设计模式——我认为这是一个一言难尽的概念。维基百科对设计模式的定义为:
在软件工程中,设计模式(Design Pattern)是对软件设计中普遍存在(反复出现)的各种问题,所提出的解决方案。这个术语是由埃里希·伽玛(Erich Gamma)等人在 1990 年代从建筑设计领域引入到计算机科学的。设计模式并不是直接用来完成代码的编写,而是描述在各种不同情况下,要怎么解决问题的一种方案。
为什么「一言难尽」呢?首先从设计模式的概念可以看出:这是一套理论,干巴巴的描述其所有内容并没有太大意义。我们不会在面试中提出:「请你解释一下设计模式」、「你会多少种设计模式」这种问题。设计模式一般认为有 23 种,这 23 种设计模式的本质是面向对象设计原则的实际运用,是对类的封装性、继承性和多态性,以及类的关联关系和组合关系的总结应用。
那么对于 JavaScript 或者前端开发来说,设计模式似乎是一个有些遥远的概念。我们应该如何了解并学习设计模式呢?
我认为设计模式不能停留在理论上,而是应该结合到实际代码当中。因此打算通过两讲内容来介绍:本讲内容先介绍基本概念,分享一些经典的设计模式书籍以及相关经验,也许稍微有些「无趣」;第二讲内容将深入结合前端开发,挑选那些我们一直使用的、会用到的设计模式进行讲解。
相关知识点如下:
设计模式到底是什么
之前提到,设计模式是一种经验总结,它就是一套兵法,一共包含了 23 个套路。最终目的是为了更好的代码重用性、可读性、可靠性、可维护性。
在平常开发中,「也许你不知道,但是已经在使用设计模式了」。在之前课程内容的学习中,我们其实也有所提及,比如单例模式(细心的读者还能找到单例模式实现的课程出处吗?)、发布订阅模式、原型模式等。
如果到此,仍然不明白设计模式到底是指什么,别着急,请继续阅读以下内容。
设计模式原则
既然是一套理论,是一种约定和规范,那么设计模式也就有自己的模式原则。总体来说,其六大原则包括:
- 开闭原则
- 里氏替换原则
- 依赖反转原则
- 接口隔离原则
- 最小知道原则
- 合成复用原则
如图:
我们来逐一了解:
- 开闭原则(Open Close Principle)
理解开闭原则,就要了解开和闭。这里的开是指对扩展开放,闭是说对修改关闭。想想我们有一套实现、提供一个服务,这样的程序需要能够随时进行扩展、随时支持第三方的自定义配置,但是不能去修改已用的实现代码。
比如我们做了一个 UI 组件轮子,业务方在使用时显然不能够修改我们的代码,但是仍然可以进行扩展。再比如著名的 Draft.js 库,在实现一个编辑器时,提供了灵活的插件机制,实现了热插拔效果,使得整个程序的扩展性好,易于维护和升级。甚至 Redux 库、Koa 库等基本所有库都有开闭原则的体现。
对于面向对象类型的语言来说,想要严格遵守开闭原则,往往需要使用接口和抽象类,这个我们会在具体设计中再次提到。
- 里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)
里氏代换原则就稍微有些抽象,但它是面向对象设计的基本原则之一。
里氏代换原则要求,任何基类可以发挥作用的地方,子类一定可以发挥作用。
这句话怎么理解呢?想想我们的继承实现,里氏替换原则就是继承复用的基础。只有当派生类可以随时替换掉其基类,同时功能不被破坏,基类的方法仍然能被使用,这才是真正的继承,继承才能真正地实现复用,当然,派生类也需要随时能够在基类的基础上增加新的行为。
事实上,里氏代换原则是对开闭原则的补充。
- 依赖反转原则(Dependence Inversion Principle)
该原则要求针对接口编程,依赖于抽象。更多理论内容我并不打算展开,后续在程序设计中会结合实例提及。
- 接口隔离原则(Interface Segregation Principle)
接口隔离的意思或者目的是减少耦合的出现。在大型软件架构中,使用多个相互隔离的接口,一定比使用单个大而全的接口要好。
- 最少知道原则,又称迪米特法则(Demeter Principle)
最少知道顾名思义,是指:一个系统的功能模块应该最大限度地不知晓其他模块的出现,减少感知,模块应相对独立。
- 合成复用原则(Composite Reuse Principle)
合成复用原则是指:尽量使用合成 / 聚合的方式,而不是使用继承。这是很有意思的一点,我们在之前的课程中提到过:基于原型的继承在很多程度上「优于」基于类的继承,原因就在于基于原型的继承模式体现了可组合性,能够规避「大猩猩和香蕉」等问题的出现。组合是非常优秀的编程思想,这一点在函数式编程范畴中得到了最大程度的印证。
设计模式的三大类型和二十三种套路
设计模式并没有什么困难的,大体上所有的设计模式可以归结为三大类:
- 创建型
- 结构型
- 行为型
如图:
对于 Java 来说,它还包括了 J2EE 类型设计模式。
我们分别来看:
-
创建型(Creational Patterns)
创建型的五种设计模式提供了更加灵活的对象创建方式,同时可以隐藏创建的具体逻辑。与直接使用 new 运算符实例化对象相比,这些模式具有更强的灵活性以及可定制性。 -
结构型(Structural Patterns)
结构型的七种设计模式关注类和对象的组合,结合继承的概念,这些设计模式能使得对象具有更加灵活的功能设定。 -
行为型(Behavioral Patterns)
行为型的十一种设计模式聚焦于对象和类之间的通信,这是构建大型程序架构必不可少的环节。
关于设计模式的学习
设计模式使代码编写真正工程化,我们说设计模式是软件工程的基石脉络,如同大厦的结构一样。其实我认为没有必要刻意地去学习设计模式,因为有关设计模式的思想一定是在实际工程开发中慢慢体会总结的。但是这需要开发者做到「非常有心」,才能够自己去慢慢积累,为了能够培养这种「用心」,读者去专门了解设计模式似乎也是一种捷径和方式。两节课程的设置足以帮助大家培养设计模式思想,同时我再分享一些关于设计模式的经典资料:
- design-patterns-for-humans:这是一本非常著名的设计模式书 pdf
- design-patterns-for-humans-cn:上本书的中文版 pdf
- Learning JavaScript Design Patterns:addyosmani 大神的书 pdf
- 图说设计模式
其中强烈推荐《Learning JavaScript Design Patterns》,这本书在网上开源免费,其中的内容示例都是用 JavaScript 编写的,而且在代码实例编写当中剖析了很多 jQuery 等经典「轮子」的设计。
同时 GitHub 上也有一个不错的 repo:JsPattern-ES6,使用 ES6 重写了《JavaScript 模式》一书中的样例。
还有一个「神器」是:es6-design-patterns,如截图:
这个网站通过 UML 图解释设计模式,同时配以可以运行的代码示例,非常方便对每一种设计模式进行学习。
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