名词(术语)了解–Closure (闭包)
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基本概念
- 闭包是函数和其周围的词法环境的引用的组合
- 它允许函数访问并操作函数外部的变量
- 示例代码:
function outer() {let count = 0; // 外部变量return function() { // 内部函数形成闭包return ++count;} } const counter = outer(); console.log(counter()); // 1 console.log(counter()); // 2
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核心特性
- 词法作用域:闭包会记住它被创建时的环境
- 数据私有化:可以创建私有变量和方法
- 状态保持:能够维持函数的内部状态
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主要应用场景
- 数据私有化
// 模块封装 const userModule = (function() {// 私有变量let userName = '';let password = '';return {// 公共方法setUser: function(name, pwd) {userName = name;password = pwd;},getUserName: function() {return userName;}}; })();
私有化场景扩展介绍
- 模块封装场景
// 实现一个用户信息管理模块 const userModule = (function() {// 私有变量,外部无法直接访问let userName = '';let password = '';let loginAttempts = 0;const MAX_LOGIN_ATTEMPTS = 3;// 私有方法function validatePassword(pwd) {return pwd.length >= 6;}// 返回公共接口return {// 公共方法可以访问私有变量和方法setUser: function(name, pwd) {if (!validatePassword(pwd)) {throw new Error('密码长度不足');}userName = name;password = pwd;},login: function(pwd) {if (loginAttempts >= MAX_LOGIN_ATTEMPTS) {throw new Error('登录尝试次数过多,账户已锁定');}if (pwd !== password) {loginAttempts++;return false;}loginAttempts = 0;return true;},getUserName: function() {return userName;}}; })();
- 构造函数私有属性场景
function BankAccount(initialBalance) {// 私有变量let balance = initialBalance;// 公共方法this.deposit = function(amount) {if (amount > 0) {balance += amount;return `存款成功,当前余额: ${balance}`;}};this.withdraw = function(amount) {if (amount > balance) {return '余额不足';}balance -= amount;return `取款成功,当前余额: ${balance}`;};this.getBalance = function() {return balance;}; }const account = new BankAccount(1000); console.log(account.getBalance()); // 1000 console.log(account.balance); // undefined,无法直接访问私有变量
- 计数器场景
function createCounter() {let count = 0; // 私有变量return {increment() {return ++count;},decrement() {return --count;},getCount() {return count;},reset() {count = 0;return count;}}; }const counter = createCounter(); console.log(counter.getCount()); // 0 counter.increment(); console.log(counter.getCount()); // 1 console.log(counter.count); // undefined,无法直接访问私有变量
- 缓存管理场景
function createCache() {const cache = new Map(); // 私有缓存存储return {set(key, value, expireInSeconds = 3600) {cache.set(key, {value,expireAt: Date.now() + (expireInSeconds * 1000)});},get(key) {const data = cache.get(key);if (!data) return null;if (Date.now() > data.expireAt) {cache.delete(key);return null;}return data.value;},clear() {cache.clear();}}; }const cache = createCache(); cache.set('user', {name: 'John'}, 60); // 60秒后过期 console.log(cache.get('user')); // {name: 'John'}
- 配置管理场景
const configManager = (function() {// 私有配置对象const config = {apiKey: null,endpoint: null,timeout: 5000};// 私有方法function validateApiKey(key) {return typeof key === 'string' && key.length > 0;}return {setApiKey(key) {if (!validateApiKey(key)) {throw new Error('Invalid API key');}config.apiKey = key;},setEndpoint(url) {config.endpoint = url;},setTimeout(ms) {config.timeout = ms;},getConfig() {return {...config}; // 返回配置的副本,防止外部修改}}; })();
使用闭包实现数据私有化的优势:
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安全性
- 防止外部直接访问和修改内部状态
- 确保数据只能通过预定义的接口进行操作
- 避免全局命名空间污染
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封装性
- 实现了真正的私有属性和方法
- 提供了清晰的公共接口
- 隐藏了实现细节
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状态管理
- 可以维护内部状态
- 确保状态的一致性
- 提供受控的状态修改方式
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模块化
- 实现了模块的独立性
- 提高了代码的可维护性
- 便于测试和调试
使用注意事项:
- 内存考虑
- 闭包会保持对外部变量的引用
- 需要注意内存泄漏问题
- 在不需要时及时解除引用
- 性能影响
- 创建闭包有一定的性能开销
- 避免在循环中创建大量闭包
- 合理使用闭包数量
- 函数工厂
// 参数预设 function multiply(x) {return function(y) {return x * y;} } const multiplyByTwo = multiply(2); console.log(multiplyByTwo(4)); // 8// 柯里化示例 function curry(fn) {return function curried(...args) {if (args.length >= fn.length) {return fn.apply(this, args);}return function(...args2) {return curried.apply(this, args.concat(args2));}}; }
- 回调与异步处理
// 事件处理 function createButtonHandler(buttonId) {let clickCount = 0;return function() {clickCount++;console.log(`Button ${buttonId} clicked ${clickCount} times`);} }const handleButton1 = createButtonHandler('btn1'); // 每次点击都会维护自己的 clickCount// Promise中的闭包 function fetchWithRetry(url, retryCount = 3) {return new Promise((resolve, reject) => {function attempt(remainingAttempts) {fetch(url).then(resolve).catch(err => {if (remainingAttempts > 1) {attempt(remainingAttempts - 1);} else {reject(err);}});}attempt(retryCount);}); }
- 状态管理
// 计数器 function createCounter() {let count = 0;return {increment: () => ++count,decrement: () => --count,getCount: () => count}; }// 缓存机制(记忆化) function memoize(fn) {const cache = {};return function(...args) {const key = JSON.stringify(args);if (!(key in cache)) {cache[key] = fn.apply(this, args);}return cache[key];} }
- 装饰器模式
// 防抖装饰器 function debounce(fn, delay) {let timer = null;return function(...args) {clearTimeout(timer);timer = setTimeout(() => {fn.apply(this, args);}, delay);} }// 节流装饰器 function throttle(fn, limit) {let inThrottle = false;return function(...args) {if (!inThrottle) {fn.apply(this, args);inThrottle = true;setTimeout(() => inThrottle = false, limit);}} }
- 迭代器模式
// 自定义迭代器 function createIterator(array) {let index = 0;return {next: function() {return index < array.length ?{ value: array[index++], done: false } :{ done: true };}}; }// 生成器函数实现 function* numberGenerator() {let num = 1;while(true) {yield num++;} }
这些应用场景能体现闭包的强大功能:
- 封装性:可以创建私有变量和方法
- 状态保持:能够维护函数的内部状态
- 灵活性:支持函数式编程范式
- 模块化:有助于代码组织和维护
- 性能优化:通过缓存机制提升性能
使用闭包时需要注意:
- 内存管理:闭包会保持对外部变量的引用,注意及时释放
- 性能考虑:过度使用闭包可能导致内存占用增加
- 作用域链:理解闭包的作用域链,避免意外的变量访问
- 上下文绑定:注意this的绑定问题,特别是在回调函数中
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常见应用场景
- 函数工厂:生成定制化的函数
function multiply(x) {return function(y) {return x * y;} } const multiplyByTwo = multiply(2); console.log(multiplyByTwo(4)); // 8
- 模块化:实现模块模式
const module = (function() {let privateVar = 0;return {increment: function() { privateVar++; },getCount: function() { return privateVar; }}; })();
- 事件处理和回调:保持对特定数据的访问
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闭包在单例模式中的应用
- 单例模式中的应用
// 1. 基础单例模式 const Singleton = (function() {// 私有变量保存唯一实例let instance;// 私有构造函数function init() {// 私有方法和属性let privateVar = 0;function privateMethod() {return privateVar;}// 公共接口return {publicMethod() {privateVar++;return privateMethod();},getPrivateVar() {return privateVar;}};}// 控制实例化的公共接口return {getInstance() {if (!instance) {instance = init();}return instance;}}; })();// 2. 配置管理器示例 const ConfigManager = (function() {let instance;function createInstance() {// 私有配置对象const config = {apiUrl: '',timeout: 5000,debug: false};return {setConfig(key, value) {if (key in config) {config[key] = value;}},getConfig(key) {return config[key];},getAllConfig() {return {...config};}};}return {getInstance() {if (!instance) {instance = createInstance();}return instance;}}; })();
- 模块模式中的应用
// 1. 基础模块模式 const MyModule = (function() {// 私有变量和方法let privateVar = 'I am private';const privateMethod = function() {return privateVar;};// 公共接口return {publicVar: 'I am public',publicMethod() {return privateMethod();},modifyPrivate(newValue) {privateVar = newValue;}}; })();// 2. 带依赖注入的模块模式 const AdvancedModule = (function($, _) {// 私有变量let data = [];// 私有方法function processData(items) {return _.map(items, item => ({...item, processed: true}));}// 公共接口return {init(initialData) {data = processData(initialData);$(document).trigger('data-ready');},getData() {return [...data];}}; })(jQuery, _);// 3. 可扩展的模块模式 const ExtensibleModule = (function() {// 基础模块const module = {data: [],add(item) {this.data.push(item);},get(id) {return this.data.find(item => item.id === id);}};// 扩展方法return {// 核心模块core: module,// 扩展模块extend(extensions) {Object.assign(module, extensions);}}; })();
- 实际应用场景
// 1. 日志管理器(单例模式) const Logger = (function() {let instance;function createLogger() {const logs = [];return {log(message) {const timestamp = new Date().toISOString();logs.push({ timestamp, message });console.log(`${timestamp}: ${message}`);},getLogs() {return [...logs];},clearLogs() {logs.length = 0;}};}return {getInstance() {if (!instance) {instance = createLogger();}return instance;}}; })();// 2. API封装(模块模式) const UserAPI = (function() {// 私有配置const BASE_URL = 'https://api.example.com';const API_KEY = 'your-api-key';// 私有方法async function fetchWithAuth(endpoint, options = {}) {const response = await fetch(`${BASE_URL}${endpoint}`, {...options,headers: {'Authorization': `Bearer ${API_KEY}`,'Content-Type': 'application/json',...options.headers}});return response.json();}// 公共接口return {async getUser(id) {return fetchWithAuth(`/users/${id}`);},async updateUser(id, data) {return fetchWithAuth(`/users/${id}`, {method: 'PUT',body: JSON.stringify(data)});}}; })();// 3. 状态管理(单例 + 模块模式结合) const Store = (function() {let instance;function createStore(initialState = {}) {let state = {...initialState};const listeners = new Set();function notifyListeners() {listeners.forEach(listener => listener(state));}return {getState() {return {...state};},setState(newState) {state = {...state, ...newState};notifyListeners();},subscribe(listener) {listeners.add(listener);return () => listeners.delete(listener);}};}return {getInstance(initialState) {if (!instance) {instance = createStore(initialState);}return instance;}}; })();
- 最佳实践和注意事项
- 内存管理
// 正确的内存管理示例 const ModuleWithCleanup = (function() {let heavyResource = null;return {init() {heavyResource = new Array(1000000);},cleanup() {heavyResource = null; // 释放内存}}; })();
- 模块依赖管理
// 使用依赖注入管理模块依赖 const MyModule = (function(dependency1, dependency2) {// 使用依赖return {// 模块功能}; })(Dependency1, Dependency2);
- 错误处理
const SafeModule = (function() {try {// 模块初始化代码} catch (error) {console.error('Module initialization failed:', error);// 提供降级功能return {isError: true,// 基本功能};} })();
这些模式的使用让我们能够:
- 实现真正的私有变量和方法
- 提供清晰的公共接口
- 控制实例的创建和访问
- 管理模块的依赖关系
- 实现代码的模块化和可维护性
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其他介绍
- 闭包实现数据封装和隐藏
// 基本的数据封装示例 function createCounter() {// 私有变量let count = 0;// 返回包含特权方法的对象return {increment() {return ++count;},decrement() {return --count;},getCount() {return count;}}; }// 使用示例 const counter = createCounter(); console.log(counter.getCount()); // 0 counter.increment(); console.log(counter.getCount()); // 1 // count变量完全被封装,外部无法直接访问
- 避免内存泄漏的策略
// 1. 及时解除引用 function createHeavyObject() {let heavyData = new Array(1000000);return {processData() {// 使用heavyData},cleanup() {heavyData = null; // 手动解除引用}}; }// 2. 避免循环引用 function avoidCircularReference() {let element = document.getElementById('myButton');let heavyData = new Array(1000000);function handleClick() {// 处理点击事件}element.addEventListener('click', handleClick);// 提供清理方法return {cleanup() {element.removeEventListener('click', handleClick);element = null;heavyData = null;}}; }// 3. 使用WeakMap避免内存泄漏 const cache = new WeakMap();function createCacheableObject(key) {if (cache.has(key)) {return cache.get(key);}const obj = {// 对象属性};cache.set(key, obj);return obj; }
- 单例模式实现及优缺点分析
// 单例模式实现 const Singleton = (function() {let instance;let heavyResource;function init() {// 私有方法和变量heavyResource = new Array(1000000);function privateMethod() {return 'private';}return {publicMethod() {return privateMethod();},getResource() {return heavyResource;},cleanup() {heavyResource = null;}};}return {getInstance() {if (!instance) {instance = init();}return instance;},resetInstance() {if (instance) {instance.cleanup();}instance = null;}}; })();/* 优点: 1. 保证实例唯一性 2. 实现懒加载 3. 提供全局访问点缺点: 1. 常驻内存 2. 单元测试困难 3. 可能隐藏程序依赖 */
- 模块模式实现及优缺点分析
// 模块模式实现 const Module = (function() {// 私有变量和方法let privateData = [];function privateMethod() {return 'private';}// 缓存DOM查询const elements = {button: document.querySelector('#myButton'),container: document.querySelector('#container')};// 事件处理function handleClick() {// 处理点击}// 初始化模块function init() {elements.button.addEventListener('click', handleClick);}// 清理方法function cleanup() {elements.button.removeEventListener('click', handleClick);privateData = [];Object.keys(elements).forEach(key => {elements[key] = null;});}// 公共APIreturn {init,cleanup,addData(item) {privateData.push(item);},getData() {return [...privateData];}}; })();/* 优点: 1. 良好的命名空间管理 2. 封装私有数据和方法 3. 模块依赖清晰缺点: 1. 扩展性受限 2. 私有成员难以测试 3. 调试相对复杂 */
- 最佳实践和改进建议
// 1. 使用Symbol实现私有属性 const Module = (function() {const _private = Symbol('private');class ModuleClass {constructor() {this[_private] = {data: []};}getData() {return [...this[_private].data];}}return new ModuleClass(); })();// 2. 使用ES6模块系统 // module.js const privateData = new WeakMap();export class Module {constructor() {privateData.set(this, {data: []});}getData() {return [...privateData.get(this).data];} }// 3. 结合装饰器模式 function readonly(target, key, descriptor) {descriptor.writable = false;return descriptor; }class ModuleWithDecorator {@readonlygetData() {return this._privateData;} }
- 内存管理最佳实践
// 1. 资源管理器模式 const ResourceManager = (function() {const resources = new WeakMap();return {acquire(key, creator) {if (!resources.has(key)) {resources.set(key, creator());}return resources.get(key);},release(key) {resources.delete(key);}}; })();// 2. 自动清理的计时器管理 const TimerManager = (function() {const timers = new Set();return {setTimeout(callback, delay) {const timer = setTimeout(() => {callback();this.clearTimer(timer);}, delay);timers.add(timer);return timer;},clearTimer(timer) {clearTimeout(timer);timers.delete(timer);},clearAll() {timers.forEach(timer => {clearTimeout(timer);});timers.clear();}}; })();
总结建议:
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数据封装与隐藏:
- 使用闭包创建私有作用域
- 只暴露必要的公共接口
- 使用WeakMap或Symbol增强私有性
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内存泄漏防护:
- 及时清理不用的引用
- 使用弱引用(WeakMap/WeakSet)
- 提供显式的清理方法
- 避免循环引用
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模式选择:
- 单例模式适用于全局状态管理
- 模块模式适用于功能封装
- 考虑使用ES6模块系统替代传统模式
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测试与维护:
- 为私有方法提供测试接口
- 使用依赖注入提高可测试性
- 保持良好的文档和注释
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注意事项
- 要注意内存管理,避免内存泄漏
- 闭包会占用比普通函数更多的内存
- 在不需要时,应该解除对闭包的引用
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最佳实践
// 好的实践:明确的用途 function createLogger(prefix) {return function(msg) {console.log(`${prefix}: ${msg}`);} } const errorLogger = createLogger('ERROR'); errorLogger('Something went wrong');// 避免:创建不必要的闭包 for(var i = 0; i < 10; i++) {setTimeout(function() {console.log(i);}, 100); }