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关于javascript:图解九种常见的设计模式

jiezi

在软件工程中，设计模式（Design Pattern）是对软件设计中普遍存在（重复呈现）的各种问题，所提出的解决方案。依据模式的目标来划分的话，GoF（Gang of Four）设计模式能够分为以下 3 种类型：

1、创立型模式：用来形容“如何创建对象”，它的次要特点是“将对象的创立和应用拆散”。包含单例、原型、工厂办法、形象工厂和建造者 5 种模式。

2、结构型模式：用来形容如何将类或对象依照某种布局组成更大的构造。包含代理、适配器、桥接、装璜、外观、享元和组合 7 种模式。

3、行为型模式：用来辨认对象之间的罕用交换模式以及如何调配职责。包含模板办法、策略、命令、职责链、状态、观察者、中介者、迭代器、访问者、备忘录和解释器 11 种模式。

接下来阿宝哥将联合一些生存中的场景并通过精美的配图，来向大家介绍 9 种罕用的设计模式。

一、建造者模式

建造者模式（Builder Pattern）将一个简单对象分解成多个绝对简略的局部，而后依据不同须要别离创立它们，最初构建成该简单对象。

一辆小汽车 ???? 通常由 发动机、底盘、车身和电气设备 四大局部组成。汽车电气设备的外部结构很简单，简略起见，咱们只思考三个局部：引擎、底盘和车身。

在现实生活中，小汽车也是由不同的零部件组装而成，比方上图中咱们把小汽车分成引擎、底盘和车身三大部分。上面咱们来看一下如何应用建造者模式来造车子。

1.1 实现代码 
class Car {
  constructor(
    public engine: string,
    public chassis: string, 
    public body: string
  ) {}}

class CarBuilder {
  engine!: string; // 引擎
  chassis!: string; // 底盘
  body!: string; // 车身

  addChassis(chassis: string) {
    this.chassis = chassis;
    return this;
  }

  addEngine(engine: string) {
    this.engine = engine;
    return this;
  }

  addBody(body: string) {
    this.body = body;
    return this;
  }

  build() {return new Car(this.engine, this.chassis, this.body);
  }
}

在以上代码中，咱们定义一个 CarBuilder 类，并提供了 addChassis、addEngine 和 addBody 3 个办法用于组装车子的不同部位，当车子的 3 个局部都组装实现后，调用 build 办法就能够开始造车。

1.2 应用示例 
const car = new CarBuilder()
  .addEngine('v12')
  .addBody('镁合金')
  .addChassis('复合材料')
  .build();
1.3 利用场景及案例
  • 须要生成的产品对象有简单的内部结构，这些产品对象通常蕴含多个成员属性。
  • 须要生成的产品对象的属性相互依赖，须要指定其生成程序。
  • 隔离简单对象的创立和应用，并使得雷同的创立过程能够创立不同的产品。
  • Github – node-sql-query：https://github.com/dresende/n…

二、工厂模式

在现实生活中，工厂是负责生产产品的，比方牛奶、面包或礼物等，这些产品满足了咱们日常的生理需求。

在泛滥设计模式当中，有一种被称为工厂模式的设计模式，它提供了创建对象的最佳形式。工厂模式能够分为： 简略工厂模式、工厂办法模式和形象工厂模式 。

2.1 简略工厂

简略工厂模式又叫 静态方法模式 ，因为工厂类中定义了一个静态方法用于创建对象。简略工厂让使用者不必晓得具体的参数就能够创立出所需的”产品“类，即使用者能够间接生产产品而不须要晓得产品的具体生产细节。

在上图中，阿宝哥模仿了用户购车的流程，小王和小秦别离向 BMW 工厂订购了 BMW730 和 BMW840 型号的车型，接着工厂会先判断用户抉择的车型，而后依照对应的模型进行生产并在生产实现后交付给用户。

上面咱们来看一下如何应用简略工厂来形容 BMW 工厂生产指定型号车子的过程。

2.1.1 实现代码 
abstract class BMW {abstract run(): void;
}

class BMW730 extends BMW {run(): void {console.log("BMW730 动员咯");
  }
}

class BMW840 extends BMW {run(): void {console.log("BMW840 动员咯");
  }
}

class BMWFactory {public static produceBMW(model: "730" | "840"): BMW {if (model === "730") {return new BMW730();
    } else {return new BMW840();
    }
  }
}

在以上代码中，咱们定义一个 BMWFactory 类，该类提供了一个动态的 produceBMW() 办法，用于依据不同的模型参数来创立不同型号的车子。

2.1.2 应用示例 
const bmw730 = BMWFactory.produceBMW("730");
const bmw840 = BMWFactory.produceBMW("840");

bmw730.run();
bmw840.run();
2.1.3 利用场景
  • 工厂类负责创立的对象比拟少：因为创立的对象比拟少，不会造成工厂办法中业务逻辑过于简单。
  • 客户端只需晓得传入工厂类静态方法的参数，而不须要关怀创建对象的细节。

2.2 工厂办法

工厂办法模式（Factory Method Pattern）又称为工厂模式，也叫多态工厂（Polymorphic Factory）模式，它属于类创立型模式。

在工厂办法模式中，工厂父类负责定义创立产品对象的公共接口，而工厂子类则负责生成具体的产品对象， 这样做的目标是将产品类的实例化操作提早到工厂子类中实现 ，即通过工厂子类来确定到底应该实例化哪一个具体产品类。

在上图中，阿宝哥模仿了用户购车的流程，小王和小秦别离向 BMW 730 和 BMW 840 工厂订购了 BMW730 和 BMW840 型号的车子，接着工厂依照对应的模型进行生产并在生产实现后交付给用户。

同样，咱们来看一下如何应用工厂办法来形容 BMW 工厂生产指定型号车子的过程。

2.2.1 实现代码 
abstract class BMWFactory {abstract produceBMW(): BMW;
}

class BMW730Factory extends BMWFactory {produceBMW(): BMW {return new BMW730();
  }
}

class BMW840Factory extends BMWFactory {produceBMW(): BMW {return new BMW840();
  }
}

在以上代码中，咱们别离创立了 BMW730Factory 和 BMW840Factory 两个工厂类，而后应用这两个类的实例来生产不同型号的车子。

2.2.2 应用示例 
const bmw730Factory = new BMW730Factory();
const bmw840Factory = new BMW840Factory();

const bmw730 = bmw730Factory.produceBMW();
const bmw840 = bmw840Factory.produceBMW();

bmw730.run();
bmw840.run();
2.2.3 利用场景
  • 一个类不晓得它所须要的对象的类：在工厂办法模式中，客户端不须要晓得具体产品类的类名，只须要晓得所对应的工厂即可，具体的产品对象由具体工厂类创立；客户端须要晓得创立具体产品的工厂类。
  • 一个类通过其子类来指定创立哪个对象：在工厂办法模式中，对于形象工厂类只须要提供一个创立产品的接口，而由其子类来确定具体要创立的对象，利用面向对象的多态性和里氏代换准则，在程序运行时，子类对象将笼罩父类对象，从而使得零碎更容易扩大。

持续浏览：Typescript 设计模式之工厂办法

2.3 形象工厂

形象工厂模式（Abstract Factory Pattern），提供一个创立一系列相干或相互依赖对象的接口，而无须指定它们具体的类。

在工厂办法模式中具体工厂负责生产具体的产品，每一个具体工厂对应一种具体产品，工厂办法也具备唯一性，个别状况下，一个具体工厂中只有一个工厂办法或者一组重载的工厂办法。 然而有时候咱们须要一个工厂能够提供多个产品对象，而不是繁多的产品对象。

在上图中，阿宝哥模仿了用户购车的流程，小王向 BMW 工厂订购了 BMW730，工厂依照 730 对应的模型进行生产并在生产实现后交付给小王。而小秦向同一个 BMW 工厂订购了 BMW840，工厂依照 840 对应的模型进行生产并在生产实现后交付给小秦。

上面咱们来看一下如何应用形象工厂来形容上述的购车过程。

2.3.1 实现代码 
abstract class BMWFactory {abstract produce730BMW(): BMW730;
  abstract produce840BMW(): BMW840;}

class ConcreteBMWFactory extends BMWFactory {produce730BMW(): BMW730 {return new BMW730();
  }

  produce840BMW(): BMW840 {return new BMW840();
  }
}
2.3.2 应用示例 
const bmwFactory = new ConcreteBMWFactory();

const bmw730 = bmwFactory.produce730BMW();
const bmw840 = bmwFactory.produce840BMW();

bmw730.run();
bmw840.run();
2.3.3 利用场景
  • 一个零碎不该当依赖于产品类实例如何被创立、组合和表白的细节，这对于所有类型的工厂模式都是重要的。
  • 零碎中有多于一个的产品族，而每次只应用其中某一产品族。
  • 零碎提供一个产品类的库，所有的产品以同样的接口呈现，从而使客户端不依赖于具体实现。

持续浏览：创建对象的最佳形式是什么？

三、单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是一种罕用的模式，有一些对象咱们往往只须要一个，比方全局缓存、浏览器中的 window 对象等。单例模式用于保障一个类仅有一个实例，并提供一个拜访它的全局拜访点。

在上图中，阿宝哥模仿了借车的流程，小王长期有急事找阿宝哥借车子，阿宝哥家的车子刚好没用，就借给小王了。当天，小秦也须要用车子，也找阿宝哥借车，因为阿宝哥家里只有一辆车子，所以就没有车可借了。

对于车子来说，它尽管给生存带来了很大的便当，但养车也须要一笔不小的费用（车位费、油费和保养费等），所以阿宝哥家里只有一辆车子。在开发软件系统时，如果遇到创建对象时耗时过多或耗资源过多，但又常常用到的对象，咱们就能够思考应用单例模式。

上面咱们来看一下如何应用 TypeScript 来实现单例模式。

3.1 实现代码 
class Singleton {
  // 定义公有的动态属性，来保留对象实例
  private static singleton: Singleton;
  private constructor() {}

  // 提供一个动态的办法来获取对象实例
  public static getInstance(): Singleton {if (!Singleton.singleton) {Singleton.singleton = new Singleton();
    }
    return Singleton.singleton;
  }
}
3.2 应用示例 
let instance1 = Singleton.getInstance();
let instance2 = Singleton.getInstance();

console.log(instance1 === instance2); // true
3.3 利用场景
  • 须要频繁实例化而后销毁的对象。
  • 创建对象时耗时过多或耗资源过多，但又常常用到的对象。
  • 零碎只须要一个实例对象，如零碎要求提供一个惟一的序列号生成器或资源管理器，或者须要思考资源耗费太大而只容许创立一个对象。

持续浏览：TypeScript 设计模式之单例模式

四、适配器模式

在理论生存中，也存在适配器的应用场景，比方：港式插头转换器、电源适配器和 USB 转接口。 而在软件工程中，适配器模式的作用是解决两个软件实体间的接口不兼容的问题。 应用适配器模式之后，本来因为接口不兼容而不能工作的两个软件实体就能够一起工作。

4.1 实现代码 
interface Logger {info(message: string): Promise<void>;
}

interface CloudLogger {sendToServer(message: string, type: string): Promise<void>;
}

class AliLogger implements CloudLogger {public async sendToServer(message: string, type: string): Promise<void> {console.info(message);
    console.info('This Message was saved with AliLogger');
  }
}

class CloudLoggerAdapter implements Logger {
  protected cloudLogger: CloudLogger;

  constructor (cloudLogger: CloudLogger) {this.cloudLogger = cloudLogger;}

  public async info(message: string): Promise<void> {await this.cloudLogger.sendToServer(message, 'info');
  }
}

class NotificationService {
  protected logger: Logger;
  
  constructor (logger: Logger) {this.logger = logger;}

  public async send(message: string): Promise<void> {await this.logger.info(`Notification sended: ${message}`);
  }
}

在以上代码中，因为 Logger 和 CloudLogger 这两个接口不匹配，所以咱们引入了 CloudLoggerAdapter 适配器来解决兼容性问题。

4.2 应用示例 
(async () => {const aliLogger = new AliLogger();
  const cloudLoggerAdapter = new CloudLoggerAdapter(aliLogger);
  const notificationService = new NotificationService(cloudLoggerAdapter);
  await notificationService.send('Hello semlinker, To Cloud');
})();
4.3 利用场景及案例
  • 以前开发的零碎存在满足新零碎性能需要的类，但其接口同新零碎的接口不统一。
  • 应用第三方提供的组件，但组件接口定义和本人要求的接口定义不同。
  • Github – axios-mock-adapter：https://github.com/ctimmerm/a…

持续浏览：TypeScript 设计模式之适配器模式

五、观察者模式 & 公布订阅模式

5.1 观察者模式

观察者模式，它定义了一种一对多的关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象，这个主题对象的状态发生变化时就会告诉所有的观察者对象，使得它们可能自动更新本人。

在观察者模式中有两个次要角色：Subject（主题）和 Observer（观察者）。

在上图中，Subject（主题）就是阿宝哥的 TS 专题文章，而观察者就是小秦和小王。因为观察者模式反对简略的播送通信，当音讯更新时，会主动告诉所有的观察者。

上面咱们来看一下如何应用 TypeScript 来实现观察者模式。

5.1.1 实现代码 
interface Observer {notify: Function;}

class ConcreteObserver implements Observer{constructor(private name: string) {}

  notify() {console.log(`${this.name} has been notified.`);
  }
}

class Subject {private observers: Observer[] = [];

  public addObserver(observer: Observer): void {console.log(observer, "is pushed!");
    this.observers.push(observer);
  }

  public deleteObserver(observer: Observer): void {console.log("remove", observer);
    const n: number = this.observers.indexOf(observer);
    n != -1 && this.observers.splice(n, 1);
  }

  public notifyObservers(): void {console.log("notify all the observers", this.observers);
    this.observers.forEach(observer => observer.notify());
  }
}
5.1.2 应用示例 
const subject: Subject = new Subject();
const xiaoQin = new ConcreteObserver("小秦");
const xiaoWang = new ConcreteObserver("小王");
subject.addObserver(xiaoQin);
subject.addObserver(xiaoWang);
subject.notifyObservers();

subject.deleteObserver(xiaoQin);
subject.notifyObservers();
5.1.3 利用场景及案例
  • 一个对象的行为依赖于另一个对象的状态。或者换一种说法，当被察看对象（指标对象）的状态产生扭转时，会间接影响到察看对象的行为。
  • RxJS Subject：https://github.com/ReactiveX/…
  • RxJS Subject 文档：https://rxjs.dev/guide/subject

持续浏览：TypeScript 设计模式之观察者模式

5.2 公布订阅模式

在软件架构中，公布 / 订阅是一种音讯范式， 音讯的发送者（称为发布者）不会将音讯间接发送给特定的接收者（称为订阅者）。而是将公布的音讯分为不同的类别，而后别离发送给不同的订阅者。 同样的，订阅者能够表白对一个或多个类别的趣味，只接管感兴趣的音讯，无需理解哪些发布者存在。

在公布订阅模式中有三个次要角色：Publisher（发布者）、Channels（通道）和 Subscriber（订阅者）。

在上图中，Publisher（发布者）是阿宝哥，Channels（通道）中 Topic A 和 Topic B 别离对应于 TS 专题和 Deno 专题，而 Subscriber（订阅者）就是小秦、小王和小池。

上面咱们来看一下如何应用 TypeScript 来实现公布订阅模式。

5.2.1 实现代码 
type EventHandler = (...args: any[]) => any;

class EventEmitter {private c = new Map<string, EventHandler[]>();

  // 订阅指定的主题
  subscribe(topic: string, ...handlers: EventHandler[]) {let topics = this.c.get(topic);
    if (!topics) {this.c.set(topic, topics = []);
    }
    topics.push(...handlers);
  }

  // 勾销订阅指定的主题
  unsubscribe(topic: string, handler?: EventHandler): boolean {if (!handler) {return this.c.delete(topic);
    }

    const topics = this.c.get(topic);
    if (!topics) {return false;}
    
    const index = topics.indexOf(handler);

    if (index < 0) {return false;}
    topics.splice(index, 1);
    if (topics.length === 0) {this.c.delete(topic);
    }
    return true;
  }

  // 为指定的主题公布音讯
  publish(topic: string, ...args: any[]): any[] | null {const topics = this.c.get(topic);
    if (!topics) {return null;}
    return topics.map(handler => {
      try {return handler(...args);
      } catch (e) {console.error(e);
        return null;
      }
    });
  }
}
5.2.2 应用示例 
const eventEmitter = new EventEmitter();
eventEmitter.subscribe("ts", (msg) => console.log(` 收到订阅的音讯：${msg}`) );

eventEmitter.publish("ts", "TypeScript 公布订阅模式");
eventEmitter.unsubscribe("ts");
eventEmitter.publish("ts", "TypeScript 公布订阅模式");
5.2.3 利用场景
  • 对象间存在一对多关系，一个对象的状态产生扭转会影响其余对象。
  • 作为事件总线，来实现不同组件间或模块间的通信。
  • BetterScroll – EventEmitter：https://github.com/ustbhuangy…
  • EventEmitter 在插件化架构的利用：https://mp.weixin.qq.com/s/N4…

持续浏览：如何优雅的实现音讯通信？

六、策略模式

策略模式（Strategy Pattern）定义了一系列的算法，把它们一个个封装起来，并且使它们能够相互替换。策略模式的重心不是如何实现算法，而是如何组织、调用这些算法，从而让程序结构更灵便、可保护、可扩大。

目前在一些支流的 Web 站点中，都提供了多种不同的登录形式。比方账号密码登录、手机验证码登录和第三方登录。为了不便保护不同的登录形式，咱们能够把不同的登录形式封装成不同的登录策略。

上面咱们来看一下如何应用策略模式来封装不同的登录形式。

6.1 实现代码

为了更好地了解以下代码，咱们先来看一下对应的 UML 类图：

interface Strategy {authenticate(...args: any): any;
}

class Authenticator {
  strategy: any;
  constructor() {this.strategy = null;}

  setStrategy(strategy: any) {this.strategy = strategy;}

  authenticate(...args: any) {if (!this.strategy) {console.log('尚未设置认证策略');
      return;
    }
    return this.strategy.authenticate(...args);
  }
}

class WechatStrategy implements Strategy {authenticate(wechatToken: string) {if (wechatToken !== '123') {console.log('有效的微信用户');
      return;
    }
    console.log('微信认证胜利');
  }
}

class LocalStrategy implements Strategy {authenticate(username: string, password: string) {if (username !== 'abao' && password !== '123') {console.log('账号或明码谬误');
      return;
    }
    console.log('账号和明码认证胜利');
  }
}
6.2 应用示例 
const auth = new Authenticator();

auth.setStrategy(new WechatStrategy());
auth.authenticate('123456');

auth.setStrategy(new LocalStrategy());
auth.authenticate('abao', '123');
6.3 利用场景及案例
  • 一个零碎须要动静地在几种算法中抉择一种时，可将每个算法封装到策略类中。
  • 多个类只区别在体现行为不同，能够应用策略模式，在运行时动静抉择具体要执行的行为。
  • 一个类定义了多种行为，并且这些行为在这个类的操作中以多个条件语句的模式呈现，可将每个条件分支移入它们各自的策略类中以代替这些条件语句。
  • Github – passport-local：https://github.com/jaredhanso…
  • Github – passport-oauth2：https://github.com/jaredhanso…
  • Github – zod：https://github.com/vriad/zod/…

七、职责链模式

职责链模式是使多个对象都有机会解决申请，从而防止申请的发送者和接受者之间的耦合关系。在职责链模式里，很多对象由每一个对象对其下家的援用而连接起来造成一条链。申请在这个链上传递，直到链上的某一个对象决定解决此申请。

在公司中不同的岗位领有不同的职责与权限。以上述的销假流程为例，当阿宝哥请 1 天假时，只有组长审批就能够了，不须要流转到主管和总监。如果职责链上的某个环节无奈解决以后的申请，若含有下个环节，则会把申请转交给下个环节来解决。

在日常的软件开发过程中，对于职责链来说，一种常见的利用场景是中间件，上面咱们来看一下如何利用职责链来解决申请。

7.1 实现代码

为了更好地了解以下代码，咱们先来看一下对应的 UML 类图：

interface IHandler {addMiddleware(h: IHandler): IHandler;
  get(url: string, callback: (data: any) => void): void;
}

abstract class AbstractHandler implements IHandler {
  next!: IHandler;
  addMiddleware(h: IHandler) {
    this.next = h;
    return this.next;
  }

  get(url: string, callback: (data: any) => void) {if (this.next) {return this.next.get(url, callback);
    }
  }
}

// 定义 Auth 中间件
class Auth extends AbstractHandler {
  isAuthenticated: boolean;
  constructor(username: string, password: string) {super();

    this.isAuthenticated = false;
    if (username === 'abao' && password === '123') {this.isAuthenticated = true;}
  }

  get(url: string, callback: (data: any) => void) {if (this.isAuthenticated) {return super.get(url, callback);
    } else {throw new Error('Not Authorized');
    }
  }
}

// 定义 Logger 中间件
class Logger extends AbstractHandler {get(url: string, callback: (data: any) => void) {console.log('/GET Request to:', url);
    return super.get(url, callback);
  }
}

class Route extends AbstractHandler {URLMaps: {[key: string]: any};
  constructor() {super();
    this.URLMaps = {'/api/todos': [{ title: 'learn ts'}, {title: 'learn react'}],
      '/api/random': Math.random(),};
  }

  get(url: string, callback: (data: any) => void) {super.get(url, callback);

    if (this.URLMaps.hasOwnProperty(url)) {callback(this.URLMaps[url]);
    }
  }
}
7.2 应用示例 
const route = new Route();
route.addMiddleware(new Auth('abao', '123')).addMiddleware(new Logger());

route.get('/api/todos', data => {console.log(JSON.stringify({ data}, null, 2));
});

route.get('/api/random', data => {console.log(data);
});
7.3 利用场景
  • 可解决一个申请的对象汇合应被动静指定。
  • 想在不明确指定接收者的状况下，向多个对象中的一个提交一个申请。
  • 有多个对象能够解决一个申请，哪个对象解决该申请运行时主动确定，客户端只须要把申请提交到链上即可。

八、模板办法模式

模板办法模式由两局部构造组成：形象父类和具体的实现子类。 通常在形象父类中封装了子类的算法框架，也包含实现一些公共办法以及封装子类中所有办法的执行程序 。子类通过继承这个抽象类，也继承了整个算法构造，并且能够抉择重写父类的办法。

在上图中，阿宝哥通过应用不同的解析器来别离解析 CSV 和 Markup 文件。尽管解析的是不同的类型的文件，但文件的解决流程是一样的。这里次要蕴含读取文件、解析文件和打印数据三个步骤。针对这个场景，咱们就能够引入模板办法来封装以上三个步骤的解决程序。

上面咱们来看一下如何应用模板办法来实现上述的解析流程。

8.1 实现代码

为了更好地了解以下代码，咱们先来看一下对应的 UML 类图：

import fs from 'fs';

abstract class DataParser {
  data: string = '';
  out: any = null;

  // 这就是所谓的模板办法
  parse(pathUrl: string) {this.readFile(pathUrl);
    this.doParsing();
    this.printData();}

  readFile(pathUrl: string) {this.data = fs.readFileSync(pathUrl, 'utf8');
  }

  abstract doParsing(): void;
  
  printData() {console.log(this.out);
  }
}

class CSVParser extends DataParser {doParsing() {this.out = this.data.split(',');
  }
}

class MarkupParser extends DataParser {doParsing() {this.out = this.data.match(/<\w+>.*<\/\w+>/gim);
  }
}
8.2 应用示例 
const csvPath = './data.csv';
const mdPath = './design-pattern.md';

new CSVParser().parse(csvPath);
new MarkupParser().parse(mdPath);
8.3 利用场景
  • 算法的整体步骤很固定，但其中个别局部易变时，这时候能够应用模板办法模式，将容易变的局部形象进去，供子类实现。
  • 当须要管制子类的扩大时，模板办法只在特定点调用钩子操作，这样就只容许在这些点进行扩大。

九、参考资源

  • 维基百科 – 设计模式 )
  • Java 设计模式：23 种设计模式全面解析
  • Design Patterns Everyday

十、举荐浏览

  • 了不起的 Deno 入门篇
  • 了不起的 Deno 实战教程
  • 你不晓得的 Blob
  • 你不晓得的 WeakMap
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