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如果面试官让你讲讲发布订阅设计模式？

消息执行面试

2023-03-07 09:49:05 时间

本文转载自微信公众号「DYBOY」，作者DYBOY。转载本文请联系DYBOY公众号。

发布订阅设计模式在程序中经常涉及，例如 Vue 中的 $on 和 $off、document.addEventListener()、document.removeEventListener()等，发布订阅模式可以降低程序的耦合度，统一管理维护消息、处理事件也使得程序更容易维护和扩展。

有小伙伴问，该如何学习设计模式，设计模式本身是一些问题场景的抽象解决方案，死记硬背肯定不行，无异于搭建空中楼阁，所以得结合实际，从解决问题角度去思考、举一反三，如此便能更轻松掌握知识点。

最近在程序中使用到了 eventEmitter3 这个事件发布订阅库，该库可用于组件之间的通信管理，通过简单的 Readme 文档可学会如何使用，但同时了解这个库的设计也有助于大家了解认识发布订阅设计模式，不妨一起来看看。

一、定义

在软件架构中，发布订阅是一种消息范式，消息的发送者(称为发布者)不会将消息直接发送给特定的接收者(称为订阅者)，而是将发布的消息分为不同的类别，无需了解哪些订阅者(如果有的话)可能存在。同样的，订阅者可以表达对一个或多个类别的兴趣，只接收感兴趣的消息，无需了解哪些发布者(如果有的话)存在。

类比一个很好理解的例子，例如微信公众号，你关注(理解为订阅)了“DYBOY”公众号，当该公众号发布了新文章，微信就会通知你，而不会通知其他为订阅公众号的人，另外你还可以订阅多个公众号。

放到程序的组件中，多个组件的通信除了父子组件传值外，还有例如 redux、vuex 状态管理，另外就是本文所说的发布订阅模式，可以通过一个事件中心来实现。

发布订阅模式

二、手搓一个发布订阅事件中心

“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，所以根据定义，我们尝试实现一个JavaScript版本的发布订阅事件中心，看看会遇到哪些问题?

2.1 基本结构版

首先实现的 DiyEventEmitter 如下：

/** 
 * 事件发布订阅中心 
 */ 
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(); // 事件名与回调函数的映射Map 
  } 
 
  /** 
   * 事件订阅 
   * 
   * @param eventName 事件名 
   * @param eventFnCallback 事件发生时的回调函数 
   */ 
  public on(eventName: string, eventFnCallback: () => void) { 
    const newArr = this._eventsMap.get(eventName) || []; 
    newArr.push(eventFnCallback); 
    this._eventsMap.set(eventName, newArr); 
  } 
 
  /** 
   * 取消订阅 
   * 
   * @param eventName 事件名 
   * @param eventFnCallback 事件发生时的回调函数 
   */ 
  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); 
  } 
 
  /** 
   * 主动通知并执行注册的回调函数 
   * 
   * @param eventName 事件名 
   */ 
  public emit(eventName: string) { 
    const fns = this._eventsMap.get(eventName) || []; 
    fns.forEach(fn => fn()); 
  } 
} 
 
export default DiyEventEmitter.getInstance();

导出的 DiyEventEmitter 是一个“单例”，保证在全局中只有唯一“事件中心”实例，使用时候直接可使用公共方法

import e from "./DiyEventEmitter"; 
 
const subscribeFn = () => { 
  console.log("DYBOY订阅收到了消息"); 
}; 
const subscribeFn2 = () => { 
  console.log("DYBOY第二个订阅收到了消息"); 
}; 
 
// 订阅 
e.on("dyboy", subscribeFn); 
e.on("dyboy", subscribeFn2); 
 
// 发布消息 
e.emit("dyboy"); 
 
// 取消第一个订阅消息的绑定 
e.off("dyboy", subscribeFn); 
 
// 第二次发布消息 
e.emit("dyboy");

输出 console 结果：

DYBOY订阅收到了消息 
第二个订阅的消息 
第二个订阅的消息

那么第一版的支持订阅、发布、取消的“发布订阅事件中心”就OK了。

2.2 支持只订阅一次once方法

在一些场景下，某些事件订阅可能只需要执行一次，后续的通知将不再响应。

实现的思路：新增 once 订阅方法，当响应了对应“发布者消息”，则主动取消订阅当前执行的回调函数。

为此新增类型，如此便于回调函数的描述信息扩展：

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

_eventsMap的类型更改为：

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

同时抽出公共方法 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); 
} 
 
/** 
 * 事件订阅 
 * 
 * @param eventName 事件名 
 * @param eventFnCallback 事件发生时的回调函数 
 */ 
public on(eventName: string, eventFnCallback: () => void) { 
  this.addListener(eventName, eventFnCallback); 
} 
 
/** 
 * 事件订阅一次 
 * 
 * @param eventName 事件名 
 * @param eventFnCallback 事件发生时的回调函数 
 */ 
public once(eventName: string, eventFnCallback: () => void) { 
  this.addListener(eventName, eventFnCallback, true); 
}

与此同时，我们需要考虑在触发事件时候，执行一次就需要取消订阅

/** 
 * 触发：主动通知并执行注册的回调函数 
 * 
 * @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); 
}

另外取消订阅中函数中比较需要替换对象属性比较：newArr[i].fn === eventFnCallback

这样我们的事件中心支持 once 方法改造就完成了。

2.3 缓存发布消息

在框架开发下，通常会使用异步按需加载组件，如果发布者组件先发布了消息，但是异步组件还未加载完成(完成订阅注册)，那么发布者的这条发布消息就不会被响应。因此，我们需要把消息做一个缓存队列，直到有订阅者订阅了，并只响应一次缓存的发布消息，该消息就会从缓存出队。

首先梳理下缓存消息的逻辑流程：

UML时序图

发布者发布消息，事件中心检测是否存在订阅者，如果没有订阅者订阅此条消息，则把该消息缓存到离线消息队列中，当有订阅者订阅时，检测是否订阅了缓存中的事件消息，如果是，则该事件的缓存消息依次出队(FCFS调度执行)，触发订阅者回调函数执行一次。

新增离线消息缓存队列：

private _offlineMessageQueue: Map<string, number>;

在emit发布消息中判断对应事件是否有订阅者，没有订阅者则向离线事件消息中更新

/** 
 * 触发：主动通知并执行注册的回调函数 
 * 
 * @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 方法中根据离线事件消息统计的次数，重新emit发布事件消息，触发消息回调函数执行，之后删掉离线消息中的对应事件。

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); 
+  } 
}

这样，一个支持离线消息的事件中心就写好了!

2.4 回调函数传参&执行环境

在上面的回调函数中，我们可以发现是一个没有返回值，没有入参的函数，这其实有些鸡肋，在函数运行的时候会指向执行的上下文，可能某些回调函数中含有this指向就无法绑定到事件中心上，因此针对回调函数需要绑定执行上下文环境。

2.4.1 支持回调函数传参

首先将TypeScript中的函数类型fn: () => void 改为 fn: Function，这样能够通过函数任意参数长度的TS校验。

其实在事件中心里回调函数是没有参数的，如有参数也是提前通过参数绑定(bind)方式传入。

另外如果真要支持回调函数传参，那么就需要在 emit() 的时候传入参数，然后再将参数传递给回调函数，这里我们暂时先不实现了。

2.4.2 执行环境绑定

在需要实现执行环境绑定这个功能前，先思考一个问题：“是应该开发者自行绑定还是应该事件中心来做?”

换句话说，开发者在 on('eventName', 回调函数) 的时候，是否应该主动绑定 this 指向?在当前设计下，初步认为无参数的回调函数自行绑定 this 比较合适。

因此，在事件中心这暂时不需要去做绑定参数的行为，如果回调函数内有需要传参、绑定执行上下文的，需要在绑定回调函数的时候自行 bind。这样，我们的事件中心也算是保证了功能的纯净性。

到这里我们自己手搓简单的发布订阅事件中心就完成了!

三、学习EventEmitter3的设计实现

虽然我们按照自己的理解实现了一版，但是没有对比我们也不知道好坏，因此一起看看 EventEmitter3 这个优秀“极致性能优化”的库是怎么去处理事件订阅与发布，同时可以学习下其中的性能优化思路。

首先，EventEmitter3(后续简称：EE3)的实现思路，用Events对象作为“回调事件对象”的存储器，类比我们上述实现的“发布订阅模式”作为事件的执行逻辑，另外addListener() 函数增加了传入执行上下文环境参数，emit() 函数支持最多传入5个参数，同时EventEmitter3中还加入了监听器计数、事件名前缀。

3.1 Events存储器

避免转译，以及为了提升兼容性和性能，EventEmitter3用ES5来编写。

在JavaScript中万物是对象，函数也是对象，因此存储器的实现：

function Events() {}

3.2 事件侦听器实例

同理，我们上述使用singleEvent对象来存储每一个事件侦听器实例，EE3 中用一个EE对象存储每个事件侦听器的实例以及必要属性

/** 
 * 每个事件侦听器实例的表示形式 
 * 
 * @param {Function} fn 侦听器函数 
 * @param {*} context 调用侦听器的执行上下文 
 * @param {Boolean} [once=false] 指定侦听器是否仅支持调用一次 
 * @constructor 
 * @private 
 */ 
function EE(fn, context, once) { 
  this.fn = fn; 
  this.context = context; 
  this.once = once || false; 
}

3.3 添加侦听器方法

/** 
 * 为给定事件添加侦听器 
 * 
 * @param {EventEmitter} emitter EventEmitter实例的引用. 
 * @param {(String|Symbol)} event 事件名. 
 * @param {Function} fn 侦听器函数. 
 * @param {*} context 调用侦听器的上下文. 
 * @param {Boolean} once 指定侦听器是否仅支持调用一次. 
 * @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: 这里为什么先是使用对象，多个的时候使用对象数组存储，有什么好处？ 
  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; 
}

该“添加侦听器”的方法有几个关键功能点：

如果有前缀，给事件名增加前缀，避免事件冲突

每次新增事件名则 _eventsCount+1，用于快速读写所有事件的数量

如果事件只有单个侦听器，则 _events[evt] 指向这个 EE 对象，访问效率更高

3.4 清除事件

/** 
 * 通过事件名清除事件 
 * 
 * @param {EventEmitter} emitter EventEmitter实例的引用 
 * @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 关键字，删除对象上的属性

另外这里一个很巧妙的地方在于，依赖事件计数器，如果计数器为0，则重新创建一个 Events 存储器指向 emitter 的 _events 属性。

这样做的优点是，假如需要清空所有事件，只需要将 emitter._eventsCount 的值赋值为1，然后调用 clearEvent() 方法就可以了，而不必遍历清除事件

3.5 EventEmitter

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

EventEmitter 对象参考 NodeJS 中的事件触发器，定义了最小的接口模型，包含 _events 和 _eventsCount属性，另外的方法都通过原型来增加。

EventEmitter 对象等同于上述我们的事件中心的定义，其功能梳理如下：

EventEmitter

其中有必要讲的就是 emit() 方法，而订阅者注册事件的on() 和 once() 方法，都是使用的 addListener() 工具函数。

emit() 方法实现如下：

/** 
 * 调用执行指定事件名的每一个侦听器 
 * 
 * @param {(String|Symbol)} event 事件名. 
 * @returns {Boolean} `true` 如果当前事件名没绑定侦听器，则返回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; 
 
  // 如果只有一个侦听器绑定了该事件名 
  if (listeners.fn) { 
    // 如果是执行一次的，则移除侦听器 
    if (listeners.once) this.removeListener(event, listeners.fn, undefined, true); 
     
    // Refrence：https://juejin.cn/post/6844903496450310157 
    // 这里的处理是从性能上考虑，传入5个入参数的调用call方法处理 
    // 超过5个参数的使用apply处理 
    // 大部分场景超过5个参数的都是少数 
    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 { 
    // 当有多个侦听器绑定了同一个事件名 
    var length = listeners.length 
      , j; 
     
    // 循环执行每一个绑定的事件侦听器 
    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() 方法中显示的传入了五个入参：a1 ~ a5，同时优先使用 call() 方法绑定 this 指向并执行侦听器的回调函数。

这样处理的原因是，call 方法比 apply 方法效率更高，相关比较验证讨论可参考《call和apply的性能对比》

到这基本上 EventEmitter3 的实现就啃完了!

四、总结

EventEmitter3 是一个号称优化到极致的事件发布订阅的工具库，通过梳理可知晓：

call 与 apply 在效率上的差异
对象和对象数组的存取性能考虑
理解发布订阅模式，以及在事件系统中的应用实例

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