简单易懂的设计模式（上）
一、单例模式
1. 什么是单例模式—
单例模式的定义是，保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。
有一些对象，比如线程池/全局缓存/浏览器中的 window 对象等等，我们就只需要一个实例。
下面将根据实际场景进行介绍。
2. 实际场景—
1. 登录浮窗
当我们单击登录按钮时，页面中会出现一个登录的浮窗，而这个登录浮窗是唯一的，无论单击多少次登录按钮，这个浮窗都只会被创建一次，那么这个登录浮窗就适合用单例模式来创建。
1.1 传统做法
传统做法在页面加载完成时，就创建好登录浮窗，当用户点击登录按钮时，显示登录浮窗，实现代码如下：
<button id="loginBtn">登录</button>
var loginLayer = (() => {
let div = document.createElement('div')
div.innerHTML = '我是登录弹窗'
div.style.display = 'none'
document.body.appendChild(div)
return div
})()
document.getElementById('loginBtn').onclick = () => {
loginLayer.style.display = 'block'
}
上述代码有以下缺点：
在无需登录的情况下，也会新增登录浮窗的 DOM节点，浪费性能。
现在优化一下，将代码改为，在用户点击登录按钮后，才新增登录浮窗的 DOM 节点。
代码如下：
var createLoginLayer = () => {
let div = document.createElement('div')
div.innerHTML = '我是登录弹窗'
div.style.display = 'none'
document.body.appendChild(div)
return div
}
document.getElementById('loginBtn').onclick = () => {
const loginLayer = createLoginLayer()
loginLayer.style.display = 'block'
}
上述代码也存在缺陷，具体如下：
每次点击登录按钮，都会创建一个登录浮窗，频繁的创建 DOM节点更加浪费性能。
实际上，我们只需要创建一次登录浮窗。
1.2 单例模式
通过单例模式，重构上述代码。
const createLoginLayer = () => {
const div = document.createElement('div')
div.innerHTML = '我是登录弹窗'
div.style.display = 'none'
console.log(123)
document.body.appendChild(div)
return div
}
const createSingle = (function () {
var instance = {}
return function (fn) {
if (!instance[fn.name]) {
instance[fn.name] = fn.apply(this, arguments)
}
return instance[fn.name]
}
})()
const createIframe = function () {
const iframe = document.createElement('iframe')
document.body.appendChild(iframe)
iframe.style.display = 'none'
return iframe
}
const createSingleLoginLayer = createSingle(createLoginLayer)
const createSingleIframe = createSingle(createIframe)
document.getElementById('loginBtn').onclick = () => {
const loginLayer = createSingleLoginLayer
const iframe = createSingleIframe
loginLayer.style.display = 'block'
iframe.style.display = 'block'
}
经过重构，代码做了以下优化：
将创建实例对象 createLoginLayer/createIframe的职责和管理单例对象createSingle的职责分离，符合单一职责原则；通过闭包存储实例，并进行判断，不管点击登录按钮多少次，只创建一个登录浮窗实例； 易于扩展，当下次需要创建页面中唯一的 iframe/script等其他标签时，可以直接复用该逻辑。
3. 总结—
单例模式是一种简单但非常实用的模式，特别是惰性单例技术，在合适的时候才创建对象，并且只创建唯一的一个。更奇妙的是，创建对象和管理单例的职责被分布在两个不同的方法中，这两个方法组合起来才具有单例模式的威力。
二、策略模式
1. 什么是策略模式—
当我们计划国庆出去游玩时，在交通方式上，我们可以选择贵而快的飞机、价格中等但稍慢的动车、便宜但超级慢的火车，根据不同的人，选择对应的交通方式，且可以随意更换交通方式，这就是策略模式。
策略模式的定义是，定义一系列算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可以相互替换。
2. 实际场景—
1. 计算年终奖
1.1 传统做法
有一个计算员工年终奖的需求，假设，绩效为 S 的员工年终奖是 4 倍工资，绩效为 A 的员工年终奖是 3 倍工资，绩效为 B 的员工年终奖是 2 倍工资，下面我们来计算员工的年终奖。
var calculateBonus = function(performanceLevel, salary) {
if (performanceLevel === 'S') {
return salary * 4;
}
if (performanceLevel === 'A') {
return salary * 3;
}
if (performanceLevel === 'B') {
return salary * 2;
}
};
calculateBonus('B', 20000); // 输出：40000
calculateBonus( 'S', 6000 ); // 输出：24000
上述代码有以下缺点：
使用 if-else语句描述逻辑，代码庞大；缺乏弹性，如果需要修改绩效 S的奖金系数，必须修改calculateBonus函数，违反了开放-封闭原则；无法再次复用，当其他地方需要用到这套逻辑，只能再复制一份。
1.2 策略模式做法
使用策略模式改良后
const strategies = {
S: salary => {
return salary * 4
},
A: salary => {
return salary * 3
},
B: salary => {
return salary * 2
}
}
const calculateBonus = (level, salary) => {
return strtegies[level](salary "level")
}
console.log(calculateBonus('s', 20000))
console.log(calculateBonus('a', 10000))
可以看到上述代码做了以下改动：
策略类 strategies封装了具体的算法和计算过程（每种绩效的计算规则）；环境类 calculateBonus接受请求，把请求委托给策略类strategies（员工的绩效和工资；将算法的使用和算法的实现分离，代码清晰，职责分明； 消除大量的 if-else语句。
1.3 小结
策略模式使代码可读性更高，易于拓展更多的策略算法。当绩效系数改变，或者绩效等级增加，我们只需要为 strategies 调整或新增算法，符合开放-封闭原则。
2. 表单校验
当网页上的表单需要校验输入框/复选框等等规则时，如何去实现呢？
现在有一个注册用户的表单需求，在提交表单之前，需要验证以下规则：
用户名不能为空 密码长度不能少于 6 位 手机号码必须符合格式
2.1 传统做法
使用 if-else 语句判断表单输入是否符合对应规则，如不符合，提示错误原因。
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title></title>
</head>
<body>
<form id='registerForm' action="xxx" method="post">
用户名：<input type="text" name="userName">
密码：<input type="text" name="password">
手机号：<input type="text" name="phone">
<button>提交</button>
</form>
<script type="text/javascript">
let registerForm = document.getElementById('registerForm')
registerForm.onsubmit = () => {
if (registerForm.userName.value) {
alert('用户名不能为空')
return false
}
if (registerForm.password.value.length < 6) {
alert('密码长度不能少于6')
return false
}
if (!/(^1[3|5|8][0-9]$)/.test(registerForm.phone.value)) {
alert('手机号码格式不正确')
return false
}
}
</script>
</body>
</html>
上述代码有以下缺点：
onsubmit函数庞大，包含大量if-else语句；onsubmit缺乏弹性，当有规则需要调整，或者需要新增规则时，需要改动onsubmit函数内部，违反开放-封闭原则；算法复用性差，只能通过复制，复用到其他表单。
2.2 策略模式做法
使用策略模式重构上述代码。
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title></title>
</head>
<body>
<form action="http://xxx.com/register" id="registerForm" method="post">
请输入用户名：
<input type="text" name="userName" />
请输入密码：
<input type="text" name="password" />
请输入手机号码：
<input type="text" name="phoneNumber" />
<button>
提交
</button>
</form>
<script type="text/javascript" src="index.js">
</script>
</body>
</html>
// 表单dom
const registerForm = document.getElementById('registerForm')
// 表单规则
const rules = {
userName: [
{
strategy: 'isNonEmpty',
errorMsg: '用户名不能为空'
},
{
strategy: 'minLength:10',
errorMsg: '用户名长度不能小于10位'
}
],
password: [
{
strategy: 'minLength:6',
errorMsg: '密码长度不能小于6位'
}
],
phoneNumber: [
{
strategy: 'isMobile',
errorMsg: '手机号码格式不正确'
}
]
}
// 策略类
var strategies = {
isNonEmpty: function(value, errorMsg) {
if (value === '') {
return errorMsg;
}
},
minLength: function(value, errorMsg, length) {
console.log(length)
if (value.length < length) {
return errorMsg;
}
},
isMobile: function(value, errorMsg) {
if (!/(^1[3|5|8][0-9]{9}$)/.test(value)) {
return errorMsg;
}
}
};
// 验证类
const Validator = function () {
this.cache = []
}
// 添加验证方法
Validator.prototype.add = function ({ dom, rules}) {
rules.forEach(rule => {
const { strategy, errorMsg } = rule
console.log(rule)
const [ strategyName, strategyCondition ] = strategy.split(':')
console.log(strategyName)
const { value } = dom
this.cache.push(strategies[strategyName].bind(dom, value, errorMsg, strategyCondition))
})
}
// 开始验证
Validator.prototype.start = function () {
let errorMsg
this.cache.some(cacheItem => {
const _errorMsg = cacheItem()
if (_errorMsg) {
errorMsg = _errorMsg
return true
} else {
return false
}
})
return errorMsg
}
// 验证函数
const validatorFn = () => {
const validator = new Validator()
console.log(validator.add)
Object.keys(rules).forEach(key => {
console.log(2222222, rules[key])
validator.add({
dom: registerForm[key],
rules: rules[key]
})
})
const errorMsg = validator.start()
return errorMsg
}
// 表单提交
registerForm.onsubmit = () => {
const errorMsg = validatorFn()
if (errorMsg) {
alert(errorMsg)
return false
}
return false
}
上述代码通过 strategies 定义规则算法，通过 Validator 定义验证算法，将规则和算法分离，我们仅仅通过配置的方式就可以完成表单的校验，这些校验规则也可以复用在程序的任何地方，还能作为插件的形式，方便的被移植到其他项目中。
3. 总结—
策略模式是一种常用且有效的设计模式，通过上述例子，可以总结出策略模式的一些优点：
策略模式利用组合/委托和多态等技术和思想，可以有效的避免多重条件选择语句； 策略模式提供了对开放-封闭原则的完美支持，将算法封装中独立的策略类中，使得它们易于切换/理解/扩展； 在策略模式中利用组合和委托来让 Context拥有执行算法的能力，这也是继承的一种更轻便的代替方案。
三、代理模式
1. 什么是代理模式—
代理模式是为一个对象提供一个代用品或占位符，以便控制对它的访问。
代理模式的关键是，当客户不方便直接访问一个对象或者不满足需要的时候，提供一个替身对象来控制对这个对象的访问，客户实际上访问的是替身对象。
2. 模拟场景—
1. 小明送花给小白
1.1 传统做法
传统做法是小明直接把花送给小白，小白接收到花，代码如下：
const Flower = function () {
return '玫瑰🌹'
}
const xiaoming = {
sendFlower: target => {
const flower = new Flower()
target.receiveFlower(flower)
}
}
const xiaobai = {
receiveFlower: flower => {
console.log('收到花', flower)
}
}
xiaoming.sendFlower(xiaobai)
1.2 代理模式
但是，小明并不认识小白，他想要通过小代，帮他打探小白的情况，在小白心情好的时候送花，这样成功率更高。代码如下：
const Flower = function () {
return '玫瑰🌹'
}
const xiaoming = {
sendFlower: target => {
const flower = new Flower()
target.receiveFlower(flower)
}
}
const xiaodai = {
receiveFlower: flower => {
xiaobai.listenGoodMood().then(() => {
xiaobai.receiveFlower(flower)
})
}
}
const xiaobai = {
receiveFlower: flower => {
console.log('收到花', flower)
},
listenGoodMood: fn => {
return new Promise((reslove, reject) => {
// 10秒后，心情变好
reslove()
})
}
}
xiaoming.sendFlower(xiaodai)
以上，小明通过小代，监听到小白心情的心情变化，选择在小白心情好时送花给小白。不仅如此，小代还可以做以下事情：
帮助小白过滤掉一些送花的请求，这就叫做保护代理； 帮助小明，在小白心情好时，再执行买花操作，这就叫做虚拟代理。虚拟代理把一些开销很大的对象，延迟到真正需要它的时候才去创建。
3. 实际场景—
1. 图片预加载
图片预加载时一种常见的技术，如果直接给 img 标签节点设置 src 属性，由于图片过大或网络不佳，图片的位置往往有一段时间时空白。
1.1 传统做法
const myImage = (() => {
const imgNode = document.createElement('img')
document.body.appendChild(imgNode)
return {
setSrc: src => {
imgNode.src = src
}
}
})()
myImage.setSrc('https://img30.360buyimg.com/ling/jfs/t1/187775/5/8271/435193/60c8117eE7d79ef41/1d21db2c4dca9a90.png')
通过开发者工具把网速设置为 5kb/s 时，会发现在很长一段时间内，图片位置是空白的。
1.2 虚拟代理
下面用虚拟代理优化该功能，把加载图片的操作交给代理函数完成，在图片加载时，先用一张loading 图占位，当图片加载成功后，再把它填充进 img 节点。
代码如下：
const myImage = (() => {
const imgNode = document.createElement('img')
document.body.appendChild(imgNode)
return {
setSrc: src => {
imgNode.src = src
}
}
})()
const loadingSrc = '../../../../img/loading.gif'
const imgSrc = 'https://img30.360buyimg.com/ling/jfs/t1/187775/5/8271/435193/60c8117eE7d79ef41/1d21db2c4dca9a90.png'
const proxyImage = (function () {
const img = new Image()
img.onload = () => {
myImage.setSrc(img.src)
}
return {
setSrc: src => {
myImage.setSrc(loadingSrc)
img.src = src
}
}
})()
proxyImage.setSrc(imgSrc)
上述代码有以下优点：
通过
proxyImage控制了对MyImage的访问，在MyImage未加载成功之前，使用loading图占位；践行单一职责原则，给
img节点设置src的函数MyImage，预加载图片的函数proxyImage，都只有一个职责；践行开放-封闭原则，给
img节点设置src和预加载图片的功能，被隔离在两个对象里，它们可以各自变化不影响对方。
2. 合并HTTP请求
假设我们要实现一个同步文件的功能，通过复选框，当复选框选中的时候，将该复选框对应的 id 传给服务器，告诉服务器需要同步 id 对应的文件。
思考一下，会发现，如果每选中一个复选框，就请求一次接口，假设 1s 内选中了 10 个复选框，那么就要发送 10 次请求。
2.1 虚拟代理
可以通过虚拟代理来优化上述做法，新增一个代理，帮助复选框发起同步文件的请求，收集在这 1s 内的请求，1s 后再一起把这些文件 id 发送到服务器。
代码如下：
<!DOCTYPE html>
<html>
<meta charset="utf-8" />
<head>
<title></title>
</head>
<body>
a <input type="checkbox" value="a" />
b <input type="checkbox" value="b" />
c <input type="checkbox" value="c" />
d <input type="checkbox" value="d" />
<script type="text/javascript" src="index.js">
</script>
</body>
</html>
const synchronousFile = cache => {
console.log('开始同步文件，id为：'+ cache.join('/'))
}
const proxySynchronousFile = (() => {
const cache = []
let timer
return id => {
console.log(id)
cache.push(id)
if (timer) {
return
}
timer = setTimeout(() => {
synchronousFile(cache)
clearTimeout(timer)
timer = null
cache.length = 0
}, 2000)
}
})()
const checkbox = document.getElementsByTagName('input')
Array.from(checkbox).forEach(i => {
console.log(i)
i.onclick = () => {
if (i.checked) {
proxySynchronousFile(i.value)
}
}
})
3. ajax异步请求数据
在列表需要分页时，同一页的数据理论上只需要去后台拉取一次，可以把这些拉取过的数据缓存下来，下次请求时直接使用缓存数据。
3.1 缓存代理
使用缓存代理实现上述功能，代码如下：
(async function () {
function getArticle (currentPage, pageSize) {
console.log('getArticle', currentPage, pageSize)
// 模拟一个ajax请求
return new Promise((resolve, reject) => {
resolve({
ok: true,
data: {
list: [],
total: 10,
params: {
currentPage,
pageSize
}
}
})
})
}
const proxyGetArticle = (() => {
const caches = []
return async (currentPage, pageSize) => {
const cache = Array.prototype.join.call([currentPage, pageSize],',')
if (cache in caches) {
return caches[cache]
}
const { data, ok } = await getArticle(currentPage, pageSize)
if (ok) {
caches[cache] = data
}
return caches[cache]
}
})()
// 搜索第一页
await proxyGetArticle(1, 10)
// 搜索第二页
await proxyGetArticle(2, 10)
// 再次搜索第一页
await proxyGetArticle(1, 10)
})()
通过缓存代理，在第二次请求第一页的数据时，直接在缓存数据中拉取，无须再次从服务器请求数据。
4. 总结—
上面根据实际场景介绍了虚拟代理和缓存代理的做法。
当我们不方便直接访问某个对象时，找一个代理方法帮我们去访问该对象，这就是代理模式。
可通过 github源码[1] 进行实操练习。
希望本文能对你有所帮助，感谢阅读❤️～
参考资料
github源码: https://github.com/jiaozitang/web-learn-note/tree/main/src/%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E6%A8%A1%E5%BC%8F