🍲 设计模式与语言的魔法锅

设计模式最终要融入任何语言。

设计模式是什么

从《人月神话》到《大教堂与集市》，许多闻名业界的作品都“低代码、高文化¹”；各种代码文化运动可以看作“造神运动”此类周日剧场。许多大佬在向人们传授代码经验之余，都喜欢尝试用文化手段（不论是哲学思想还是艺术内涵），来统一人与代码的关系。这种跨界思考的过程通常比较晦涩，诸如“面向对象”、“设计模式”这些放到现在来说我们耳熟能详的词，在过去几十年都是由行业顶尖大佬们牵头搞研究，再经过不断地实践，逐渐沉淀下来形成的标准。

设计模式是什么？

设计模式是一种标准，它描述了使用面向对象编程语言解决问题的方式。

设计模式一词发源于建筑学作品《建筑模式语言》，后被一个人们称为“四人帮”（GoF）的小组种出它在软件界开的新花。无论是建筑学还是软件学中的设计模式，相同的地方是，它们都想解决“人”和“物”的关系相关问题，并且形成了一套特定的方法论。好比人们有了灶就可以长久保存火种，用名词把晦涩难懂的抽象定义为标准，这样有利于思想传播。只要人们普遍接纳并熟知设计模式，便能畅通无阻地沟通代码的实现。当然，现实很丰满，畅快沟通有个大前提：程序设计时，大家需要使用面向对象编程语言来合作。

为什么非面向对象不可

构建大型软件不止面向对象这一条路，与面向对象相对应的还有结构化、形式化等程序设计方法。任意一种有自有优劣。面对日益复杂的软件，人们关心的重心逐步转移到软件的可重用性方面。面向对象凭借着分类、封装等天然符合人们认知规律的优势，得到快速发展，终打通需求分析、程序设计到编程语言等开发上下游工作，赢得了业界青睐。

面向对象把功能作为节点，组合为功能网格，节点间通过消息通讯以及做对应的响应。这样一来，开发在编程时不再需要直面输入输出这种数据流动的思考方式，只需要按照指令维护各个对象内部的状态即可，节点对应的代码片段也就能得到重用。

Message Passing In OO

相比子程序复用，函数复用已经是巨大的进步²。类复用相比函数复用要更加抽象，因为它保存了函数和状态的集合；而设计模式比类复用在抽象上更胜一筹：设计模式不单单直接复用某个类，而是复用整个“功能网格”，把特定问题的解决方案相关的所有节点和通讯机制全部拷贝，固化下来，命名并形成标准。设计模式其实是使用面向对象编程语言时代码复用的高级形式，是面向对象发展壮大之路的必然的产物。只要写代码，就会碰到复用性问题，四人帮偏好面向对象，所以“设计模式”只是他们用来传授的面向对象编程中的代码复用性经验的概括。换句话说，大部分情况下我们讨论的“设计模式”和“面向对象设计模式”完全等同。这也就解释了为什么非面向对象不可了。

我们讨论一个新的问题，如果过滤掉设计模式中的面向对象成分，剩下的是些啥呢？

console.log(DesignPatterns.filter(removeOO))

设计模式的本质

我们先直接删除上文关于设计模式的定义中的“面向对象”几个字，看看剩下些什么：设计模式是一种标准，它描述了~~使用面向对象编程语言~~解决问题的方式，是~~使用面向对象编程语言时~~代码复用性的高级形式，是~~面向对象~~发展壮大之路的必然的产物。

句子有些不通顺，修补之后变成了：设计模式是一种标准，它描述了编程时解决问题的特定方式，是代码复用的高级形式及发展代码复用必然的产物。

设计模式本质是什么？不言自明，它只是相关代码复用的一种抽象概念。

说到代码复用，主要关系到代码组织。从函数复用，到使用设计模式，再到使用库、框架，三种代码复用方式的主要区别在于代码组织的粒度不同。

函数复用比较简单，你可以写一个叫做 Add 的函数给两数相加，然后 Copy&Paste 到其他地方复用，或是把函数存放到 Utils.js 文件中，通过模块机制复用。为了了解如何使用某个函数，需要在使用前阅读注释。

库和框架最为复杂，它们是组织了大量函数及实体形成的巨型代码片段。开发新项目时很少会花精力自研框架，一般都引现成的轮子直接开造。使用某库或框架前，必须详细阅读文档。

设计模式则是单个或多个函数的组合（在 Java 中不是函数而是类），既可以在新项目里现写一个模式供使用，也可以引入社区现有的模块来复用。为了了解如何使用某个设计模式，需要提前了解该模式定义的实体以及实体是通讯机制。

函数、设计模式、框架间的升级关系

设计模式作为最简单的实体和函数的组合，可看作函数的升级版或是框架的缩水版；去掉设计模式中的面向对象相关内容，就只剩下了函数。

等等，“实体和实体间通讯机制”凭空消失了？

并没有。但我想让他消失。下文将从 JavaScript 入手，介绍如何把设计模式的概念映射到语言特征中。语言特征可是个好东西呀！如果你同意抽象也像复用一样有函数复用、库和框架等不同复杂度的层次的话，那我认为语言特征就是抽象的基础了。除了语言本身以外，所有抽象的建立都依赖于语言特征。把设计模式映射成语言特征后，我们就能跳出面向对象的禁锢，从新的、更高层的角度重新思考代码复用问题。

回到正题，我们从 JS 开始说起。

仿制设计模式

编程语言并不是万能的。特定语言适合用来解决特定问题³。提到 JavaScript 诸多语言特征，其优点可以用寥寥三个词概括：“原型”、“对象”、“函数”。熟练掌握了这些内容，就能在 JS 的世界中游刃有余。

《JavaScript 精粹》VS《JavaScript 权威指南》

传统面向对象语言以类封装状态，并向外暴露改变状态的方法。以下代码中的书本类为例：Book Class 保持有 name 状态，可以使用 getPrintName 方法返回包装后的 name 或使用 rename 修改 name 。

class Book {
  constructor () {
    this.name = '设计模式与JS魔法锅'
  }
  getPrintName () {
    return '《' + this.name + '》'
  }
  rename (newName) {
    this.name = newName
  }
}

放到早期版本 JS 中，想要封装变量，这不好办。早期版本的 JS 没有块级作用域，所以声明的变量会在整个代码或函数作用域中生效。为了仿制类的状态封装能力，知名布道者道格拉斯发明了一种“模块模式”⁴，即通过闭包来控制变量的访问权，代码如下：

const aBook = (() => {
  var name = '设计模式与JS魔法锅'
  function getPrintName () {
    return '《' + name + '》'
  }
  function rename (newName) {
    name = newName
  }
  return {
    getPrintName,
    rename
  }
})()

看起来，模块模式就像是语言能力不足的补充。把目光从遥远的模块模式收回到 2015 年 ES6 发布之后，JavaScript 语言特征得到增强，曾风靡一时的潮词模块模式几乎从网络中销声匿迹了。现在我们可以自由地使用类封装状态，不必再写因缺乏语义显得蹩脚的 IIFE 。

我们再来看看面向对象中的常见的装饰器模式。

假设你在维护一个开源项目，项目中有些过时的 API，你想在别人调用该 API 时提示一句“你好，此 API 将在下个版本移除”。这段代码可以这样写：

// 目前不支持给对象属性使用装饰器，所以这是一段伪代码
const myAPI = {
  @deprecate('WARN: oldAPI is decrapted, please use oldAPI_v2')
  oldAPI() {}
}

若不是装饰器提案的出现，我赌五毛，社区里不会有太多讨论装饰器模式的文章。不过大家若有留意过平常的代码，肯定会注意到其实高阶函数就是装饰器的具体实现。函数在 JS 中是一等公民，通过函数组合可以极其方便地仿制某些设计模式。比如，下代码中，使用“局部应用”函数仿制了一个工厂模式：

const Partial = (fn, ...args) => (...rest) => fn(...args, ...rest)

const Adder = (a, b) => a + b

const add5 = Partial(Adder, 5)

add5(5) // >>> 10
add5(10) // >>> 15

我猜你想咆哮：“工厂模式根本就不是这样写的！”。哈哈，别那么固执，变通一些嘛。我们现在讨论的设计模式是去除了面向对象之后的余留物，几乎只保留了设计模式的本质，复用。换句话说，Partial 是“函数工厂”，是“生成器”，“产出”了仍能接受一个参数的函数。

我用到了类吗？

没有。

用到了原型吗？

没有。

那我在写什么？

函数。

函数，函数而已！“函数是一等公民⁵”，这句话得背熟了，因为诸如“闭包”、“回调”等概念都和函数有关，~~面试经常会问道~~你迟早会用上的。若谈论设计模式脱离不开语言特征的话，那扯上函数绝对不会有任何问题。

亲函数而远类的写法可以帮助我们消化许多种类的设计模式，我们再来看最后一种，代理模式。

ES6 原生支持代理模式。对，就是 Vue3 里的那个“Proxy”，直译为“代理器”。社区有很多讲 Vue3 原理分析的文章，肯定绕不开 Proxy，这里不再赘述了。以下展示一个使用 Proxy 拦截对象操作的小例子。

/* 使用 Proxy 代理对象，禁用对象中下划线开头的属性的访问 */
const proxy = new Proxy({}, {
  set(target, key, value) {
    invariant(key, 'set')
    target[key] = value
    return true
  }
})

function invariant(key, action) {
  if (key.startsWith('_')) {
    throw new Error(`Invalid Key`)
  }
}

proxy._prop = 'somevalue'
// Error: Invalid Key

若脱离 ES 6，代理模式会变成什么？

会变成一团带有 Proxy Patterns 注释的函数，会被某个 Github 上的库吸收下放到 Readme 中亦或是变成社区中新增的几篇“JS 中的代理模式”的博客... 害，无所谓了。

设计模式的消融

总的来说，设计模式无非有三种作用：创建对象、组合对象以及处理对象的依赖。面向对象设计模式所代表的复用性，只能在面向对象的上下文中使用。跳出面向对象，你会发现代码复用的层次可以更加开放，下至语言特征，上至框架。

作为抽象的最低层级，JS 语言特征，离不开日益见新的语言规范。上文总结的设计模式与语言特征的重叠之处，可以概括为以下两点：

若语言本身孱弱时，可通过语言特征的再上层抽象，如函数，来提高复用的层次（即发明一种新的设计模式）；
当语言逐渐强大时，设计模式的概念也随之弱化；

听起来颇有些“设计模式是对语言能力不足的补充”的味道，难道说我们要开始编程语言的圣战？这让我回想起 Paul Graham 在《黑客与画家》中描写到他对“强大语言”的赤裸裸的崇拜:

如果你想解决一个困难的问题，关键不是你使用的语言是否强大，而是好几个因素同时发挥作用：
（a）使用一种强大的语言；
（b）为这个难题写一个真实世界中的编译器；
（c）或者... 你把自己变成这个难题的人肉编译器。

Paul Graham 就觉得设计模式就是一种对语言能力不足的妥协，“语言的编程能力越强大，写出来的程序就越短”。当然，就算有一种语言可以强大到和破除面向对象设计模式的神话，关于语言的表达能力强弱的争论也不会停止。不过好消息是，脱离场景谈语言一定是错误的，正如没有人会指望用汇编来编写 Web 程序。

我们没必要去追求极致的编程语言表达力，表达力和复杂度往往是正相关的，就像世界上所有的语言的法阵都会伴随着词语的演进、读音的兴替以及对错误语法的包容，但很少有人说（或敢说）“你看，白话文比起文言文来说真是不够格啊”。

脱离面向对象，我们也可以谈论设计模式，因为我们聊的就是代码复用。就算使用函数式、声明式的语言解决问题，也许有特定范式可遵循。请想象一下 CSS 中的设计模式。嗯？CSS 有设计模式么？私以为有。特异性、继承和层叠这三种语言特征就是 CSS 的设计模式；在这三种基础特性之上建立起来的各种代码组织方案/命名方案（如 OOCSS、Atomic CSS），也算。

唯一不变的，只有代码复用。我们做的一切工作，只是抽象出不同层次的代码复用。最重要的不是记住某个设计模式中的实体以及实体是如何通讯的，而是要理解该设计模式所代表的抽象的体量适合的场景。

语言的魔法锅

在威尔士神话中，有一口神奇的大锅，加入特定配方熬制上一年零一天后，便能萃取出三滴解决任何难题的灵药。

JavaScript 的火热日益见长，前端社区越加活跃，规范也日益见新。ESNeeext 已经往魔法锅中加了许多新材料，这是好事（其实我满心期待它直接把锅塞满）。新的语言特征能带来了更多的可能性，就目前而言，新特征大概率能增加语义，增强表达力、降低思维负担⁶。尽管把材料往大锅中塞吧！让我们一同祈祷萃取出灵药的一天早日到来！

以下就用魔法锅的故事作为文章结尾，这是一个颇有意思的传奇故事。

炼金术 | 维基百科

在爱尔兰一个隐秘的角落，住着一个精通智慧与魔法的巫师，凯丽杜恩（Ceridwen）。她能力超凡，偏偏却生了一个丑陋的儿子。所以这位母亲竭尽所能想将智慧传授给他，以弥补其外表的丑陋。她辗转于各种巫术与秘仪，最后，总算在一本隐秘的魔书中找到了灵感。

魔书将秘密告诉凯丽杜恩：她需要使用一口大的魔法锅，填满红山花、小麦、火盐、精灵耳、直立根和灵尘，用大火熬制上一年零一天。最终会生成一锅致命毒物，但溅出的前三滴汁液却是充满“预言之灵”的智慧灵药。

很快，熬制魔法锅的工作在凯丽杜恩的安排下有条不紊地进行，一个名字未知的盲人被派来搅拌大锅，年轻人巴赫则负责烧它下面的火。

星象在天空中咯咯响地平移着，太阳和月亮绕着地球转了一轮又一轮... 随着时间推移，锅中的草药效力变得越来越强。看着咕嘟嘟冒着气泡的大锅，凯丽杜恩觉得很是满意，她便躺在温暖的锅边睡着了。

就在此时，意外发生了。翻腾着热气的大锅，意外地溅出了几点液体在年轻人巴赫的手指上，而巴赫居然不假思索地将手指吮吸地干干净净。和魔书的预言一样，巴赫立马就获得了智慧。他瞬间通晓了火焰的舞蹈和水的诉说，山的尊严和风的呢喃... 他知晓了无数秘密，以及... 凯丽杜恩肯定会杀了他！

慌乱中，巴赫变成一只野兔夺路而逃，而凯丽杜恩惊醒后赶忙变成猎犬一路追踪过去。巴赫变成天空中的鸽子，她就变成一只鹰；他变成一头奔跑的鹿，她就变成一只草原上的狼；他化身为谷仓中的一粒麦粒，她就变成一只啄个不停老母鸡...

这两人也许一直较量着，直到今天。