闭包的两种设计模式

闭包设计模式

概述

闭包是 JavaScript 中的一个重要概念，它允许内层函数访问外层函数的变量。在实际开发中，闭包经常被用于实现特定的设计模式，主要包括辅助函数模式和工厂模式。

1. 辅助函数模式（Helper Function Pattern）

基本结构

function mainFunction(params) {// 外层变量：状态存储let sharedState = initialValue;function helperFunction(helperParams) {// 内层函数：核心逻辑实现// 可以访问和修改 sharedState}// 调用辅助函数helperFunction(params);return sharedState;  // 返回处理结果
}

特点分析

目的：代码组织和私有化
生命周期：单次调用期间
状态管理：临时状态，每次调用重新初始化
访问权限：辅助函数无法被外部直接访问
使用场景：递归算法、复杂逻辑分解

实际应用示例

1. 数组扁平化

function flatArr(list) {let result = [];function flat(currentList) {  // 私有辅助函数for (let i = 0; i < currentList.length; i++) {if (!Array.isArray(currentList[i])) {result.push(currentList[i]);} else {flat(currentList[i]);  // 递归调用}}}flat(list);return result;
}// 使用示例
console.log(flatArr([1, [2, 3], [4, [5, 6]]])); // [1, 2, 3, 4, 5, 6]

2. 深度优先搜索

function dfsCollect(tree) {let result = [];function dfs(node) {  // 私有辅助函数if (!node) return;result.push(node.value);if (node.children) {node.children.forEach(dfs);}}dfs(tree);return result;
}

3. 对象深拷贝

function deepClone(obj) {let visited = new WeakMap();  // 解决循环引用function clone(current) {  // 私有辅助函数if (current === null || typeof current !== 'object') {return current;}if (visited.has(current)) {return visited.get(current);}const result = Array.isArray(current) ? [] : {};visited.set(current, result);for (let key in current) {if (current.hasOwnProperty(key)) {result[key] = clone(current[key]);}}return result;}return clone(obj);
}

2. 工厂模式 + 装饰器模式（Factory + Decorator Pattern）

基本结构

function createEnhancedFunction(originalFunction) {// 外层变量：持久状态const persistentState = {};return function enhancedFunction(...args) {// 增强逻辑：使用持久状态提供额外功能// 调用原函数并返回结果return originalFunction(...args);};
}

特点分析

目的：增强函数功能，状态管理
生命周期：长期存在，跨多次调用
状态管理：持久状态，每个实例独立维护
访问权限：返回的函数可以被外部调用
使用场景：缓存、节流、防抖、日志记录

实际应用示例

1. 函数缓存（记忆化）

function createCache(fn) {const cache = new Map();  // 持久缓存状态return function (...args) {  // 增强的函数const key = JSON.stringify(args);if (cache.has(key)) {console.log(`Cache hit for args: ${key}`);return cache.get(key);}console.log(`Cache miss for args: ${key}`);const result = fn(...args);cache.set(key, result);return result;};
}// 使用示例
const fibonacci = createCache(function(n) {if (n <= 1) return n;return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
});console.log(fibonacci(10)); // 计算并缓存
console.log(fibonacci(10)); // 从缓存获取

2. 函数节流

function createThrottle(delay) {let lastTime = 0;  // 持久时间状态return function(fn) {  // 增强的函数return function(...args) {const now = Date.now();if (now - lastTime >= delay) {lastTime = now;return fn.apply(this, args);}};};
}// 使用示例
const throttle = createThrottle(1000);
const throttledLog = throttle(console.log);

3. 函数调用计数器

function createCounter(fn) {let count = 0;  // 持久计数状态return function(...args) {  // 增强的函数count++;console.log(`函数被调用了 ${count} 次`);return fn.apply(this, args);};
}// 使用示例
const countedAdd = createCounter((a, b) => a + b);
console.log(countedAdd(1, 2)); // 函数被调用了 1 次 \n 3
console.log(countedAdd(3, 4)); // 函数被调用了 2 次 \n 7

4. 函数执行时间统计

function createTimer(fn) {const stats = { totalTime: 0, callCount: 0 };  // 持久统计状态return function(...args) {  // 增强的函数const start = Date.now();const result = fn.apply(this, args);const end = Date.now();stats.totalTime += (end - start);stats.callCount++;stats.averageTime = stats.totalTime / stats.callCount;console.log(`执行时间: ${end - start}ms, 平均时间: ${stats.averageTime}ms`);return result;};
}

3. 两种模式对比

特性	辅助函数模式	工厂模式 + 装饰器模式
主要目的	代码组织和逻辑分解	功能增强和状态管理
状态生命周期	单次调用期间	跨多次调用持久存在
状态初始化	每次调用重新初始化	创建时初始化，后续复用
函数可见性	辅助函数私有	返回增强后的公开函数
使用方式	直接调用主函数	先创建增强函数，再调用
典型应用	递归算法、复杂计算	缓存、节流、装饰器

4. 选择指南

使用辅助函数模式的场景：

需要将复杂逻辑分解为多个步骤
实现递归算法时需要维护中间状态
希望隐藏实现细节，只暴露主要接口
需要在单次执行中共享临时变量

使用工厂模式 + 装饰器模式的场景：

需要为现有函数添加额外功能
需要维护跨调用的持久状态
实现缓存、节流、防抖等功能增强
需要创建多个具有相似功能但独立状态的函数

5. 常见问题解答（FAQ）

Q: 多个 createCache 实例会造成缓存冲突吗？

A: 不会冲突。每次调用 createCache(fn) 都会创建一个全新的闭包环境，每个返回的函数都有自己独立的 cache 变量。

原理解释

function createCache(fn) {const cache = new Map();  // 每次调用createCache都会创建新的cachereturn function (...args) {// 这个返回的函数只能访问它所属闭包环境中的cacheconst key = JSON.stringify(args);if (cache.has(key)) {console.log(`Cache hit for ${fn.name}: ${key}`);return cache.get(key);}console.log(`Cache miss for ${fn.name}: ${key}`);const result = fn(...args);cache.set(key, result);return result;};
}

实际验证示例

// 创建两个不同的缓存函数
const cachedAdd = createCache(function add(a, b) {return a + b;
});const cachedMultiply = createCache(function multiply(a, b) {return a * b;
});// 测试：相同参数但不同函数
console.log('=== 第一次调用 ===');
console.log(cachedAdd(2, 3));      // Cache miss for add: [2,3] -> 5
console.log(cachedMultiply(2, 3));  // Cache miss for multiply: [2,3] -> 6console.log('=== 第二次调用相同参数 ===');
console.log(cachedAdd(2, 3));      // Cache hit for add: [2,3] -> 5
console.log(cachedMultiply(2, 3));  // Cache hit for multiply: [2,3] -> 6// 结果：每个函数都有自己独立的缓存，互不影响

闭包作用域独立性

// 每次调用 createCache 时的内存模型：
const fn1 = createCache(addFunction);    // 创建闭包环境1，有独立的cache1
const fn2 = createCache(multiplyFunction); // 创建闭包环境2，有独立的cache2// 内存结构示意：
/*
闭包环境1: {cache: Map { [2,3] => 5 }  // 独立的缓存空间1return function1
}闭包环境2: {cache: Map { [2,3] => 6 }  // 独立的缓存空间2return function2
}
*/// fn1 只能访问 cache1
// fn2 只能访问 cache2
// 它们完全独立，互不影响

需要注意的场景

// 同一个函数创建多个缓存实例
const fibonacci = function(n) {if (n <= 1) return n;return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
};const cache1 = createCache(fibonacci);
const cache2 = createCache(fibonacci);// 这样会创建两个独立的缓存，可能造成重复计算
console.log(cache1(10)); // 第一个缓存计算
console.log(cache2(10)); // 第二个缓存重新计算（因为缓存是独立的）

最佳实践

// 1. 单例模式：对于同一个函数，通常只创建一个缓存实例
const cachedFibonacci = createCache(function fibonacci(n) {if (n <= 1) return n;return cachedFibonacci(n - 1) + cachedFibonacci(n - 2);
});// 2. 带清理功能的缓存
function createCacheWithClear(fn) {const cache = new Map();const cachedFn = function (...args) {const key = JSON.stringify(args);if (cache.has(key)) {return cache.get(key);}const result = fn(...args);cache.set(key, result);return result;};// 添加清理方法cachedFn.clearCache = () => cache.clear();cachedFn.getCacheSize = () => cache.size;return cachedFn;
}// 使用示例
const smartCache = createCacheWithClear((x) => x * x);
console.log(smartCache(5)); // 25
console.log(smartCache.getCacheSize()); // 1
smartCache.clearCache();
console.log(smartCache.getCacheSize()); // 0