JavaScript设计模式——发布-订阅模式
学习曾探的 《JavaScript设计模式与开发实践》并做记录。
设计模式的定义是：在面向对象软件设计过程中针对特定问题的简洁而优雅的解决方案。
通俗一点，设计模式是在某种场合下对某个问题的一种解决方案。是给面向对象软件开发中的一些好的设计取个名字。
JavaScript设计模式——发布-订阅模式
发布-订阅模式又叫做观察者模式，它定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生变化时，所有依赖于它的对象都将得到通知。在 JavaScript 开发中，我们一般用事件模型来替代传统的发布-订阅模式。
现实中的发布-订阅模式
小明最近看上了一套房子，到了售楼处之后才被告知，楼盘的房子都被买完了。好在售楼的工作人员告诉他，不久后还有一些尾盘推出，开发商正在办理手续，办好后就可以购买了，但是具体时间还不知道。
于是小明记下来售楼处的电话，以后每天都打电话过去问是不是到了够买的时间。除了小明，还有其他人也会每天打电话问这个问题。一个星期过后，售楼工作人员决定辞职，因为厌倦了每天回答 1000 个相同内容的电话。
当然现实中没有这么笨的销售公司，实际上故事是这样的：小明离开之前，把电话号码留在了售楼处。售楼工作人员答应他，新楼盘一推出就马上发信息通知小明。小红、小强和小龙也是一样，他们的电话号码都被记在售楼处的花名册上，新楼盘推出的时候，售楼 MM 会翻开花名册，遍历上面的电话号码，依次发送一条短信来通知他们。
发布-订阅模式的作用
在刚刚的例子中，发送短信通知就是一个典型的发布-订阅模式，购买者就是订阅者，他们订阅了房子开售的消息。售楼处作为发布者，会在合适的时候遍历花名册上的电话号码，依次给购房者发布消息。
可以发现，在这个例子中使用发布-订阅模式有着显而易见的优点。
- '购房者不用再天天给售楼处打电话咨询开售时间，在合适的时间点，售楼处作为发布者会通知这些消息订阅者'
- '购房者和售楼处之间不再强耦合在一起，当有新的购房者出现时，他只需把手机号码留在售楼处，售楼处不关心购房者的任何情况，不管购房者是男是女还是一只猴子。 而售楼处的任何变动也不会影响购买者，比如售楼 MM 离职，售楼处从一楼搬到二楼，这些改变都跟购房者无关，只要售楼处记得发短信这件事情。'
第一点说明这个模式可以广泛应用于异步编程中，这是一种替代回调函数的方案。比如，我们订阅 ajax 请求的 error, succ 等事件。或者如果想在动画的每一帧完成之后做一些事情，那我们可以订阅一个事件，然后在动画的每一帧完成之后发布这个事件。在异步编程中使用发布-订阅模式，我们就无需过多关注对象在异步运行期间的内部状态，而只需要订阅感兴趣的事件发生点。
第二点说明这个模式可以取代对象之间硬编码的通知机制，一个对象不用显式地调用另一个对象的某个接口。这个模式让两个对象松耦合地联系在一起，虽然不太清除彼此的细节，但这部影响它们之间的互相通信。当有新的订阅者出现时，发布者的代码不需要任何修改，同样发布者需要改变时，也不会影响到之前的订阅者。只要之前的约定的事件没有变化，就可以自由改变它们。
DOM 事件
实际上，只要我们曾经在 DOM 节点上面绑定过事件函数，我们就曾经使用过 发布-订阅模式，来看看下面的代码
document.body.addEventListener('click', function() {
console.log(2);
}, false)
document.body.click(); // 模拟用户点击
在这里需要监控用户点击 document.body 的动作，但是我们没有办法预知用户将在什么时候点击。所以我们订阅 document.body 上的 click 事件，当 body 节点被点击的时候，body 节点便会向订阅者发布这个消息。这很像购房的例子，购房者不知道房子什么时候开始出售，于是他在订阅消息后等待售楼处发布消息。
当然我们还可以随意增加或者是删除订阅者，增加订阅者不会影响发布者代码的编写：
document.body.addEventListener('click', function() {
console.log(2);
}, false)
document.body.addEventListener('click', function() {
console.log(3);
}, false)
document.body.addEventListener('click', function() {
console.log(4);
}, false)
document.body.click(); // 模拟用户点击
注意，手动触发事件更好的做法是 IE 下用 fireEvent，标准浏览器下用 dispatchEvent 实现。
自定义事件
除了 DOM 事件，我们还经常实现一些自定义的事件，这种依靠自定义事件完成的发布-订阅模式可以用于任何 JavaScript 代码中。
看看如何实现发布-订阅模式
- '首先要指定好谁充当发布者（例如售楼处）'
- '然后给发布者添加一个缓存列表，用于存放回调函数以便于通知订阅者（售楼处的花名册）'
- '最后发布消息的时候，发布者会遍历这个缓存列表，依次触发里面存放的订阅者的回调函数（遍历花名册，挨个发短信）'
另外，我们还可以往回调函数里面填入一些参数，订阅者可以接受这些参数。这很有必要，比如售楼处可以在发送给订阅者的短信里面添加上房子的单价、面积等等消息，订阅者可以接受这些消息后进行各自的处理：
var salesOffices = {}; // 定义售楼处
salesOffices.clientList = []; // 缓存列表，存放订阅者的回调函数
salesOffices.listen = function(fn) { // 增加订阅者
this.clientList.push(fn); // 订阅的消息添加进缓存列表
}
salesOffices.trigger = function() { // 发布消息
for (var i = 0, fn; fn = this.clientList[i++];) {
fn.apply(this, arguments); // arguments 是发布消息时带上的参数
}
}
// 测试
salesOffices.listen(function(price, squareMeter) { // 小明订阅消息
console.log('价格=', price);
console.log('squareMeter=', squareMeter);
});
salesOffices.listen(function(price, squareMeter) { // 小红订阅消息
console.log('价格=', price);
console.log('squareMeter=', squareMeter);
});
salesOffices.trigger(20000, 88);
salesOffices.trigger(30000, 100);
至此，实现了一个简单的发布-订阅模式，但这里还存在一些问题，我们看到订阅者接收到了发布者发布的每个消息，虽然小明只想买88平方的，但是发布者也把100平方的消息推给了他。这对小明来说是不小的困扰。我们可以通过增加一个 标识 key 让订阅者只订阅自己感兴趣的消息。
var salesOffices = {}; // 定义售楼处
salesOffices.clientList = {}; // 缓存列表，存放订阅者的回调函数
salesOffices.listen = function(key, fn) { // 如果还没有订阅此类消息，给此类消息创建一个缓存列表
if (!this.clientList[key]) {
this.clientList[key] = [];
}
this.clientList[key].push(fn); // 订阅的消息添加进缓存列表
}
salesOffices.trigger = function() { // 发布消息
var key = Array.prototype.shift.call(arguments), // 取出消息类型
fns = this.clientList[key]; // 取出该消息对应的回调函数集合
if (!fns || fns.length === 0) { // 如果没有订阅此消息，则返回
return false;
}
for (var i = 0, fn; fn = fns[i++];) {
fn.apply(this, arguments); // arguments 是发布消息时带上的参数
}
}
// 测试
salesOffices.listen('squareMeter88', function(price) { // 小明订阅消息
console.log('价格=', price);
});
salesOffices.listen('squareMeter100', function(price) { // 小红订阅消息
console.log('价格=', price);
});
salesOffices.trigger('squareMeter88', 20000);
salesOffices.trigger('squareMeter100', 30000);
很明显，订阅者现在可以订阅自己喜欢的事件了。
发布-订阅模式的通用实现
把 发布-订阅的功能提取出来，放在单独一个对象中内：
var event = {
clientList: [],
listen: function(key, fn) {
if (!this.clientList[key]) {
this.clientList[key] = [];
}
this.clientList[key].push(fn);
},
trigger: function() {
var key = Array.prototype.shift.call(arguments),
fns = this.clientList[key];
if (!fns || fns.length === 0) {
return false;
}
for (var i = 0, fn; fn = fns[i++];) {
fn.apply(this, arguments);
}
}
}
// 然后定义一个 installEvent 函数，这个函数可以给所有的对象都动态安装发布-订阅功能
var installEvent = function(obj) {
for (var i in event) {
obj[i] = event[i];
}
}
// 测试
var salesOffices = {};
installEvent(salesOffices);
console.log(salesOffices);
salesOffices.listen('squareMeter88', function(price) { // 小明订阅消息
console.log('价格=', price);
});
salesOffices.listen('squareMeter100', function(price) { // 小红订阅消息
console.log('价格=', price);
});
salesOffices.trigger('squareMeter88', 20000);
salesOffices.trigger('squareMeter100', 30000);
取消订阅的事件
给 event 对象 增加一个 remove 方法：
var event = {
clientList: [],
listen: function(key, fn) {
if (!this.clientList[key]) {
this.clientList[key] = [];
}
this.clientList[key].push(fn);
},
trigger: function() {
var key = Array.prototype.shift.call(arguments),
fns = this.clientList[key];
if (!fns || fns.length === 0) {
return false;
}
for (var i = 0, fn; fn = fns[i++];) {
fn.apply(this, arguments);
}
},
remove: function(key, fn) {
var fns = this.clientList[key];
if (!fns) { // 如果 key 对应的 消息没有被人订阅，则直接返回
return false;
}
if (!fn) { // 如果没有传入具体的回调函数，表示需要取消 key 对应消息的所有订阅
fns && (fns.length = 0);
} else {
for (var l = fns.length - 1; l >= 0; l--) { // 反向遍历订阅的回调函数列表
var _fn = fns[l];
if (_fn === fn) {
fns.splice(l, 1); // 删除订阅者的回调函数
}
}
}
}
}
// 然后定义一个 installEvent 函数，这个函数可以给所有的对象都动态安装发布-订阅功能
var installEvent = function(obj) {
for (var i in event) {
obj[i] = event[i];
}
}
// 测试
var salesOffices = {};
installEvent(salesOffices);
salesOffices.listen('squareMeter88', fn1 = function(price) { // 小明订阅消息
console.log('价格=', price);
});
salesOffices.listen('squareMeter100', fn2 = function(price) { // 小红订阅消息
console.log('价格=', price);
});
salesOffices.remove('squareMeter88', fn1); // 删除小明订阅
salesOffices.trigger('squareMeter88', 20000); // 没有输出
salesOffices.trigger('squareMeter100', 30000);
真实的例子——网络登录
假如我们正在开发一个商城网站，网站里有 header 头部、nav 导航、消息列表、购物车等模块。这几个模块的渲染有一个共同的前提条件，就是必须先用 ajax 异步请求获取用户的登录信息。比如用户的名字和头像要显示在 header 模块里，而这两个字段都来自用户登录后返回的信息。
至于 ajax 请求什么时候能成功返回用户信息，这点我们没有办法确定。现在的情节看起来像极了售楼处的例子，小明不知道什么时候开发商的售楼手续能够成功办下来
但现在还不足以说服我们在此使用发布—订阅模式，因为异步的问题通常也可以用回调函数来解决。更重要的一点是，我们不知道除了 header 头部、nav 导航、消息列表、购物车之外，将来还有哪些模块需要使用这些用户信息。如果它们和用户信息模块产生了强耦合，比如下面这样的形式：
login.succ(function(data) {
header.setAvatar(data.avatar); // 设置 header 模块的头像
nav.setAvatar(data.avatar); // 设置导航模块的头像
message.refresh(); // 刷新消息列表
cart.refresh(); // 刷新购物车列表
});
现在登录模块是我们负责编写的，但我们还必须了解 header 模块里设置头像的方法叫setAvatar、购物车模块里刷新的方法叫 refresh，这种耦合性会使程序变得僵硬，header 模块不能随意再改变 setAvatar 的方法名，它自身的名字也不能被改为 header1、header2。 这是针对具体实现编程的典型例子，针对具体实现编程是不被赞同的。
等到有一天，项目中又新增了一个收货地址管理的模块，这个模块本来是另一个同事所写的。但是他却不得不给你打电话：“Hi，登录之后麻烦刷新一下收货地址列表。”于是你又翻开你 3 个月前写的登录模块，在最后部分加上这行代码：
login.succ(function(data) {
header.setAvatar(data.avatar); // 设置 header 模块的头像
nav.setAvatar(data.avatar); // 设置导航模块的头像
message.refresh(); // 刷新消息列表
cart.refresh(); // 刷新购物车列表
address.refresh(); // 增加的代码
});
我们就会越来越疲于应付这些突如其来的业务要求，要么跳槽了事，要么必须来重构这些代码。
用发布-订阅模式重写之后，对用户消息感兴趣的业务模块进行自定订阅登录成功的消息事件。当登录成功后，登录模块只需要发布登录成功的消息，而业务放接受到消息之后，就会开始进行各自的业务处理，登录模块并不关心业务方究竟需要什么，也不想去了解它的内部细节。改善后的代码：
$.ajax('http://laibh.top?login', function(data) {
login.trigger('loginSucc', data); // 发布登录成功的消息
});
// 各自模块监听登录成功的消息
var header = (function() {
login.listen('loginSucc', function(data) {
header.setAvatar(data.avatar);
});
return {
setAvatar: function(avatar) {
console.log('设置 header 模块的头像');
}
}
})();
var nav = (function() {
login.listen('loginSucc', function(data) {
nav.setAvatar(data.avatar);
});
return {
setAvatar: function(avatar) {
console.log('设置 nav 模块的头像');
}
}
})()
如上所述，我们随时可以把 setAvatar 的方法改成其他的，如果有天登录完成之后，又增加一个刷新收货地址列表的行为，那么只要在收货地址模块里面加上监听消息的方法就可以了。而这可以让开发该模块的同事自己完成，作为登录模块的开发者，永远不用再关心这些行为了。
var address = (function() {
login.listen('loginSucc', function(obj) {
address.refresh(obj);
});
return {
refresh: function(avatar) {
console.log('刷新收货地址列表');
}
}
})()
全局的发布-订阅对象
会想刚刚实现的发布-订阅模式，我们给售楼对象和登录对象都添加了订阅和发布的功能。其实这里还有两个小问题：
- '我们给每一个发布者对象都添加了 listen 和 trigger 方法，以及一个缓存对象 clientList ，这里其实是一种资源浪费。'
- '小明跟售楼处对象还是存在一定的耦合性，小明至少要知道售楼处对象的名字是 salesOffices 才能顺利的订阅到事件'
salesOffice.listen('squareMeter100', function(price) {
console.log('价格：', price);
});
如果小明还关心300平方米的房子，而这套房子的卖家是 salesOffices2 ，这意味着小明要开始订阅 salesOffices2 对象：
salesOffice2.listen('squareMeter300', function(price) {
console.log('价格：', price);
});
其实在现实中，买房子未必要去到售楼处，我们只要把订阅消息的请求转交给中介公司，而各大房产公司也只需要通过中介公司来发布房子消息。这样一来，我们就不用关心消息是来自哪个房产公司，我们在意的是是否能够顺利收到消息。当然，为了保证订阅者和发布者能顺利通信，订阅者和发布者都必须知道这个中介公司。
同样在程序 中，发布-订阅模式可以用一个全局的 Event 对象来实现，订阅者不需要了解消息来自哪个发布者，发布者也不知道消息会推送哪个订阅者，Event 作为一个类似“中介者”的角色，把订阅者和发布者联系起来。
var Event = (function() {
var clientList = {},
listen,
tigger,
remove;
listen = function(key, fn) {
if (!clientList[key]) {
clientList[key] = []
}
clientList[key].push(fn);
};
trigger = function() {
var key = Array.prototype.shift.call(arguments),
fns = clientList[key];
if (!fns || fns.length === 0) {
return false
}
for (var i = 0, fn; fn = fns[i++];) {
fn.apply(this, arguments);
}
};
remove = function(key, fn) {
var fns = clientList[key];
if (!fns) {
return false
}
if (!fn) {
fns && (fns.length = 0)
} else {
for (var l = fns.length - 1; l >= 0; l--) {
var _fn = fns[l];
if (_fn === fn) {
fns.splice(l, 1);
}
}
}
};
return {
listen: listen,
trigger: trigger,
remove: remove,
}
})();
Event.listen('squareMeter88', function(price) { // 订阅消息
console.log('价格：', price);
});
Event.trigger('squareMeter88', 200000); /// 售楼处发布消息
模块间通信
上面的实现发布-订阅模式的实现，是基于一个全局的 Event 对象，我们利用它可以在两个封装良好的模块中通信，这两个模块可以完全不知道对方的存在。就如同有了中介公司一样，我们不再需要房子出售的消息来自哪个售楼处。
比如现在有两个模块，a模块中有一个按钮，每次点击按钮之后，b模块中的 div 中会显示按钮的总点击次数，我们用全局的发布-订阅模式完成下面的代码，使得 a 模块和 b 模块可以在保持封装性的前提下进行通信：
<button id="count">点我</button>
<div id="show"></div>
var a = (function() {
var count = 0;
var button = document.getElementById('count');
button.onClick = function() {
Event.trigger('add', count++);
}
})()
var b = (function() {
var div = document.getElementById('show');
Event.listen('add', function(count) {
div.innerHTML = count;
});
})()
但是在这里我们要留意另一个问题，模块之间用了太多的全部发布-订阅模式来通信，那么模块与模块之间的联系就被隐藏到了背后。我们最终会搞不清楚消息来自哪个模块，或者消息会流向哪些模块，这又会给我们的维护带来一些麻烦，也许某个模块的作用就是暴露一些接口给其他模块调用。
必须先订阅再发布吗
我们所了解的发布-订阅模式，都是订阅者必须先订阅一个消息，随后才能接受到发布者发布的消息，如果把顺序反过来，发布者先发布一条消息，而在此之前没有对象来订阅它，这条消息无疑将消失在宇宙中。
在某些情况下，我们需要先将这条消息保存下来，等到有对象来订阅它的时候，再重新把消息发布给订阅者。就同 QQ 消息中的离线消息一样，离线消息被保存在服务器中，接收人不下次登录上线之后，可以重新接受这条消息。这种需求在实际项目中是存在的，比如在之前的商城网站中，获取到用户消息之后才能渲染用户导航模块，而获取用户消息的操作是一个 ajax 异步请求，当 ajax 请求成功返回之后会发布一个事件，在此之前订阅了 这个事件的用户导航模块可以接收这些用户信息。
但是这只是理想的状况，因为异步的原因，我们不能保证 ajax 请求返回的时间，有时候它返回得比较快，而此时用户导航模块的代码还没有加载好（还没有订阅对应的事件），特别是在用了一些模块化惰性加载的技术后，这是很有可能发生的事情。也许我们还需要一个方案，使得我们的发布-订阅模式拥有先发布后订阅的功能。
为了满足这个需求，我们要建立一个存放离线事件的堆栈，当事件发布的时候，如果此时还没有订阅者来订阅这个事件，我们暂时把发布事件的动作包裹在一个函数里面，这些包装函数将被存入堆栈中，等到终于有对象来订阅此事件的时候，我们将遍历堆栈并且依次执行这些包装函数，也就是重新发布里面的事件。当然离线事件的生命周期只有一次，就像QQ 的未读消息只会重新阅读一次，所以刚才的操作我们只能进行一次。
全局事件的命名冲突
全局的发布-订阅对象里只有一个 clientList 来存放消息名和回调函数，大家都通过它来订阅和发布各种消息，久而久之，难免会出现事件名冲突的情况，所以我们还可以给 Event 对象提供创建命名空间的功能。
在提供代码之前，先感受一下怎么使用这两个新增的功能
// 先发布后订阅
Event.trigger('click', 1);
Event.listen('click', function(a) {
console.log(a); // 输出：1
});
// 使用命名空间
Event.create('namespace1').listen('click', function(a) {
console.log(a); // 1
});
Event.create('namespace1').trigger('click', 1);
Event.create('namespace2').listen('click', function(a) {
console.log(a); // 1
});
Event.create('namespace2').trigger('click', 2);
// 具体的实现代码
var Event = (function() {
var global = this,
Event,
_default = 'default';
Event = function() {
var _listen,
_trigger,
_remove,
_slice = Array.prototype.slice,
_shift = Array.prototype.shift,
_unshift = Array.prototype.unshift,
namespaceCache = {},
_create,
find,
each = function(ary, fn) {
var ret;
for (var i = 0, l = ary.length; i < l; i++) {
var n = ary[i];
ret = fn.call(n, i, n);
}
return ret;
};
_listen = function(key, fn, cache) {
if (!cache[key]) {
cache[key] = [];
}
cache[key].push(fn);
};
_trigger = function() {
var cache = _shift.call(arguments),
key = _shift.call(arguments),
args = arguments,
_self = this,
ret,
stack = cache[key];
if (!stack || !stack.length) {
return;
}
return each(stack, function() {
return this.apply(_self, args);
});
};
_remove = function(key, cache, fn) {
if (cache[key]) {
if (fn) {
for (var i = cache[key].length; i >= 0; i--) {
if (cache[key][i] === fn) {
cache[key].splice(i, 1);
}
}
} else {
cache[key] = [];
}
}
};
_create = function(namespace) {
var namespace = namespace || _default;
var cache = {},
offlineStack = [], // 离线事件
ret = {
listen: function(key, fn, last) {
_listen(key, fn, cache);
if (offlineStack === null) {
return;
}
if (last === 'last') {
offlineStack.length && offlineStack.pop()();
} else {
each(offlineStack, function() {
this();
});
}
offlineStack = null;
},
one: function(key, fn, last) {
_remove(key, cache);
this.listen(key, fn, last);
},
remove: function(key, fn) {
_remove(key, cache, fn);
},
trigger: function() {
var fn,
args,
_self = this;
_unshift.call(arguments, cache);
args = arguments;
fn = function() {
return _trigger.apply(_self, args);
};
if (offlineStack) {
return offlineStack.push(fn);
}
return fn();
}
};
return namespace ? (namespaceCache[namespace] ? namespaceCache[namespace] : namespaceCache[namespace] = ret) : ret;
};
return {
create: _create,
one: function(key, fn, last) {
var event = this.create();
event.one(key, fn, last);
},
remove: function(key, fn) {
var evnet = this.create();
event.remove(key, fn);
},
listen: function(key, fn, last) {
var event = this.create();
event.listen(key, fn, last);
},
trigger: function() {
var event = this.create();
event.trigger.apply(this, arguments);
}
};
}();
return Event;
})()
JavaScript 实现的发布-订阅模式的便利性
在 JAVA 中实现一个自己的发布-订阅模式，通常会把订阅者对象自身当做引用传入发布者对象中，同时订阅者对象还需要提供一个名为诸如 update 的方法，供发布者对象在适合的时候调用。而在 JavaScript 中，我们用注册回调函数的形式来替代传统的发布-订阅模式，显得更加优雅和简单。
另外，在 JavaScript 中无需选择去使用推模型还是拉模型，推模型是指在事件发生时，发布者一次性把所有更改的状态和数据都推送给订阅者。拉模型不同的是，发布者仅仅通知订阅者事件已经发生了，此外发布者要提供一些公开的接口供订阅者来主动拉取数据。拉模型的好处是让订阅者“按需拉取”，但同时有可能让发布者成为一个“门户大开”的对象，同时增加了代码量和复杂度。
在 JavaScript 中，arguments 可以很方便地表示参数列表，所以我们一般会选择推模型，使用 Function.prototype.apply 把所有的数据都推给订阅者。
小结
本章我们学习了发布—订阅模式，也就是常说的观察者模式。发布—订阅模式在实际开发中非常有用。
发布—订阅模式的优点非常明显，一为时间上的解耦，二为对象之间的解耦。它的应用非常广泛，既可以用在异步编程中，也可以帮助我们完成更松耦合的代码编写。发布—订阅模式还可以用来帮助实现一些别的设计模式，比如中介者模式。从架构上来看，无论是 MVC 还是 MVVM，都少不了发布—订阅模式的参与，而且 JavaScript 本身也是一门基于事件驱动的语言.
当然，发布—订阅模式也不是完全没有缺点。创建订阅者本身要消耗一定的时间和内存，而且当你订阅一个消息后，也许此消息最后都未发生，但这个订阅者会始终存在于内存中。另外，发布—订阅模式虽然可以弱化对象之间的联系，但如果过度使用的话，对象和对象之间的必要联系也将被深埋在背后，会导致程序难以跟踪维护和理解。特别是有多个发布者和订阅者嵌套到一起的时候，要跟踪一个 bug 不是件轻松的事情。