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JavaScript设计模式之装饰者模式

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引:什么是装饰者模式

在传统的面向对象语言中,给对象添加功能常常使用继承的方式,但是继承的方式并不灵活,还会带来许多问题:一方面会导致超类和子类之间存在强耦合性,当超类改变时,子类也会随之改变;另一方面,继承这种功能复用方式通常被称为“白箱复用”,“白箱”是相对可见性而言的,在继承方式中,超类的内部细节是对子类可见的,继承常常被认为破坏了封装性。

使用继承还会带来另外一个问题,在完成一些功能复用的同时,有可能创建出大量的子类,使子类的数量呈爆炸性增长。比如现在有4种型号的自行车,我们为每种自行车都定义了一个单独的类。现在要给每种自行车都装上前灯、尾灯和铃铛这3种配件。如果使用继承的方式来给每种自行车创建子类,则需要4×3=12个子类。但是如果把前灯、尾灯、铃铛这些对象动态组合到自行车上面,则只需要额外增加3个类。

这种给对象动态地增加职责的方式称为装饰者(decorator)模式。装饰者模式能够在不改变对象自身的基础上,在程序运行期间给对象动态地添加职责。跟继承相比,装饰者是一种更轻便灵活的做法,这是一种“即用即付”的方式,比如天冷了就多穿一件外套,需要飞行时就在头上插一支竹蜻蜓,遇到一堆食尸鬼时就点开AOE(范围攻击)技能。

模拟传统面向对象语言的装饰者模式

首先要提出来的是,作为一门解释执行的语言,给JavaScript中的对象动态添加或者改变职责是一件再简单不过的事情,虽然这种做法改动了对象自身,跟传统定义中的装饰者模式并不一样,但这无疑更符合JavaScript的语言特色。代码如下:

var obj = {
    name: 'sven',
    address: '深圳市'
};
obj.address = obj.address + '福田区';

传统面向对象语言中的装饰者模式在JavaScript中适用的场景并不多,如上面代码所示,通常我们并不太介意改动对象自身。尽管如此,但是我们还是稍微模拟一下传统面向对象语言中的装饰者模式实现。

假设我们在编写一个飞机大战的游戏,随着经验值的增加,我们操作的飞机对象可以升级成更厉害的飞机,一开始这些飞机只能发射普通的子弹,升到第二级时可以发射导弹,升到第三级时可以发射原子弹。

// 建立一架飞机
var Plane = function(){}
// 飞机有发射普通子弹的方法
Plane.prototype.fire = function(){
    console.log( '发射普通子弹' );
}

接下来增加两个装饰类,分别是导弹和原子弹:

var MissileDecorator = function( plane ){
    this.plane = plane;
}
MissileDecorator.prototype.fire = function(){
    this.plane.fire();
    console.log( '发射导弹' );
}
var AtomDecorator = function( plane ){
    this.plane = plane;
}
AtomDecorator.prototype.fire = function(){
    this.plane.fire();
    console.log( '发射原子弹' );
}

导弹类和原子弹类的构造函数都接受参数plane对象,并且保存好这个参数,在它们的fire方法中,除了执行自身的操作之外,还调用plane对象的fire方法。

这种给对象动态增加职责的方式,并没有真正地改动对象自身,而是将对象放入另一个对象之中,这些对象以一条链的方式进行引用,形成一个聚合对象。这些对象都拥有相同的接口(fire方法),当请求达到链中的某个对象时,这个对象会执行自身的操作,随后把请求转发给链中的下一个对象。

因为装饰者对象和它所装饰的对象拥有一致的接口,所以它们对使用该对象的客户来说是透明的,被装饰的对象也并不需要了解它曾经被装饰过,这种透明性使得我们可以递归地嵌套任意多个装饰者对象,如图所示。

最后看看测试结果:

var plane = new Plane();
plane = new MissileDecorator( plane );
plane = new AtomDecorator( plane );
plane.fire();
// 分别输出: 发射普通子弹、发射导弹、发射原子弹

回到JavaScript的装饰者

JavaScript语言动态改变对象相当容易,我们可以直接改写对象或者对象的某个方法,并不需要使用“类”来实现装饰者模式,代码如下:

var plane = {
    fire: function(){
        console.log( '发射普通子弹' );
    }
}
var missileDecorator = function(){
    console.log( '发射导弹' );
}
var atomDecorator = function(){
    console.log( '发射原子弹' );
}
var fire1 = plane.fire;
plane.fire = function(){
    fire1();
    missileDecorator();
}
var fire2 = plane.fire;
plane.fire = function(){
    fire2();
    atomDecorator();
}
plane.fire();
// 分别输出: 发射普通子弹、发射导弹、发射原子弹

装饰函数

在JavaScript中,几乎一切都是对象,其中函数又被称为一等对象。在平时的开发工作中,也许大部分时间都在和函数打交道。在JavaScript中可以很方便地给某个对象扩展属性和方法,但却很难在不改动某个函数源代码的情况下,给该函数添加一些额外的功能。在代码的运行期间,我们很难切入某个函数的执行环境。

要想为函数添加一些功能,最简单粗暴的方式就是直接改写该函数,但这是最差的办法,直接违反了开放-封闭原则:

var a = function(){
    alert (1);
}
// 改成:
var a = function(){
    alert (1);
    alert (2);
}

很多时候我们不想去碰原函数,也许原函数是由其他同事编写的,里面的实现非常杂乱。甚至在一个古老的项目中,这个函数的源代码被隐藏在一个我们不愿碰触的阴暗角落里。现在需要一个办法,在不改变函数源代码的情况下,能给函数增加功能,这正是开放-封闭原则给我们指出的光明道路。

通过保存原引用的方式就可以改写某个函数:

var a = function(){
    alert (1);
}
var _a = a;
a = function(){
    _a();
    alert (2);
}
a();

这是实际开发中很常见的一种做法,比如我们想给window绑定onload事件,但是又不确定这个事件是不是已经被其他人绑定过,为了避免覆盖掉之前的window.onload函数中的行为,我们一般都会先保存好原先的window.onload,把它放入新的window.onload里执行:

window.onload = function(){
    alert (1);
}
var _onload = window.onload || function(){};
window.onload = function(){
    _onload();
    alert (2);
}

这样的代码当然是符合开放-封闭原则的,我们在增加新功能的时候,确实没有修改原来的window.onload代码,但是这种方式存在以下两个问题。

  • 必须维护_onload这个中间变量,虽然看起来并不起眼,但如果函数的装饰链较长,或者需要装饰的函数变多,这些中间变量的数量也会越来越多。
  • 其实还遇到了this被劫持的问题,在window.onload的例子中没有这个烦恼,是因为调用普通函数_onload时,this也指向window,跟调用window.onload时一样(函数作为对象的方法被调用时,this指向该对象,所以此处this也只指向window)。现在把window.onload换成document.getElementById,代码如下:
var _getElementById = document.getElementById;
document.getElementById = function( id ){
    alert (1);
    return _getElementById( id ); // (1)
}
var button = document.getElementById( 'button' );
</script>

执行这段代码,我们看到在弹出alert(1)之后,紧接着控制台抛出了异常:

// 输出: Uncaught TypeError: Illegal invocation

异常发生在(1) 处的_getElementById(id)这句代码上,此时_getElementById是一个全局函数,当调用一个全局函数时,this是指向window的,而document.getElementById方法的内部实现需要使用this引用,this在这个方法内预期是指向document,而不
是window, 这是错误发生的原因,所以使用现在的方式给函数增加功能并不保险。

改进后的代码可以满足需求,我们要手动把document当作上下文this传入_getElementById:

<html>
    <button id="button"></button>
<script>
    var _getElementById = document.getElementById;
    document.getElementById = function(){
        alert (1);
        return _getElementById.apply( document, arguments );
    }
    var button = document.getElementById( 'button' );
</script>
</html>

但这样做显然很不方便,下面我们引入AOP,来提供一种完美的方法给函数动态增加功能。

用AOP装饰函数

首先给出Function.prototype.before方法和Function.prototype.after方法:

Function.prototype.before = function( beforefn ){
    var __self = this; // 保存原函数的引用
    return function(){ // 返回包含了原函数和新函数的"代理"函数
        beforefn.apply( this, arguments ); // 执行新函数,且保证this不被劫持,新函数接受的参数
        // 也会被原封不动地传入原函数,新函数在原函数之前执行
        return __self.apply( this, arguments ); // 执行原函数并返回原函数的执行结果,
        // 并且保证this不被劫持
    }
}
Function.prototype.after = function( afterfn ){
    var __self = this;
    return function(){
        var ret = __self.apply( this, arguments );
        afterfn.apply( this, arguments );
        return ret;
    }
};

Function.prototype.before接受一个函数当作参数,这个函数即为新添加的函数,它装载了新添加的功能代码。

接下来把当前的this保存起来,这个this指向原函数,然后返回一个“代理”函数,这个“代理”函数只是结构上像代理而已,并不承担代理的职责(比如控制对象的访问等)。它的工作是把请求分别转发给新添加的函数和原函数,且负责保证它们的执行顺序,让新添加的函数在原函数之前执行(前置装饰),这样就实现了动态装饰的效果。

我们注意到,通过Function.prototype.apply来动态传入正确的this,保证了函数在被装饰之后,this不会被劫持。

Function.prototype.after的原理跟Function.prototype.before一模一样,唯一不同的地方在于让新添加的函数在原函数执行之后再执行。

下面来试试用Function.prototype.before的威力:

<html>
<button id="button"></button>
<script>
    Function.prototype.before = function( beforefn ){
        var __self = this;
        return function(){
            beforefn.apply( this, arguments );
            return __self.apply( this, arguments );
        }
    }
    document.getElementById = document.getElementById.before(function(){
        alert (1);
    });
    var button = document.getElementById( 'button' );
    console.log( button );
</script>
</html>

再回到window.onload的例子,看看用Function.prototype.after来增加新的window.onload事件是多么简单:

window.onload = function(){
    alert (1);
}
window.onload = ( window.onload || function(){} ).after(function(){
    alert (2);
}).after(function(){
    alert (3);
}).after(function(){
    alert (4);
});

值得提到的是,上面的AOP实现是在Function.prototype上添加before和after方法,但许多人不喜欢这种污染原型的方式,那么我
们可以做一些变通,把原函数和新函数都作为参数传入before或者after方法:

var before = function( fn, beforefn ){
    return function(){
        beforefn.apply( this, arguments );
        return fn.apply( this, arguments );
    }
}
var a = before(
    function(){alert (3)},
    function(){alert (2)}
);
a = before( a, function(){alert (1);} );
a();

AOP的应用实例

用AOP装饰函数的技巧在实际开发中非常有用。不论是业务代码的编写,还是在框架层面,我们都可以把行为依照职责分成粒度更细的函数,随后通过装饰把它们合并到一起,这有助于我们编写一个松耦合和高复用性的系统。

这一节将介绍几个例子,带大家进一步理解装饰函数的威力。

数据统计上报

分离业务代码和数据统计代码,无论在什么语言中,都是AOP的经典应用之一。在项目开发的结尾阶段难免要加上很多统计数据的代码,这些过程可能让我们被迫改动早已封装好的函数。

比如页面中有一个登录button,点击这个button会弹出登录浮层,与此同时要进行数据上报,来统计有多少用户点击了这个登录button:

<html>
<button tag="login" id="button">点击打开登录浮层</button>
<script>
var showLogin = function(){
    console.log( '打开登录浮层' );
    log( this.getAttribute( 'tag' ) );
}
var log = function( tag ){
    console.log( '上报标签为: ' + tag );
    // (new Image).src = 'http:// xxx.com/report?tag=' + tag; // 真正的上报代码略
}
document.getElementById( 'button' ).onclick = showLogin;
</script>
</html>

我们看到在showLogin函数里,既要负责打开登录浮层,又要负责数据上报,这是两个层面的功能,在此处却被耦合在一个函数里。使用AOP分离之后,代码如下:

<html>
<button tag="login" id="button">点击打开登录浮层</button>
<script>
Function.prototype.after = function( afterfn ){
    var __self = this;
    return function(){
        var ret = __self.apply( this, arguments );
        afterfn.apply( this, arguments );
        return ret;
    }
};
var showLogin = function(){
    console.log( '打开登录浮层' );
}
var log = function(){
    console.log( '上报标签为: ' + this.getAttribute( 'tag' ) );
}
showLogin = showLogin.after( log ); // 打开登录浮层之后上报数据
document.getElementById( 'button' ).onclick = showLogin;
</script>
</html>

用AOP动态改变函数的参数

观察Function.prototype.before方法:

Function.prototype.before = function( beforefn ){
    var __self = this;
    return function(){
        beforefn.apply( this, arguments ); // (1)
        return __self.apply( this, arguments ); // (2)
    }
}

从这段代码的(1)处和(2)处可以看到,beforefn和原函数__self共用一组参数列表arguments,当我们在beforefn的函数体内改变
arguments的时候,原函数__self接收的参数列表自然也会变化。

下面的例子展示了如何通过Function.prototype.before方法给函数func的参数param动态地添加属性b:

var func = function( param ){
    console.log( param ); // 输出: {a: "a", b: "b"}
}
func = func.before( function( param ){
    param.b = 'b';
});
func( {a: 'a'} );

现在有一个用于发起ajax请求的函数,这个函数负责项目中所有的ajax异步请求:

var ajax = function( type, url, param ){
    console.dir(param);
    // 发送ajax请求的代码略
};
ajax( 'get', 'http:// xxx.com/userinfo', { name: 'sven' } );

上面的伪代码表示向后台cgi发起一个请求来获取用户信息,传递给cgi的参数是{ name: ‘sven’ }。

ajax函数在项目中一直运转良好,跟cgi的合作也很愉快。直到有一天,我们的网站遭受了CSRF攻击。解决CSRF攻击最简单的一个办法就是在HTTP请求中带上一个Token参数。

假设我们已经有一个用于生成Token的函数

var getToken = function(){
    return 'Token';
}

现在的任务是给每个ajax请求都加上Token参数:

var ajax = function( type, url, param ){
    param = param || {};
    Param.Token = getToken(); // 发送ajax请求的代码略...
};

虽然已经解决了问题,但我们的ajax函数相对变得僵硬了,每个从ajax函数里发出的请求都自动带上了Token参数,虽然在现在的项目中没有什么问题,但如果将来把这个函数移植到其他项目上,或者把它放到一个开源库中供其他人使用,Token参数都将是多余的。

也许另一个项目不需要验证Token,或者是Token的生成方式不同,无论是哪种情况,都必须重新修改ajax函数。

为了解决这个问题,先把ajax函数还原成一个干净的函数:

var ajax= function( type, url, param ){
    console.log(param); // 发送ajax请求的代码略
};

然后把Token参数通过Function.prototyte.before装饰到ajax函数的参数param对象中:

var getToken = function(){
    return 'Token';
}
ajax = ajax.before(function( type, url, param ){
    param.Token = getToken();
});
ajax( 'get', 'http:// xxx.com/userinfo', { name: 'sven' } );

从ajax函数打印的log可以看到,Token参数已经被附加到了ajax请求的参数中:

{name: "sven", Token: "Token"}

明显可以看到,用AOP的方式给ajax函数动态装饰上Token参数,保证了ajax函数是一个相对纯净的函数,提高了ajax函数的可复用性,它在被迁往其他项目的时候,不需要做任何修改。

区分装饰者模式和代理模式

装饰者模式和代理模式的结构看起来非常相像,这两种模式都描述了怎样为对象提供一定程度上的间接引用,它们的实现部分都保留了对另外一个对象的引用,并且向那个对象发送请求。

代理模式和装饰者模式最重要的区别在于它们的意图和设计目的。代理模式的目的是,当直接访问本体不方便或者不符合需要时,为这个本体提供一个替代者。本体定义了关键功能,而代理提供或拒绝对它的访问,或者在访问本体之前做一些额外的事情。装饰者模式的作用就是为对象动态加入行为。换句话说,代理模式强调一种关系(Proxy与它的实体之间的关系),这种关系可以静态的表达,也就是说,这种关系在一开始就可以被确定。而装饰者模式用于一开始不能确定对象的全部功能时。代理模式通常只有一层代理-本体的引用,而装饰者模式经常会形成一条长长的装饰链。

在虚拟代理实现图片预加载的例子中,本体负责设置img节点的src,代理则提供了预加载的功能,这看起来也是“加入行为”的一种方式,但这种加入行为的方式和装饰者模式的偏重点是不一样的。装饰者模式是实实在在的为对象增加新的职责和行为,而代理做的事情还是跟本体一样,最终都是设置src。但代理可以加入一些“聪明”的功能,比如在图片真正加载好之前,先使用一张占位的loading图片反馈给客户。

结语

通过数据上报、统计函数的执行时间、动态改变函数参数例子,我们了解了装饰函数,它是JavaScript中独特的装饰者模式。这种模式在实际开发中非常有用,除了上面提到的例子,它在框架开发中也十分有用。作为框架作者,我们希望框架里的函数提供的是一些稳定而方便移植的功能,那些个性化的功能可以在框架之外动态装饰上去,这可以避免为了让框架拥有更多的功能,而去使用
一些if、else语句预测用户的实际需要。

本文链接http://element-ui.cn/news/show-445090.aspx