如果面試官讓你講講發布訂閱設計模式？

作者： DYBOY 2021-08-02 17:21:08

發布訂閱設計模式在程序中經常涉及，例如 Vue 中的 $on 和 $off、document.addEventListener()、document.removeEventListener()等，發布訂閱模式可以降低程序的耦合度，統一管理維護消息、處理事件也使得程序更容易維護和擴展。

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本文轉載自微信公眾號「DYBOY」，作者DYBOY。轉載本文請聯系DYBOY公眾號。

有小伙伴問，該如何學習設計模式，設計模式本身是一些問題場景的抽象解決方案，死記硬背肯定不行，無異于搭建空中樓閣，所以得結合實際，從解決問題角度去思考、舉一反三，如此便能更輕松掌握知識點。

最近在程序中使用到了 eventEmitter3 這個事件發布訂閱庫，該庫可用于組件之間的通信管理，通過簡單的 Readme 文檔可學會如何使用，但同時了解這個庫的設計也有助于大家了解認識發布訂閱設計模式，不妨一起來看看。

一、定義

在軟件架構中，發布訂閱是一種消息范式，消息的發送者(稱為發布者)不會將消息直接發送給特定的接收者(稱為訂閱者)，而是將發布的消息分為不同的類別，無需了解哪些訂閱者(如果有的話)可能存在。同樣的，訂閱者可以表達對一個或多個類別的興趣，只接收感興趣的消息，無需了解哪些發布者(如果有的話)存在。

類比一個很好理解的例子，例如微信公眾號，你關注(理解為訂閱)了“DYBOY”公眾號，當該公眾號發布了新文章，微信就會通知你，而不會通知其他為訂閱公眾號的人，另外你還可以訂閱多個公眾號。

放到程序的組件中，多個組件的通信除了父子組件傳值外，還有例如 redux、vuex 狀態管理，另外就是本文所說的發布訂閱模式，可以通過一個事件中心來實現。

發布訂閱模式

二、手搓一個發布訂閱事件中心

“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，所以根據定義，我們嘗試實現一個JavaScript版本的發布訂閱事件中心，看看會遇到哪些問題?

2.1 基本結構版

首先實現的 DiyEventEmitter 如下：

/** 
 * 事件發布訂閱中心 
 */ 
class DiyEventEmitter { 
  static instance: DiyEventEmitter; 
  private _eventsMap: Map<string, Array<() => void>>; 
 
  static getInstance() { 
    if (!DiyEventEmitter.instance) { 
      DiyEventEmitter.instance = new DiyEventEmitter(); 
    } 
    return DiyEventEmitter.instance; 
  } 
 
  constructor() { 
    this._eventsMap = new Map(); // 事件名與回調函數的映射Map 
  } 
 
  /** 
   * 事件訂閱 
   * 
   * @param eventName 事件名 
   * @param eventFnCallback 事件發生時的回調函數 
   */ 
  public on(eventName: string, eventFnCallback: () => void) { 
    const newArr = this._eventsMap.get(eventName) || []; 
    newArr.push(eventFnCallback); 
    this._eventsMap.set(eventName, newArr); 
  } 
 
  /** 
   * 取消訂閱 
   * 
   * @param eventName 事件名 
   * @param eventFnCallback 事件發生時的回調函數 
   */ 
  public off(eventName: string, eventFnCallback?: () => void) { 
    if (!eventFnCallback) { 
      this._eventsMap.delete(eventName); 
      return; 
    } 
 
    const newArr = this._eventsMap.get(eventName) || []; 
    for (let i = newArr.length - 1; i >= 0; i--) { 
      if (newArr[i] === eventFnCallback) { 
        newArr.splice(i, 1); 
      } 
    } 
    this._eventsMap.set(eventName, newArr); 
  } 
 
  /** 
   * 主動通知并執行注冊的回調函數 
   * 
   * @param eventName 事件名 
   */ 
  public emit(eventName: string) { 
    const fns = this._eventsMap.get(eventName) || []; 
    fns.forEach(fn => fn()); 
  } 
} 
 
export default DiyEventEmitter.getInstance();

導出的 DiyEventEmitter 是一個“單例”，保證在全局中只有唯一“事件中心”實例，使用時候直接可使用公共方法

import e from "./DiyEventEmitter"; 
 
const subscribeFn = () => { 
  console.log("DYBOY訂閱收到了消息"); 
}; 
const subscribeFn2 = () => { 
  console.log("DYBOY第二個訂閱收到了消息"); 
}; 
 
// 訂閱 
e.on("dyboy", subscribeFn); 
e.on("dyboy", subscribeFn2); 
 
// 發布消息 
e.emit("dyboy"); 
 
// 取消第一個訂閱消息的綁定 
e.off("dyboy", subscribeFn); 
 
// 第二次發布消息 
e.emit("dyboy");

輸出 console 結果：

DYBOY訂閱收到了消息 
第二個訂閱的消息 
第二個訂閱的消息

那么第一版的支持訂閱、發布、取消的“發布訂閱事件中心”就OK了。

2.2 支持只訂閱一次once方法

在一些場景下，某些事件訂閱可能只需要執行一次，后續的通知將不再響應。

實現的思路：新增 once 訂閱方法，當響應了對應“發布者消息”，則主動取消訂閱當前執行的回調函數。

為此新增類型，如此便于回調函數的描述信息擴展：

type SingleEvent = { 
  fn: () => void; 
  once: boolean; 
};

_eventsMap的類型更改為：

private _eventsMap: Map<string, Array<SingleEvent>>;

同時抽出公共方法 addListener，供 on 和 once 方法共用：

private addListener( eventName: string, eventFnCallback: () => void, once = false) { 
  const newArr = this._eventsMap.get(eventName) || []; 
  newArr.push({ 
    fn: eventFnCallback, 
    once, 
  }); 
  this._eventsMap.set(eventName, newArr); 
} 
 
/** 
 * 事件訂閱 
 * 
 * @param eventName 事件名 
 * @param eventFnCallback 事件發生時的回調函數 
 */ 
public on(eventName: string, eventFnCallback: () => void) { 
  this.addListener(eventName, eventFnCallback); 
} 
 
/** 
 * 事件訂閱一次 
 * 
 * @param eventName 事件名 
 * @param eventFnCallback 事件發生時的回調函數 
 */ 
public once(eventName: string, eventFnCallback: () => void) { 
  this.addListener(eventName, eventFnCallback, true); 
}

與此同時，我們需要考慮在觸發事件時候，執行一次就需要取消訂閱

/** 
 * 觸發：主動通知并執行注冊的回調函數 
 * 
 * @param eventName 事件名 
 */ 
public emit(eventName: string) { 
  const fns = this._eventsMap.get(eventName) || []; 
  fns.forEach((evt, index) => { 
    evt.fn(); 
    if (evt.once) fns.splice(index, 1); 
  }); 
  this._eventsMap.set(eventName, fns); 
}

另外取消訂閱中函數中比較需要替換對象屬性比較：newArr[i].fn === eventFnCallback

這樣我們的事件中心支持 once 方法改造就完成了。

2.3 緩存發布消息

在框架開發下，通常會使用異步按需加載組件，如果發布者組件先發布了消息，但是異步組件還未加載完成(完成訂閱注冊)，那么發布者的這條發布消息就不會被響應。因此，我們需要把消息做一個緩存隊列，直到有訂閱者訂閱了，并只響應一次緩存的發布消息，該消息就會從緩存出隊。

首先梳理下緩存消息的邏輯流程：

UML時序圖

發布者發布消息，事件中心檢測是否存在訂閱者，如果沒有訂閱者訂閱此條消息，則把該消息緩存到離線消息隊列中，當有訂閱者訂閱時，檢測是否訂閱了緩存中的事件消息，如果是，則該事件的緩存消息依次出隊(FCFS調度執行)，觸發訂閱者回調函數執行一次。

新增離線消息緩存隊列：

private _offlineMessageQueue: Map<string, number>;

在emit發布消息中判斷對應事件是否有訂閱者，沒有訂閱者則向離線事件消息中更新

/** 
 * 觸發：主動通知并執行注冊的回調函數 
 * 
 * @param eventName 事件名 
 */ 
public emit(eventName: string) { 
  const fns = this._eventsMap.get(eventName) || []; 
+  if (fns.length === 0) { 
+    const counter = this._offlineMessageQueue.get(eventName) || 0; 
+    this._offlineMessageQueue.set(eventName, counter + 1); 
+    return; 
+  } 
  fns.forEach((evt, index) => { 
    evt.fn(); 
    if (evt.once) fns.splice(index, 1); 
  }); 
  this._eventsMap.set(eventName, fns); 
}

然后在 addListener 方法中根據離線事件消息統計的次數，重新emit發布事件消息，觸發消息回調函數執行，之后刪掉離線消息中的對應事件。

private addListener( 
  eventName: string, 
  eventFnCallback: () => void, 
  once = false 
) { 
  const newArr = this._eventsMap.get(eventName) || []; 
  newArr.push({ 
    fn: eventFnCallback, 
    once, 
  }); 
  this._eventsMap.set(eventName, newArr); 
 
+  const cacheMessageCounter = this._offlineMessageQueue.get(eventName); 
+  if (cacheMessageCounter) { 
+    for (let i = 0; i < cacheMessageCounter; i++) { 
+      this.emit(eventName); 
+    } 
+    this._offlineMessageQueue.delete(eventName); 
+  } 
}

這樣，一個支持離線消息的事件中心就寫好了!

2.4 回調函數傳參&執行環境

在上面的回調函數中，我們可以發現是一個沒有返回值，沒有入參的函數，這其實有些雞肋，在函數運行的時候會指向執行的上下文，可能某些回調函數中含有this指向就無法綁定到事件中心上，因此針對回調函數需要綁定執行上下文環境。

2.4.1 支持回調函數傳參

首先將TypeScript中的函數類型fn: () => void 改為 fn: Function，這樣能夠通過函數任意參數長度的TS校驗。

其實在事件中心里回調函數是沒有參數的，如有參數也是提前通過參數綁定(bind)方式傳入。

另外如果真要支持回調函數傳參，那么就需要在 emit() 的時候傳入參數，然后再將參數傳遞給回調函數，這里我們暫時先不實現了。

2.4.2 執行環境綁定

在需要實現執行環境綁定這個功能前，先思考一個問題：“是應該開發者自行綁定還是應該事件中心來做?”

換句話說，開發者在 on('eventName', 回調函數) 的時候，是否應該主動綁定 this 指向?在當前設計下，初步認為無參數的回調函數自行綁定 this 比較合適。

因此，在事件中心這暫時不需要去做綁定參數的行為，如果回調函數內有需要傳參、綁定執行上下文的，需要在綁定回調函數的時候自行 bind。這樣，我們的事件中心也算是保證了功能的純凈性。

到這里我們自己手搓簡單的發布訂閱事件中心就完成了!

三、學習EventEmitter3的設計實現

雖然我們按照自己的理解實現了一版，但是沒有對比我們也不知道好壞，因此一起看看 EventEmitter3 這個優秀“極致性能優化”的庫是怎么去處理事件訂閱與發布，同時可以學習下其中的性能優化思路。

首先，EventEmitter3(后續簡稱：EE3)的實現思路，用Events對象作為“回調事件對象”的存儲器，類比我們上述實現的“發布訂閱模式”作為事件的執行邏輯，另外addListener() 函數增加了傳入執行上下文環境參數，emit() 函數支持最多傳入5個參數，同時EventEmitter3中還加入了監聽器計數、事件名前綴。

3.1 Events存儲器

避免轉譯，以及為了提升兼容性和性能，EventEmitter3用ES5來編寫。

在JavaScript中萬物是對象，函數也是對象，因此存儲器的實現：

function Events() {}

3.2 事件偵聽器實例

同理，我們上述使用singleEvent對象來存儲每一個事件偵聽器實例，EE3 中用一個EE對象存儲每個事件偵聽器的實例以及必要屬性

/** 
 * 每個事件偵聽器實例的表示形式 
 * 
 * @param {Function} fn 偵聽器函數 
 * @param {*} context 調用偵聽器的執行上下文 
 * @param {Boolean} [once=false] 指定偵聽器是否僅支持調用一次 
 * @constructor 
 * @private 
 */ 
function EE(fn, context, once) { 
  this.fn = fn; 
  this.context = context; 
  this.once = once || false; 
}

3.3 添加偵聽器方法

/** 
 * 為給定事件添加偵聽器 
 * 
 * @param {EventEmitter} emitter EventEmitter實例的引用. 
 * @param {(String|Symbol)} event 事件名. 
 * @param {Function} fn 偵聽器函數. 
 * @param {*} context 調用偵聽器的上下文. 
 * @param {Boolean} once 指定偵聽器是否僅支持調用一次. 
 * @returns {EventEmitter} 
 * @private 
 */ 
function addListener(emitter, event, fn, context, once) { 
  if (typeof fn !== 'function') { 
    throw new TypeError('The listener must be a function'); 
  } 
 
  var listener = new EE(fn, context || emitter, once) 
    , evt = prefix ? prefix + event : event; 
 
  // TODO: 這里為什么先是使用對象，多個的時候使用對象數組存儲，有什么好處？ 
  if (!emitter._events[evt]) emitter._events[evt] = listener, emitter._eventsCount++; 
  else if (!emitter._events[evt].fn) emitter._events[evt].push(listener); 
  else emitter._events[evt] = [emitter._events[evt], listener]; 
 
  return emitter; 
}

該“添加偵聽器”的方法有幾個關鍵功能點：

如果有前綴，給事件名增加前綴，避免事件沖突

每次新增事件名則 _eventsCount+1，用于快速讀寫所有事件的數量

如果事件只有單個偵聽器，則 _events[evt] 指向這個 EE 對象，訪問效率更高

3.4 清除事件

/** 
 * 通過事件名清除事件 
 * 
 * @param {EventEmitter} emitter EventEmitter實例的引用 
 * @param {(String|Symbol)} evt 事件名 
 * @private 
 */ 
function clearEvent(emitter, evt) { 
  if (--emitter._eventsCount === 0) emitter._events = new Events(); 
  else delete emitter._events[evt]; 
}

清除事件，只需要使用 delete 關鍵字，刪除對象上的屬性

另外這里一個很巧妙的地方在于，依賴事件計數器，如果計數器為0，則重新創建一個 Events 存儲器指向 emitter 的 _events 屬性。

這樣做的優點是，假如需要清空所有事件，只需要將 emitter._eventsCount 的值賦值為1，然后調用 clearEvent() 方法就可以了，而不必遍歷清除事件

3.5 EventEmitter

function EventEmitter() { 
  this._events = new Events(); 
  this._eventsCount = 0; 
}

EventEmitter 對象參考 NodeJS 中的事件觸發器，定義了最小的接口模型，包含 _events 和 _eventsCount屬性，另外的方法都通過原型來增加。

EventEmitter 對象等同于上述我們的事件中心的定義，其功能梳理如下：

EventEmitter

其中有必要講的就是 emit() 方法，而訂閱者注冊事件的on() 和 once() 方法，都是使用的 addListener() 工具函數。

emit() 方法實現如下：

/** 
 * 調用執行指定事件名的每一個偵聽器 
 * 
 * @param {(String|Symbol)} event 事件名. 
 * @returns {Boolean} `true` 如果當前事件名沒綁定偵聽器，則返回false. 
 * @public 
 */ 
EventEmitter.prototype.emit = function emit(event, a1, a2, a3, a4, a5) { 
  var evt = prefix ? prefix + event : event; 
 
  if (!this._events[evt]) return false; 
 
  var listeners = this._events[evt] 
    , len = arguments.length 
    , args 
    , i; 
 
  // 如果只有一個偵聽器綁定了該事件名 
  if (listeners.fn) { 
    // 如果是執行一次的，則移除偵聽器 
    if (listeners.once) this.removeListener(event, listeners.fn, undefined, true); 
     
    // Refrence：https://juejin.cn/post/6844903496450310157 
    // 這里的處理是從性能上考慮，傳入5個入參數的調用call方法處理 
    // 超過5個參數的使用apply處理 
    // 大部分場景超過5個參數的都是少數 
    switch (len) { 
      case 1: return listeners.fn.call(listeners.context), true; 
      case 2: return listeners.fn.call(listeners.context, a1), true; 
      case 3: return listeners.fn.call(listeners.context, a1, a2), true; 
      case 4: return listeners.fn.call(listeners.context, a1, a2, a3), true; 
      case 5: return listeners.fn.call(listeners.context, a1, a2, a3, a4), true; 
      case 6: return listeners.fn.call(listeners.context, a1, a2, a3, a4, a5), true; 
    } 
 
    for (i = 1, args = new Array(len -1); i < len; i++) { 
      args[i - 1] = arguments[i]; 
    } 
 
    listeners.fn.apply(listeners.context, args); 
  } else { 
    // 當有多個偵聽器綁定了同一個事件名 
    var length = listeners.length 
      , j; 
     
    // 循環執行每一個綁定的事件偵聽器 
    for (i = 0; i < length; i++) { 
      if (listeners[i].once) this.removeListener(event, listeners[i].fn, undefined, true); 
 
      switch (len) { 
        case 1: listeners[i].fn.call(listeners[i].context); break; 
        case 2: listeners[i].fn.call(listeners[i].context, a1); break; 
        case 3: listeners[i].fn.call(listeners[i].context, a1, a2); break; 
        case 4: listeners[i].fn.call(listeners[i].context, a1, a2, a3); break; 
        default: 
          if (!args) for (j = 1, args = new Array(len -1); j < len; j++) { 
            args[j - 1] = arguments[j]; 
          } 
          listeners[i].fn.apply(listeners[i].context, args); 
      } 
    } 
  } 
 
  return true; 
};

在 emit() 方法中顯示的傳入了五個入參：a1 ~ a5，同時優先使用 call() 方法綁定 this 指向并執行偵聽器的回調函數。

這樣處理的原因是，call 方法比 apply 方法效率更高，相關比較驗證討論可參考《call和apply的性能對比》

到這基本上 EventEmitter3 的實現就啃完了!

四、總結

EventEmitter3 是一個號稱優化到極致的事件發布訂閱的工具庫，通過梳理可知曉：

call 與 apply 在效率上的差異
對象和對象數組的存取性能考慮
理解發布訂閱模式，以及在事件系統中的應用實例

責任編輯：武曉燕來源： DYBOY

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