JavaScript设计模式

设计模式的意义

模式为常见问题提供了行之有效的解决方案：模式提供了解决特定问题的优化模板；
模式旨在重用：它们具备通用性，适合于各种问题。

《设计模式：可复用的面向对象软件基础》的作者『四人帮』将设计模式宽泛地划分为以下几类：

创建型设计模式：该模式处理的是用于创建对象的各种机制，这种模式着眼于优化的或更可控的对象创建机制；
结构型设计模式：该模式考虑的是对象的组成以及对象彼此之间的关系，其意图在于将系统变化对整个对象关系所造成的影响降低到最小；
行为型设计模式：该模式关注的是对象之间的依赖关系以及通信。

这几类设计模式又有更详细的分类：

创建型模式：

工厂方法
抽象工厂
建造者
原型
单例

结构型模式：

适配器
桥接
组合
装饰器
外观
享元
代理

行为型模式：

解释器
模板方法
责任链
命令
迭代器
中介者
备忘录
观察者
状态
策略
访问者

而针对于 JavaScript，则有更为特殊的设计模式。

命名空间模式

命名空间能够减少程序创建的全局变量的数量，有助于避免命名冲突或过多的名称前缀。

命名空间的思路是为应用程序或库创建一个全局对象，将所有的其他对象和函数全部添加到该对象中去，而不是去污染全局作用域。

我们可以创建单个全局对象，然后将所有的函数和对象作为该全局对象的一部分：

var FACTORY = FACTORY || {};
FACTORY.Car = function () {};
FACTORY.Bike = function () {};
FACTORY.engines = 1;

全局命名空间对象名习惯上全部都是大写。

命名空间模式既可以限制全局变量，又能够为代码添加命名空间，看起来似乎是一个不错的方法，但多少有点繁琐，你得在每个变量和函数前面加上命名空间前缀，需要输入更多的内容，代码也变得啰嗦。另外，单个全局实例意味着任何代码都能够修改该全局实例，进而影响到其他功能。

模块模式

模块模式有助于维持代码清晰的独立性以及条理性。

模块可以将较大的程序分割成较小的部分，赋予其各自的命名空间。这一点非常重要，因为一旦将代码划分成模块，这些模块就能够在其他地方重新使用。精心设计的模块接口能够使代码易于重用和扩展。

JavaScript 提供了灵活的函数和对象，可以轻松地创建出健壮的模块系统。函数作用域有助于创建模块内部使用的命名空间，对象可以用来保存导出的值。

模块可以模拟类的概念，它使得我们能够在对象中加入公共/私有方法和变量，但最重要的是，模块能够将它们同全局作用域隔离开。变量和函数都被限制在了模块作用域中，因而也就自动避免了与使用相同名称的其他脚本产生命名冲突。

模块模式的另一个有点在于它只暴露了公共 API，其他所有与内部实现相关的细节都以私有状态保留在模块的闭包中。

以下是一种模块模式的实现方法：

var revealingExample = function() {
    var privateOne = 1;
    function privateFn() {
        console.log('privateFn called');
    }
    var publicTwo = 2;
    function publicFn() {
        publicFnTwo();
    }
    function publicFnTwo() {
        privateFn();
    }
    function getCurrentState() {
        return 2;
    }
    // 通过分配共有指针来暴露私有变量
    return {
        setup: publicFn,
        count: publicTwo,
        increaseCount: publicFnTwo,
        current: getCurrentState()
    };
}();
console.log(revealingExample.current); //2
revealingExample.setup(); //调用 privateFn

ES6 模块

ES6 模块的语法类似于 CommonJS，另外还支持异步装载以及可配置的模块装载：

// json_processor.js
function processJSON(url) {
    ...
}
export function getSiteContent(url) {
    return processJSON(url);
}

// main.js
import { getSiteContent } from "json_processor.js";
content = getSiteContent("http://google.com/")

ES6 的导出功能可以让你使用类似于 CommonJS 的方式导出函数或变量。

工厂模式

工厂模式是另一种流行的对象创建模式。该模式提供了一个用于创建对象的接口。根据传入工厂的类型，可以创建出特定类型的对象。这种模式常见的实现通常是利用类或类的静态方法。这样的类或方法的目的如下：

在创建相似对象时，抽象出重复出现的操作；
允许工厂的用户在无需了解对象创建的内部细节的情况下创建对象；

让我们用一个常见的例子来理解工厂模式的用法。假设我们有：

一个构造函数 CarFactory()
CarFactory 中一个叫做 make() 的静态方法，该方法知道如何创建 car 类型的对象
特定的 car 类型，例如 CarFactory.SUV、CarFactory.Sedan 等

我们希望像下面这样使用 CarFactory：

1
2
3

var golf = CarFactory.make('Compact');
var vento = CarFactory.make('Sedan');
var touareg = CarFactory.make('SUV');

这里给出了这种工厂的实现方法。下面的实现非常标准。我们用编程的方式调用了构造函数，创建指定类型的对象——CarFactory[const].prototype = new CarFactory();

我们将对象类型映射为构造函数。该模式的实现方法不止一种：

// 工厂构造函数
function CarFactory() {}
CarFactory.prototype.info = function() {
    console.log("This car has " + this.doors + " doors and a " + this.engine_capacity + " liter engine");
};

// 静态工厂方法
CarFactory.make = function (type) {
    var constr = type;
    var car;
    CarFactory[constr].prototype = new CarFactory();
    // 创建新的实例
    car = new CarFactory[constr]();
    return car;
};

CarFactory.Compact = function () {
    this.doors = 4;
    this.engine_capacity = 2;
};

CarFactory.Sedan = function () {
    this.door = 2;
    this.engine_capacity = 2;
}

CarFactory.SUV = function () {
    this.door = 4;
    this.engine_capacity = 6;
}

var golf = CarFactory.make('Compact');
var vento = CarFactory.make('Sedan');
var touareg = CarFactory.make('SUV');
golf.info(); // "This car has 4 door and a 2 liter engine"

mixin 模式

mixin 模式能够显著减少代码中重复出现的功能，有助于功能重用。我们可以将能够共享的功能放到 mixin 中，以此降低共享行为的重复数量。

考虑下面的例子，我们想创建一个定制的日志记录器（logger），任何对象实例都可以使用，这个日志记录器会在希望使用/扩展 mixin 对象之间共享：

var _ = require('underscore');
// 将共享的功能封装进 CustomLogger
var logger = (function () {
    var CustomLogger = {
        log: function (message) {
            console.log(message);
        }
    };
    return CustomLogger
}())

// 需要定制的日志记录器来记录系统特定日志的对象
var Server = (function (Logger) {
    var CustomServer = function () {
        this.init = function () {
            this.log("Initializing Server...");
        };
    };
    
    // 将 CustomLogger 的成员复制/扩展为 CustomServer
    _.extend(CustomServer.prototype, Logger);
    return CustomServer;
}(logger));

(new Server()).init(); //初始化服务器

我们动态地将 mixin 的功能加入到了对象中，重要的是理解 mixin 和继承之间的区别。如果有可以在多个对象和类层次之间共享的功能，可以使用 mixin；如果要共享的功能是在单个层次中，可以使用继承。在原型继承中，如果继承来自原型，那么对原型做出的修改会影响到从原型继承的一切内容。如果不希望出现这种情况，可以使用 mixin。

观察者模式

在《设计模式》一书中，是这样定义观察者模式的：

对目标状态感兴趣的一个或多个观察者，通过将自身与该目标关联在一起的形式进行注册。当目标出现观察者可能感兴趣的变化时，发出提醒消息，进而调用每个观察者的更新方法。如果观察者对目标状态不再感兴趣，只需要解除关联即可。

在观察者模式中，目标保存了一个对其依赖的对象列表（称为观察者），并在自身状态发生变化时通知这些观察者。目标所采用的通知方式是广播。观察者如果不想再被提醒，可以把自己从列表中移除。我们可以对该模式中的参与者做出如下定义：

目标：保存观察者列表，拥有可以添加、删除和更新观察者的方法；
观察者：为那些需要在目标状态发生变化时得到提醒的对象提供接口。

让我们来创建一个能够添加、删除和提醒观察者的目标：

var Subject = (function () {
    function Subject () {
        this.observer_list = [];
    }
    // 该方法用于向内部列表中添加观察者
    Subject.prototype.add_observer = function (obj) {
        console.log('Added observer');
        this.observer_list.push(obj);
    };
    
    Subject.prototype.remove_observer = function (obj) {
        for(var i = 0; i < this.observer_list.length; i++) {
            if(this.observer_list[i] === obj) {
                this.observer_list.splice(i, 1);
                console.log('Removed Observer');
            }
        }
    };
    
    Subject.prototype.notify = function () {
        var args = Array.prototype.slice.call(arguments, 0);
        for(var i = 0; i < this.observer_list.length; i++) {
            this.observer_list[i].update(args)
        }
    };
    
    return Subject
})();

Subject 的实现方法非常直观，notify() 方法的重要之处在于调用所有观察者对象的 update() 方法来广播更新。

现在来定义一个能够创建随机推文的简单对象，该对象提供了一个接口，可以使用 addObserver() 和 removeObserver() 方法来添加和删除观察者，它也可以使用新获取的推文来调用 Subject 的 notify() 方法。如果出现这种情况，所有的观察者都会将新发布的推文作为参数，发出有推文更新的广播：

function Tweeter () {
    var subject = new Subject();
    this.addObserver = function (observer) {
        subject.add_observer(observer);
    };
    this.removeObserver = function (observer) {
        subject.remove_observer(observer);
    };
    this.fetchTweets = function fetchTweets () {
        // tweet
        var tweet = {
            tweet: "This is one nice Observer"
        };
        // 提示观察者发生的变化
        subject.notify(tweet);
    };
}

添加两名观察者：

var TweetUpdater = {
    update: function () {
        console.log('Update Tweet - ', arguments);
    }
};

var TweetFollower = {
    update: function () {
        console.log('Following this tweet - ', arguments);
    }
};

两名观察者都有 update() 方法，该方法将由 Subject.notify() 调用。现在我们就可以通过 Tweeter 的接口将观察者添加到 Subject 中了：

var tweetApp = new Tweeter();
tweetApp.addObserver(TweeterUpdater);
tweetApp.addObserver(TweeterFollower);
tweetApp.fetchTweets();
tweetApp.removeObserver(TweetUpdater);
tweetApp.removeObserver(TweetFollower);

小结

在大型应用的构建中，我们发现某些问题模式会反复地出现，这类问题都有明确的应对方法，可以拿来重用以构建一套健壮的解决方案，这便是应用设计模式的意义所在。