JavaScript 的 7 種設計模式
原文地址：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範圍，然後列出其功能或規格。如果你已經開始編程或者正在從事一個複雜的項目，則應該選擇一個最適合你項目的設計模式。
什麼是設計模式？
在軟體工程中，設計模式是針對軟體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。
為什麼要使用設計模式？
許多工程師要麼認為設計模式浪費時間，要麼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程式碼，並且程式碼更容易被維護和理解。
最重要的是，設計模式為軟體開發人員提供了通用的辭彙表。它們能讓學習你程式碼的人很快了解程式碼的意圖。例如，如果你的項目中使用了裝飾器模式，那麼新的開發可以很快就知道這段程式碼的作用，從而他們可以將更多精力放在解決業務問題上，而不是試圖理解程式碼在做什麼。
我們已經知道了什麼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、模組模式
模組是一段獨立的程式碼，因此我們可以更新模組而不會影響程式碼的其它部分。模組還允許我們通過為變數創建單獨的作用域來避免命名空間污染。當它們與其它程式碼解耦時，我們還可以在其它項目中重用模組。
模組是任何現代 JavaScript 應用程式不可或缺的一部分，有助於保持程式碼乾淨，獨立和有條理。在 JavaScript 中有許多方法可以創建模組，其中一種是模組模式。
與其它程式語言不同，JavaScript 沒有訪問修飾符，也就是說，你不能將變數聲明為私有的或公共的。因此，模組模式也可用來模擬封裝的概念。
模組模式使用 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();
由於是 IIFE 因此程式碼會被立即執行，並將返回對象賦值給了 myModule 變數。由於閉包，即使在 IIFE 完成後，返回的對象仍可以訪問 IIFE 內部定義的函數和變數。
因此，IIFE 內部定義的變數和函數對外部是看不見的，從而使其成為 myModule 模組的私有成員。
執行程式碼後，myModule 變數看起來像下面所示：
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、揭示模組模式
揭示模組模式是 Christian Heilmann 對模組模式的略微改進。模組模式的問題在於，我們必須創建新的公共函數才能調用私有函數和變數。
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。這就是為什麼將其稱為揭示模組模式。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數是公共的，無形中提高了程式碼的可讀性。執行程式碼後 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();
與模組模式相比，揭示模組模式的優勢有：
- 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，從而使程式碼清晰易讀。
三、ES6 模組
在 ES6 之前，JavaScript 沒有內置模組，因此開發人員必須依靠第三方庫或模組模式來實現模組。但是自從 ES6，JavaScript 內置了模組。
ES6 的模組是以文件形式存儲的。每個文件只能有一個模組。默認情況下，模組內的所有內容都是私有的。通過使用 export 關鍵字來暴露函數、變數和類。模組內的程式碼始終在嚴格模式下運行。
3.1 導出模組
有兩種方法可以導出函數和變數聲明：
- 在函數和變數聲明的前面添加
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');
}
- 在程式碼的最後添加
export關鍵字來暴露函數和變數。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 導入模組
與導出模組相似，有兩種使用 import 關鍵字導入模組的方法。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));
- 導入所有模組
// 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。重複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 中的每個對象都佔用一個唯一的記憶體位置，並且當我們調用該 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 變數複製到另一個變數並修改該變數。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，記憶體中只有一個對象。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 變數分配給 instance 變數。如果該對象存在，則只返回該對象。
單例也可以使用模組模式來實現。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);
在上面的程式碼中，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。
工廠模式用於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);
}
}
}
這裡，創建了一個 Car 和一個 Truck 類（具有一些默認值），該類用於創建新的 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。然後，我們通過調用 factory.createVehicle 方法並且傳遞 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
裝飾器模式用於擴展對象的功能，而無需修改現有的類或構造函數。此模式可用於將特徵添加到對象中，而無需修改底層的程式碼。
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於其功能的數量。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 並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。然後針對要添加的特性創建了裝飾器並且此裝飾器以 Car 對象為參數。然後通過返回更新後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);
最後，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，但是這裡沒有涉及到可以用 JavaScript 實現的設計模式。
儘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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