Node.js 中需要了解的 5 种设计模式
通过多个知识资源学习了关于 Node.js 中流行的设计和架构模式。我的主要目标在于服务器端（后端），但在学习过程中，我发现了很多与浏览器端（前端）框架相似之处。其中一些模式甚至直接应用在前端框架中，这让我感到非常高兴，因为我已经在使用它们了，只是当时并不知道它们的存在。
以下是五个我认为值得深入探讨的设计模式。
一. 设计模式是什么？
设计模式是经过验证并经过实战考验的解决方案，用来解决我们作为开发者每天遇到的问题。这些模式有助于促进最佳实践，并在设计和开发软件架构时实现结构化的解决问题方法。通过使用这些模式，软件工程师可以开发出可维护、安全且稳定的系统。
由于 Node.js 的灵活性，它并没有强制你遵循某些特定的模式，而是给了你选择所需模式的自由。这也是我认为它今天如此广泛使用的原因之一（顺便说一句，还得感谢 JavaScript :D）。
二. 五个流行的 Node.js 设计模式
下面，你将看到五个我挑选出来的设计模式。
1. 单例模式
单例模式的核心在于类只能有一个实例，并提供全局访问点。在 Node.js 中，模块可以被缓存并在整个应用中共享，这有助于提高资源效率。一个常见的单例模式例子是用于连接第三方服务（如数据库、缓存服务、邮件提供商等）的模块，在 Nest.js 框架中广泛使用。让我们来看一下示例：
// 创建 Redis 模块
class Redis {
// 构造函数初始化连接状态
constructor() {
this.connection = null;
}
// 获取单例实例
static getInstance(options) {
if (!Redis.instance) {
Redis.instance = new Redis(options);
}
return Redis.instance;
}
// 连接 Redis
connect() {
this.connection = 'Redis connected';
}
}
然后我们可以这样使用它：
// 获取单例实例
const redisOne = Redis.getInstance();
const redisTwo = Redis.getInstance();
// 检查两个实例是否相同
console.log(redisOne === redisTwo); // 输出为 true
// 连接 Redis
redisOne.connect();
// 输出连接状态
console.log(redisOne.connection); // 'Redis connected'
console.log(redisTwo.connection); // 'Redis connected'
这种方法确保只有一个 Redis 连接，并防止了重复连接。
2. 工厂模式
工厂模式允许你在不指定具体对象类的情况下创建新对象。通过这种方式，我们抽象了对象创建的过程，有助于提高代码的可读性和重用性：
// 定义角色基类
class Character {
constructor(type, health) {
this.type = type;
this.health = health;
}
}
// 创建角色工厂类
class CharacterFactory {
createCharacter(name) {
switch(name) {
case 'mage':
return new Character('Powerful Mage', 8);
case 'warrior':
return new Character('Courageous Warrior', 10);
case 'rogue':
return new Character('Sneaky Rogue', 9);
default:
return new Error('Unknown character');
}
}
}
然后我们可以这样使用它：
// 创建工厂实例
const characterFactory = new CharacterFactory();
// 创建角色
const mage = characterFactory.createCharacter('mage');
const warrior = characterFactory.createCharacter('warrior');
// 输出角色类型
console.log(mage.type); // Powerful Mage
console.log(warrior.type); // Courageous Warrior
这种方法允许工厂的使用者使用工厂代码，而不是直接使用 Character 类的构造函数。
3. 观察者模式
观察者模式通过一个实体来管理依赖元素列表（观察者），并在状态发生变化时通知它们。此模式在 Vue.js 框架中广泛使用，其实现如下：
// 创建主题类
class Topic {
constructor() {
this.observers = [];
}
// 订阅观察者
subscribe(observer) {
this.observers.push(observer);
}
// 取消订阅观察者
unsubscribe(observer) {
this.observers = this.observers.filter(o => o !== observer);
}
// 通知观察者
notify(data) {
this.observers.forEach(o => o.update(data));
}
}
// 创建观察者类
class Observer {
constructor(name) {
this.name = name;
}
// 更新数据
update(data) {
console.log(`${this.name} received ${data}`);
}
}
然后你可以这样使用它：
// 创建主题实例
const topic = new Topic();
// 创建观察者实例
const observer1 = new Observer('Observer 1');
const observer2 = new Observer('Observer 2');
// 订阅观察者
topic.subscribe(observer1);
topic.subscribe(observer2);
// 通知观察者
topic.notify('Hello World');
// 输出：
// Observer 1 received Hello World
// Observer 2 received Hello World
// 取消订阅观察者
topic.unsubscribe(observer2);
// 再次通知观察者
topic.notify('Hello Again');
// 输出：
// Observer 1 received Hello Again
此模式非常适合事件处理和异步工作流，允许在不耦合发布者和订阅者的情况下更新多个对象。
4. 装饰者模式
装饰者模式非常有用，它可以在不影响初始实例的情况下扩展现有功能。此模式在支持 TypeScript 的 Nest.js 框架中广泛应用，但在普通 Node.js 中也可以这样实现：
// 创建角色类
class Character {
constructor() {
this.endurance = 10;
}
// 获取耐力值
getEndurance() {
return this.endurance;
}
}
// 创建角色行为类
class CharacterActions {
constructor(character) {
this.character = character;
}
// 攻击操作
attack() {
this.character.endurance -= 2;
}
// 休息操作
rest() {
this.character.endurance += 1;
}
}
然后它可以这样使用：
// 创建角色实例
const character = new Character();
// 输出初始耐力值
console.log(character.getEndurance()); // 10
// 创建带有动作的角色实例
const characterWithActions = new CharacterActions(character);
// 执行攻击和休息操作
characterWithActions.attack(); // 减少耐力值
characterWithActions.rest(); // 增加耐力值
// 输出最终耐力值
console.log(characterWithActions.character.getEndurance()); // 9
通过使用此模式，我们可以轻松地扩展已有类，而不影响其核心功能。
5. 依赖注入模式
在此模式中，类或模块从外部源接收依赖项，而不是内部注册它们。这种方法允许提取系统的某些可重用元素以便于测试和维护。此模式在 Nest.js 框架中得到了广泛应用，其实现如下：
// 创建用户服务类
class UserService {
constructor(databaseService, loggerService) {
this.db = databaseService;
this.logger = loggerService;
}
// 异步获取用户信息
async getUser(userId) {
const user = await this.db.findUserById(userId);
this.logger.log(`Fetched user ${user.name}`);
return user;
}
}
然后，你可以这样使用它：
// 创建依赖项实例
const databaseService = new Database();
const loggerService = new Logger();
// 创建用户服务实例
const userService = new UserService(databaseService, loggerService);
// 获取用户信息
userService.getUser(1);
此方法允许你将系统元素抽离成独立的实体，并在需要时注入。
三. 总结
-
理解设计模式：通过学习这些设计模式，你能够更好地理解和应用 Node.js 中的最佳实践。 -
实践应用：尝试在你的项目中实施这些模式，以提高代码质量和可维护性。 -
持续学习：不断学习新的设计模式和技术，以保持你的技能与时俱进。