文地址：Understanding Design Patterns in JavaScript

原文作者：Sukhjinder Arora

譯者：HelloGitHub-Robert

當啟動一個新的項目時候，我們不應該馬上開始編程。而是首先應該定義項目的目的和范圍，然后列出其功能或規格。如果你已經開始編程或者正在從事一個復雜的項目，則應該選擇一個最適合你項目的設計模式。

什么是設計模式？

在軟件工程中，設計模式是針對軟件設計中常見問題的可重用解決方案。設計模式也是經驗豐富的開發人員針對特定問題的最佳實踐。它可以被當作編程的模板。

為什么要使用設計模式？

許多工程師要么認為設計模式浪費時間，要么不知道如何恰當的使用設計模式。但如果能正確使用設計模式，則可以幫助你寫出更好的可讀性更高的代碼，并且代碼更容易被維護和理解。

最重要的是，設計模式為軟件開發人員提供了通用的詞匯表。它們能讓學習你代碼的人很快了解代碼的意圖。例如，如果你的項目中使用了裝飾器模式，那么新的開發可以很快就知道這段代碼的作用，從而他們可以將更多精力放在解決業務問題上，而不是試圖理解代碼在做什么。

我們已經知道了什么是設計模式和它的重要性，下面我們深入研究一下 JavaScript 中的 7 種設計模式。

一、模塊模式

模塊是一段獨立的代碼，因此我們可以更新模塊而不會影響代碼的其它部分。模塊還允許我們通過為變量創建單獨的作用域來避免命名空間污染。當它們與其它代碼解耦時，我們還可以在其它項目中重用模塊。

模塊是任何現代 JavaScript 應用程序不可或缺的一部分，有助于保持代碼干凈，獨立和有條理。在 JavaScript 中有許多方法可以創建模塊，其中一種是模塊模式。

與其它編程語言不同，JavaScript 沒有訪問修飾符，也就是說，你不能將變量聲明為私有的或公共的。因此，模塊模式也可用來模擬封裝的概念。

模塊模式使用 IIFE（立即調用的函數表達式），閉包和函數作用域來模擬封裝的概念。例如：

const myModule = (function() {  
  const privateVariable = 'Hello World';  
  function privateMethod() {
    console.log(privateVariable);
  }
  return {
    publicMethod: function() {
      privateMethod();
    }
  }
})();
myModule.publicMethod();

由于是 IIFE 因此代碼會被立即執行，并將返回對象賦值給了 myModule 變量。由于閉包，即使在 IIFE 完成后，返回的對象仍可以訪問 IIFE 內部定義的函數和變量。

因此，IIFE 內部定義的變量和函數對外部是看不見的，從而使其成為 myModule 模塊的私有成員。

執行代碼后，myModule 變量看起來像下面所示：

const myModule = {
  publicMethod: function() {
    privateMethod();
  }};

因此當我們調用 publicMethod() 時候，它將調用 privateMethod() 例如：

// Prints 'Hello World'
module.publicMethod();

二、揭示模塊模式

揭示模塊模式是 Christian Heilmann 對模塊模式的略微改進。模塊模式的問題在于，我們必須創建新的公共函數才能調用私有函數和變量。

在這種模式下，我們將返回的對象的屬性映射到要公開暴露的私有函數上。這就是為什么將其稱為揭示模塊模式。例如：

const myRevealingModule = (function() {  
  let privateVar = 'Peter';
  const publicVar  = 'Hello World';
  function privateFunction() {
    console.log('Name: '+ privateVar);
  }
  
  function publicSetName(name) {
    privateVar = name;
  }
  function publicGetName() {
    privateFunction();
  }
  /** reveal methods and variables by assigning them to object     properties */
return {
    setName: publicSetName,
    greeting: publicVar,
    getName: publicGetName
  };
})();
myRevealingModule.setName('Mark');
// prints Name: Mark
myRevealingModule.getName();

這種模式讓我們更容易知道哪些函數和變量是公共的，無形中提高了代碼的可讀性。執行代碼后 myRevealingModule 看起來像下所示：

const myRevealingModule = {
  setName: publicSetName,
  greeting: publicVar,
  getName: publicGetName
};

當我們調用 myRevealingModule.setName('Mark') 時，實際調用了內部的 publicSetName。當調用 myRevealingModule.getName() 時，實際調用了內部的 publicGetName 例如：

myRevealingModule.setName('Mark');
// prints Name: Mark
myRevealingModule.getName();

與模塊模式相比，揭示模塊模式的優勢有：

• 通過修改 return 語句中的一行，我們可以將成員從公共變為為私人，反之亦然。
• 返回的對象不包含任何函數定義，所有右側表達式都在 IIFE 中定義，從而使代碼清晰易讀。

三、ES6 模塊

在 ES6 之前，JavaScript 沒有內置模塊，因此開發人員必須依靠第三方庫或模塊模式來實現模塊。但是自從 ES6，JavaScript 內置了模塊。

ES6 的模塊是以文件形式存儲的。每個文件只能有一個模塊。默認情況下，模塊內的所有內容都是私有的。通過使用 export 關鍵字來暴露函數、變量和類。模塊內的代碼始終在嚴格模式下運行。

3.1 導出模塊

有兩種方法可以導出函數和變量聲明：

• 在函數和變量聲明的前面添加 export 關鍵字。例如：

// utils.js
export const greeting = 'Hello World';
export function sum(num1, num2) {
  console.log('Sum:', num1, num2);
  return num1 + num2;
}
export function subtract(num1, num2) {
  console.log('Subtract:', num1, num2);
  return num1 - num2;
}
// This is a private function
function privateLog() {
  console.log('Private Function');
}

• 在代碼的最后添加 export 關鍵字來暴露函數和變量。例如：

// utils.js
function multiply(num1, num2) {
  console.log('Multiply:', num1, num2);
  return num1 * num2;
}
function divide(num1, num2) {
  console.log('Divide:', num1, num2);
  return num1 / num2;
}
// This is a private function
function privateLog() {
  console.log('Private Function');
}
export {multiply, divide};

3.2 導入模塊

與導出模塊相似，有兩種使用 import 關鍵字導入模塊的方法。例如：

• 一次導入多個項目

// main.js
// importing multiple items
import { sum, multiply } from './utils.js';
console.log(sum(3, 7));
console.log(multiply(3, 7));

• 導入所有模塊

// main.js
// importing all of module
import * as utils from './utils.js';
console.log(utils.sum(3, 7));
console.log(utils.multiply(3, 7));

3.3 導入導出中使用別名

• 重命名導出

// utils.js
function sum(num1, num2) {
  console.log('Sum:', num1, num2);
  return num1 + num2;
}
function multiply(num1, num2) {
  console.log('Multiply:', num1, num2);
  return num1 * num2;
}
export {sum as add, multiply};

• 重命名導入

// main.js
import { add, multiply as mult } from './utils.js';
console.log(add(3, 7));
console.log(mult(3, 7));

四、單例模式

一個單例對象是只能實例化一次的對象。如果不存在，則單例模式將創建類的新實例。如果存在實例，則僅返回對該對象的引用。重復調用構造函數將始終獲取同一對象。

JavaScript 是一直內置單例的語言。我們只是不稱它們為單例，我們稱它們為對象字面量。例如：

const user = {
  name: 'Peter',
  age: 25,
  job: 'Teacher',
  greet: function() {
    console.log('Hello!');
  }
};

因為 JavaScript 中的每個對象都占用一個唯一的內存位置，并且當我們調用該 user 對象時，實際上是在返回該對象的引用。

如果我們嘗試將 user 變量復制到另一個變量并修改該變量。例如：

const user1 = user;
user1.name = 'Mark';

我們將看到兩個對象都被修改，因為 JavaScript 中的對象是通過引用而不是通過值傳遞的。因此，內存中只有一個對象。例如：

// prints 'Mark'
console.log(user.name);
// prints 'Mark'
console.log(user1.name);
// prints true
console.log(user === user1);

可以使用構造函數來實現單例模式。例如：

let instance = null;

function User() {
  if(instance) {
    return instance;
  }
  instance = this;
  this.name = 'Peter';
  this.age = 25;
  
  return instance;
}
const user1 = new User();
const user2 = new User();
// prints true
console.log(user1 === user2);

調用此構造函數時，它將檢查 instance 對象是否存在。如果對象不存在，則將 this 變量分配給 instance 變量。如果該對象存在，則只返回該對象。

單例也可以使用模塊模式來實現。例如：

const singleton = (function() {
  let instance;
  
  function init() {
    return {
      name: 'Peter',
      age: 24,
    };
  }
  return {
    getInstance: function() {
      if(!instance) {
        instance = init();
      }
      
      return instance;
    }
  }
})();
const instanceA = singleton.getInstance();
const instanceB = singleton.getInstance();
// prints true
console.log(instanceA === instanceB);

在上面的代碼中，我們通過調用 singleton.getInstance 方法來創建一個新實例。如果實例已經存在，則此方法僅返回該實例。如果該實例不存在，則通過調用該 init() 函數創建一個新實例。

五、工廠模式

工廠模式使用工廠方法創建對象而不需要指定具體的類或構造函數的模式。

工廠模式用于創建對象而不需要暴露實例化的邏輯。當我們需要根據特定條件生成不同的對象時，可以使用此模式。例如：

class Car{
  constructor(options) {
    this.doors = options.doors || 4;
    this.state = options.state || 'brand new';
    this.color = options.color || 'white';
  }
}
class Truck {
  constructor(options) {
    this.doors = options.doors || 4;
    this.state = options.state || 'used';
    this.color = options.color || 'black';
  }
}
class VehicleFactory {
  createVehicle(options) {
    if(options.vehicleType === 'car') {
      return new Car(options);
    } else if(options.vehicleType === 'truck') {
      return new Truck(options);
      }
  }
}

這里，創建了一個 Car 和一個 Truck 類（具有一些默認值），該類用于創建新的 car 和 truck對象。而且定義了一個VehicleFactory 類，用來根據 options 對象中的 vehicleType 屬性來創建和返回新的對象。

const factory = new VehicleFactory();
const car = factory.createVehicle({
  vehicleType: 'car',
  doors: 4,
  color: 'silver',
  state: 'Brand New'
});
const truck= factory.createVehicle({
  vehicleType: 'truck',
  doors: 2,
  color: 'white',
  state: 'used'
});
// Prints Car {doors: 4, state: "Brand New", color: "silver"}
console.log(car);
// Prints Truck {doors: 2, state: "used", color: "white"}
console.log(truck);

我為類 VehicleFactory 創建了一個新的 factory 對象。然后，我們通過調用 factory.createVehicle 方法并且傳遞 options 對象，其 vehicleType 屬性可能為 car 或者 truck 來創建新 Car 或 Truck 對象。

六、裝飾器模式

裝飾器模式用于擴展對象的功能，而無需修改現有的類或構造函數。此模式可用于將特征添加到對象中，而無需修改底層的代碼。

此模式的一個簡單示例為：

function Car(name) {
  this.name = name;
  // Default values
  this.color = 'White';
}
// Creating a new Object to decorate
const tesla= new Car('Tesla Model 3');
// Decorating the object with new functionality
tesla.setColor = function(color) {
  this.color = color;
}
tesla.setPrice = function(price) {
  this.price = price;
}
tesla.setColor('black');
tesla.setPrice(49000);
// prints black
console.log(tesla.color);

這種模式的一個更實際的例子是：

假設汽車的成本取決于其功能的數量。如果沒有裝飾器模式，我們將不得不為不同的功能組合創建不同的類，每個類都有一個 cost 方法來計算成本。例如：

class Car() {
}

class CarWithAC() {
}

class CarWithAutoTransmission {
}

class CarWithPowerLocks {
}

class CarWithACandPowerLocks {
}

但是，通過裝飾器模式，我們可以創建一個基類 car 并且通過裝飾器函數給不同的對象添加對應的成本邏輯。

class Car {
  constructor() {
  // Default Cost
  this.cost = function() {
  return 20000;
  }
}
}
// Decorator function
function carWithAC(car) {
  car.hasAC = true;
  const prevCost = car.cost();
  car.cost = function() {
    return prevCost + 500;
  }
}
// Decorator function
function carWithAutoTransmission(car) {
  car.hasAutoTransmission = true;
   const prevCost = car.cost();
  car.cost = function() {
    return prevCost + 2000;
  }
}
// Decorator function
function carWithPowerLocks(car) {
  car.hasPowerLocks = true;
  const prevCost = car.cost();
  car.cost = function() {
    return prevCost + 500;
  }
}

首先，我們創建了小轎車的基類 Car。然后針對要添加的特性創建了裝飾器并且此裝飾器以 Car 對象為參數。然后通過返回更新后的小汽車成本來覆蓋對象的成本函數，且添加了一個用來標識某個特性是否已經被添加的屬性。

要添加新的功能，我們只需要像下面一樣就可以：

const car = new Car();
console.log(car.cost());
carWithAC(car);
carWithAutoTransmission(car);
carWithPowerLocks(car);

最后，我們可以像這樣計算汽車的成本：

// Calculating total cost of the car
console.log(car.cost());

結論

我們已經了解了 JavaScript 中使用的各種設計模式，但是這里沒有涉及到可以用 JavaScript 實現的設計模式。

盡管了解各種設計模式很重要，但不要過度使用它們也同樣重要。在使用設計模式之前，你應該仔細考慮你的問題是否適合該設計模式。要知道某個模式是否適合你的問題，應該好好研究該設計模式以及它的應用。

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應性本質上是關于系統如何對數據變化作出反應，有不同類型的響應性。然而，在這篇文章中，我們關注的是響應性，即響應數據變化而采取行動。

作為一名前端開發者，Pavel Pogosov 每天都要面對這個問題。因為瀏覽器本身是一個完全異步的環境。現代 Web 界面必須快速響應用戶的操作，這包括更新 UI、發送網絡請求、管理導航和執行各種其他任務。

盡管人們常常將響應性與框架聯系在一起，Pavel Pogosov 認為通過純 JavaScript 實現響應性可以學到很多。所以，我們將自己編寫一些模式代碼，并研究一些基于響應性的原生瀏覽器 API。

目錄

• PubSub（發布-訂閱模式）
• 自定義事件作為瀏覽器版本的 PubSub
• 自定義事件目標
• 觀察者模式
• 使用 Proxy 的響應式屬性
• 單個對象屬性和響應性
• 使用 MutationObserver 的響應式 HTML 屬性
• 使用 IntersectionObserver 的響應式滾動

1. PubSub（發布-訂閱模式）

class PubSub {
  constructor() {
    this.subscribers={};
  }

  subscribe(event, callback) {
    if (!this.subscribers[event]) {
      this.subscribers[event]=[];
    }

    this.subscribers[event].push(callback);
  }

  // 向特定事件的所有訂閱者發布消息
  publish(event, data) {
    if (this.subscribers[event]) {
      this.subscribers[event].forEach((callback)=> {
        callback(data);
      });
    }
  }
}

const pubsub=new PubSub();

pubsub.subscribe('news', (message)=> {
  console.log(`訂閱者1收到了新聞：${message}`);
});

pubsub.subscribe('news', (message)=> {
  console.log(`訂閱者2收到了新聞：${message}`);
});

// 向 'news' 事件發布消息
pubsub.publish('news', '最新頭條新聞：...');

// 控制臺日志輸出：
// 訂閱者1收到了新聞：最新頭條新聞：...
// 訂閱者2收到了新聞：最新頭條新聞：...

一個常見的使用示例是 Redux。這款流行的狀態管理庫基于這種模式（或更具體地說，是 Flux 架構）。在 Redux 的上下文中，工作機制相當簡單：

發布者：store 充當發布者。當一個 action 被派發時，store 會通知所有訂閱的組件狀態的變化。 訂閱者：應用程序中的 UI 組件是訂閱者。它們訂閱 Redux store 并在狀態變化時接收更新。

自定義事件作為瀏覽器版本的 PubSub

瀏覽器通過 CustomEvent 類和 dispatchEvent 方法提供了一個用于觸發和訂閱自定義事件的 API。后者不僅能讓我們觸發事件，還能附加任何想要的數據。

const customEvent=new CustomEvent('customEvent', {
  detail: '自定義事件數據', // 將所需數據附加到事件
});

const element=document.getElementById('.element-to-trigger-events');

element.addEventListener('customEvent', (event)=> {
  console.log(`訂閱者1收到了自定義事件：${event.detail}`);
});

element.addEventListener('customEvent', (event)=> {
  console.log(`訂閱者2收到了自定義事件：${event.detail}`);
});

// 觸發自定義事件
element.dispatchEvent(customEvent);

// 控制臺日志輸出：
// 訂閱者1收到了自定義事件：自定義事件數據
// 訂閱者2收到了自定義事件：自定義事件數據

自定義事件目標

如果你不想在全局 window 對象上分派事件，可以創建你自己的事件目標。

通過擴展原生 EventTarget 類，你可以向其新實例分派事件。這確保你的事件僅在新類本身上觸發，避免了全局傳播。此外，你可以直接將處理程序附加到這個特定實例上。

class CustomEventTarget extends EventTarget {
  constructor() {
    super();
  }

  // 觸發自定義事件的自定義方法
  triggerCustomEvent(eventName, eventData) {
    const event=new CustomEvent(eventName, { detail: eventData });
    this.dispatchEvent(event);
  }
}

const customTarget=new CustomEventTarget();

// 向自定義事件目標添加事件監聽器
customTarget.addEventListener('customEvent', (event)=> {
  console.log(`自定義事件收到了數據：${event.detail}`);
});

// 觸發自定義事件
customTarget.triggerCustomEvent('customEvent', '你好，自定義事件！');

// 控制臺日志輸出：
// 自定義事件收到了數據：你好，自定義事件！

觀察者模式

觀察者模式與 PubSub 非常相似。你訂閱 Subject，然后它通知其訂閱者（觀察者）關于變化，使他們能夠做出相應的反應。這種模式在構建解耦和靈活的架構中發揮了重要作用。

class Subject {
  constructor() {
    this.observers=[];
  }

  addObserver(observer) {
    this.observers.push(observer);
  }

  // 從列表中移除觀察者
  removeObserver(observer) {
    const index=this.observers.indexOf(observer);

    if (index !==-1) {
      this.observers.splice(index, 1);
    }
  }

  // 通知所有觀察者關于變化
  notify() {
    this.observers.forEach((observer)=> {
      observer.update();
    });
  }
}

class Observer {
  constructor(name) {
    this.name=name;
  }

  // 通知時調用的更新方法
  update() {
    console.log(`${this.name} 收到了更新。`);
  }
}

const subject=new Subject();
const observer1=new Observer('觀察者1');
const observer2=new Observer('觀察者2');

// 將觀察者添加到主體
subject.addObserver(observer1);
subject.addObserver(observer2);

// 通知觀察者關于變化
subject.notify();

// 控制臺日志輸出：
// 觀察者1 收到了更新。
// 觀察者2 收到了更新。

使用 Proxy 的響應式屬性

如果你想對對象的變化做出反應，Proxy 是一個好方法。它讓我們在設置或獲取對象字段的值時實現響應性。

const person={
  name: 'Pavel',
  age: 22,
};

const reactivePerson=new Proxy(person, {
  // 攔截設置操作
  set(target, key, value) {
    console.log(`將 ${key} 設置為 ${value}`);
    target[key]=value;

    // 表示設置值是否成功
    return true;
  },
  // 攔截獲取操作
  get(target, key) {
    console.log(`獲取 ${key}`);

    return target[key];
  },
});

reactivePerson.name='Sergei'; // 將 name 設置為 Sergei
console.log(reactivePerson.name); // 獲取 name: Sergei

reactivePerson.age=23; // 將 age 設置為 23
console.log(reactivePerson.age); // 獲取 age: 23

單個對象屬性和響應性

如果你不需要跟蹤對象中的所有字段，可以使用 Object.defineProperty 或一組 Object.defineProperties 來選擇特定的一個或幾個。

const person={
  _originalName: 'Pavel', // 私有屬性
}

Object.defineProperty(person, 'name', {
  get() {
    console.log('獲取屬性 name')
    return this._originalName
  },
  set(value) {
    console.log(`將屬性 name 設置為值 ${value}`)
    this._originalName=value
  },
})

console.log(person.name) // '獲取屬性 name' 和 'Pavel'
person.name='Sergei' // 將屬性 name 設置為值 Sergei

使用 MutationObserver 的響應式 HTML 屬性

在 DOM 中實現響應性的一種方法是使用 MutationObserver。其 API 允許我們觀察目標元素及其子元素的屬性變化和文本內容變化。

function handleMutations(mutationsList, observer) {
  mutationsList.forEach((mutation)=> {
    // 觀察到的元素的一個屬性發生了變化
    if (mutation.type==='attributes') {
      console.log(`屬性 '${mutation.attributeName}' 更改為 '${mutation.target.getAttribute(mutation.attributeName)}'`);
    }
  });
}

const observer=new MutationObserver(handleMutations);
const targetElement=document.querySelector('.element-to-observe');

// 開始觀察目標元素
observer.observe(targetElement, { attributes: true });

使用 IntersectionObserver 的響應式滾動

IntersectionObserver API 允許對目標元素與另一個元素或視口區域的交集做出反應。

function handleIntersection(entries, observer) {
  entries.forEach((entry)=> {
    // 目標元素在視口中
    if (entry.isIntersecting) {
      entry.target.classList.add('visible');
    } else {
      entry.target.classList.remove('visible');
    }
  });
}

const observer=new IntersectionObserver(handleIntersection);
const targetElement=document.querySelector('.element-to-observe');

// 開始觀察目標元素
observer.observe(targetElement);

感謝閱讀！