {
    alert(errorMsg)
    return false
  }
  // pass validate, do something
}
</script>

状态模式

状态模式的关键是区分事物的内部状态，因为内部状态的改变往往会带来事物行为的改变

例如一个电灯，有关闭、弱光、强光，按下开关会依次在这些状态之间，进行切换。我们可能会写出如下代码：

function handleButtonPressed() {
  switch(this.state) {
    case 'off':
      console.log('弱光')
      this.state = 'weakLight'
      break
    case 'weakLight':
      console.log('强光')
      this.state = 'strongLight'
      break
    case 'strongLight':
      console.log('关灯')
      this.state = 'off'
      break
    default:
      break
  }
}

上述代码首先会违反-封闭原则，每次新增或者修改状态，都需要更改handleButtonPressed方法的代码。其次与状态相关的行为被封装在handleButtonPressed里（可以将行为拆分，handleButtonPressed 仅做分发中心），会造成代码的膨胀。最后会存在许多switch-case 分支。

可以通过状态模式进行改进

<script>
  const FSM = {
    off: {
      handleButtonPressed() {
        console.log('弱光')
        this.curState = FSM.weakLight
      }
    },
    weakLight: {
      handleButtonPressed() {
        console.log('强光')
        this.curState = FSM.strongLight
      }
    },
    strongLight: {
      handleButtonPressed() {
        console.log('关灯')
        this.curState = FSM.off
      }
    }
 }
 export default {
    data() {
      return {
        curState: FSM.off
      }
    },
    methods: {
      handleButtonPressed() {
        this.curState.handleButtonPressed.call(this)
      }
    }
  }
</script>

改进后的代码的好处是，状态和相对应的行为之间的关系局部化，且不存在过多if-else 或者switch-case。当需要新增一种状态时，仅需在FSM中增加一个状态对象，再稍微更改一点状态转移代码即可。

回顾前文所书的策略模式，两者都有一些策略或者状态，通过上下文委托给真正触发的策略或者状态对象来执行，并且如果画出策略模式和状态模式的类图，会发现几乎是一模一样的。但是此两种模式在意图上是不同的，前者各个策略之间是平等、平行的，各个策略之间没有任何联系，例如校验非空和手机号码策略间无联系。而在后者中状态和行为早就被封装好，并且状态之间的切换也早被规定好，状态之间是存在联系和可进行状态转换。这就是所谓的分辨模式的关键是意图而不是结构。

有限状态机（Finite State Machine）

上述电灯中涉及多个状态，也存在状态间的转换，其实就是一种有限状态机的概念。

Github 上有第三方库可以方便的创建有限状态机，具体请参考：javascript-state-machine

观察者模式

观察者模式中分为观察者与被观察对象（简称对象）两种角色。观察者观察对象，将自身存于该对象中，当该对象有变化时，会通知所有观察该对象的观察者们，是一种1对多的关系。

举例说明，现在优爱腾都有电视剧更新提醒的功能，最近“人世间”大热，xiaoF 和 xiaoY 沉迷于追剧中，但又不想时刻打开 APP 查看更新，于是开启了电视剧的更新提醒。

// 电视剧对象
function TVSubject(name) {
  this.name = name
  this.observerList = []
}

// 添加电视剧更新监听
TVSubject.prototype.addObserver = function(observer) {
  this.observerList.push(observer)
}

// 电视剧更新通知
TVSubject.prototype.notify = function() {
  // 遍历观察者列表，依次触发更新
  this.observerList.forEach(observer => {
    observer.update(this.name)
  })
}

// 观察者
function Observer() {}
Observer.prototype.update = function(...args) {
  console.log(`${args[0]}电视剧更新啦`)
}

const tvSubject = new TVSubject('人世间')
const xiaoF = new Observer() // 追剧达人 xiaoF
const xiaoY = new Observer() // 追剧达人 xiaoY
tvSubject.addObserver(xiaoF) // xiaoF 添加更新提醒
tvSubject.addObserver(xiaoY) // xiaoY 添加更新提醒

setTimeout(() => {
  // 一段时间后，电视剧集更新，提醒所有观察者
  tvSubject.notify()
}, 1000)

发布订阅模式

发布-订阅模式和观察者模式不一样。

xiaoF 和 xiaoY 最近不仅在追剧，而且到了适婚年龄，需要准备购买婚房。恰巧附近有一批楼盘即将开售，但是具体时间未知。xiaoF 和 xiaoY 就让售楼部经理在楼盘开售时，通知他们

// 开发商
function Publisher() {}
// 与售楼部绑定，用于后面通知相应售楼部
Publisher.prototype.connect = function(salesOfficer) {
  this.salesOfficer = salesOfficer
}
// 通知售楼部商品房开售
Publisher.prototype.notify = function() {
  this.salesOfficer.trigger()
}

// 售楼部
function SalesOfficer() {
  this.purchaserList = {}
}
// 订阅楼盘开售，area 购买的面积
SalesOfficer.prototype.subscribe = function(area, fn) {
  if (!this.purchaserList[area]) {
    this.purchaserList[area] = []
  }
  this.purchaserList[area].push(fn) // 将订阅者存于购买者列表
}
// 通知有购房意向者，楼盘开售
SalesOfficer.prototype.trigger = function(...args) {
  const area = args[0]
  const fns = this.subscriberList[area]
  if (!fns || fns.length === 0) {
    return false
  }
  fns.forEach(fn => {
    fn.call.apply(this, args)
  })
}

// 购房者
function Purchaser() {}
Purchaser.prototype.call = function(...args) {
  console.log('喂喂喂，楼盘开售啦！机不可失，时不再来')
}

const saleManager = new SalesOfficer() // 售楼部经理 A
const publisher = new Publisher() // 无良开发商 B
publisher.connect(saleManager)
const xiaoF = new Purchaser() // 房奴xiaoF
const xiaoY = new Purchaser() // 房奴xiaoY
saleManager.subscribe(100, xiaoF) // 希望买个100平的房子
saleManager.subscribe(80, xiaoY) // 希望买个80平的房子

setTimeout(() => {
  // 一段时间后，发布者通知售楼部楼盘开售
  publisher.notify()
}, 1000)

上述存在三种角色，一种是楼盘开售的发布者：开发商，一种相当于是中转站的售楼部经理，在收到开发商通知楼盘开售后，通知相关的购房者。最后一种是购房者，订阅了楼盘开售的消息。其中开发商和购房者之间不存在耦合，开发商和购房者之间，互不关心，通过售楼部进行联系。一个开发商楼盘的购买者可以有多个，一个购买者也可以在多处购买房产，是一种多对多的关系。

看到这细心的读者可能会发现，多对多可以拆分为两个一对多。将开发商和售楼部经理、售楼部经理和购买者分开，可以看作是两对观察者模式的体现，于是笔者观点是：发布订阅-模式和观察者模式不一样，但发布-订阅模式包含观察者模式

发布-订阅模式的优点是既可以做到时间上的解耦（异步通知），又可以做到对象之间的解耦

然而，如果大量使用发布订阅模式，这种发布者和订阅者低耦合的模式来通信，会造成数据通信不明确的问题。如在 Vue 中大量使用 dispatch 和 broadcast 进行通信，会造成数据流的混乱‍

推/拉模型

上述楼盘开售时，既可以将开售的所有信息推送给购房者，也可以仅仅告诉购房者，楼盘开售啦，让其主动询问（拉）信息。这其中就分为推模型和拉模型

推模型：指的是事件发生时，发布者一次性把所有的状态和数据，全部推送给订阅者
拉模型：指的是事件发生时，发布者仅仅通知订阅者更新已经发生，需要订阅者主动拉取数据，好处是可以按需拉取相关数据。

那Vue2对于更新的发布订阅是属于推模型还是拉模型呢？

适配器模式

适配器，顾名思义就是适配一些由于接口不一致，而导致无法使用的问题。

生活中就有不少这种例子。比如一些屏幕支持的是 VGA 或者是 HDMI，要是恰巧身边的线不匹配，就可以利用适配器进行转换。再比如买了个港版的 MacBook，但是其充电插头与内陆的标准不一致，这时就可以添加一个适配器解决。

适配器是一种“亡羊补牢”的模式，因为如果一切都那么完美、般配，是不会用到该模式的。例如在 JSON 格式流行之前，接口返回的都是XML格式的数据，如果想继续复用该接口，就可以添加 XML-JSON 适配器解决。一些时候，如果只是数据结构上的变化，完全不必大动干戈的重构，只需要通过适配器进行数据结构适配即可。

Axios 中适配器模式的应用

Axios 是同时支持在浏览器和 Node 环境下，发送 http 请求的。其内部就是使用了适配器模式来实现的。

浏览器环境

function xhrAdapter(config) {
  return new Promise(function dispatchXhrRequest(resolve, reject) {
    var request = new XMLHttpRequest(); // 创建XHR实例
    var fullPath = buildFullPath(config.baseURL, config.url); // 构建完整请求 URL
    request.onloadend = onloadend; // 处理响应
    request.open(config.method.toUpperCase(), fullPath, true) // 预打开请求
    request.send() // 发送请求
  })
}

Node 环境

function httpAdapter(config) {
  return new Promise(function dispatchHttpRequest(resolve, reject) {
    var transport = isHttpsProxy ? https : http; // 根据网络协议判断是https/http
    var req = transport.request(options, handleResponse) // 创建请求并监听响应
    var fullPath = buildFullPath(config.baseURL, config.url); // 构建完整请求 URL
    req.end(data); // 发送请求
  })
}

然后外部调用 adapter

function dispatchRequest(config) {
  var adapter = config.adapter || defaults.adapter;
  return adapter(config).then(function onAdapterResolution(response) {
    // 处理请求成功
    return response;
  }, function onAdapterRejection(reason) {
    // 处理请求失败
    return Promise.reject(reason);
  })
}

Axios 通过调用 adapter，屏蔽了环境的差异，使得可以对外暴露同样的接口，使用同样的调用方式。

代理模式

代理模式在生活中也比较常见。比如身为打工人的我们，每周都需要写周报，发送给上级领导，由上级领导作为中间代理，进行工作内容的汇总，发给大领导。那为啥我们不直接发送给大领导呢？如果这样做，大领导无疑会收到超级多的邮件，无法集中精力阅览周报，大大降低效率。

在前端开发中，为了给用户更好的体验，几乎都会用到图片预加载。

先看看原始做法

const myImage = (function() {
  const imgNode = document.createElement('img')
  document.body.appendChild(imgNode)
  var img = new Image()
  img.onload = function() {
    imgNode.src = img.src
  }
  return {
    setSrc: function (src) {
      imgNode.src = 'https://path-to-loading.gif'
      imgNode.src = src
    }
  }
})();

myImage.setSrc('https://path-to-realPicPath.png')

上述实现既要设置图片的src，又要负责图片预加载，如果后续网络足够快，快到不需要图片预加载，就需要修改myImage 的具体逻辑，去除预加载的相关逻辑。实际上上述的主要职责是给img设置src，而图片预加载是个附加的功能，于是可以利用代理模式的思想，将预加载功能，转移到代理对象中。

// 原始方法，只负责主要职责
const myImage = (function() {
  const imgNode = document.createElement('img')
  document.body.appendChild(imgNode)

  return {
    setSrc: function (src) {
      imgNode.src = src
    }
  }
})();

// 代理对象，暴露和原始对象一致的接口
// 添加预加载职责
const proxyImage = (function() {
  const img = new Image()
  img.onload = function() {
    myImage.setSrc(this.src)
  }

  return {
    setSrc: function(src) {
      myImage.setSrc('https://path-to-loading.gif')
      img.src = src
    } 
  }
})();

// 通过代理对象设置图片
proxyImage.setSrc('https://path-to-realPicPath.png')

通过proxyImage 这个代理对象，控制了客户对本体myImage的访问，并且在图片被真正加载好之前，进行预加载的工作。如果后续网络足够快，不需要预加载的功能，将所有代理对象直接替换为原始对象即可。

回顾前文所提及的适配器模式，这两者好像都是在真实触发本体和真实接收本体之间，添加了一个中间商。适配器模式的意图倾向于通过中间商做一些操作，使原本不适配的两者，可以正常工作，而代理模式意图更加倾向于控制对真实对象的访问。