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。

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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

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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:

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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:

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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。

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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:

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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:

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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:

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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:

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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:

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$.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。

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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
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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:

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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。

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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:

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<button id="count">点我</button>
<div id="show"></div>
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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

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// 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。

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