Constructor Function:JavaScript 設計模式的返璞歸真

JavaScript 是個瘋狂的語言,語言本身非常隨便自由,從不試圖引導程式設計師遵守特定的模式。我參與的 Gaia Project 無論是商業需求或是架構上也是很瘋狂的;試圖用 Web 湊出一個手機介面以及功能,但同時間新需求又來的又快又急。在一開始的幾年,我們一直沒有機會慢下腳步,想想每個人喜歡用的 module pattern、singleton pattern 等等是不是符合未來的需求。但最近一年以來,幾位同事終於慢慢的意識到,使用 JavaScript 一開始發明時提供的 constructor function pattern,才是最安全,符合最多 use case 的作法。以下整理我認為的幾個關鍵的優點,供各位參考:

優點 1:沒有封裝(encapsulation)

許多人認為沒有封裝,曝露實作細節是一個缺點,但我認為不做任何封裝的益處比壞處更多。直覺上大家會認為 JavaScript 元件需要封裝,是因為大家習慣使用黑盒子式的 library (例如 jQuery)。jQuery 作為一個灑到外面給大眾使用的函式庫,隱藏細節來保留未來升級的空間是有必要的。但在自己或是協作專案中,藉由封裝來防禦這樣的「使用者」是沒有必要的——大不了就是開一張票給同事請他改掉。若有試著閱讀過 jQuery 程式碼和 build system 的朋友,也會發現,jQuery 專案本身各 function 在它內部的 scope 也是攤平,獨立測試的。與其用封裝作防禦,不如用完整的測試來定義 public method 的行為;這就要談下一個優點。

優點 2:可測試性

Test-Driven Development 似乎非常流行,但我們得承認不是所有的元件都有清晰的需求與憑空定義的 interface,可以先開完會、冥想一下,然後寫完測試,凍結測試再開工。元件的形狀與介面勢必是個隨著需求或是撰寫過程發現的 edge case 而演化出來的。在 Gaia 開發的歷史一開始是不要求單元測試(unit test)的;許多使用封裝模式設計的元件隨著需求慢慢的長大,長到最後發現無法切出可測試的獨立單元。如果使用 constructor function,就可以保證永遠找的到可測試的單元:「單元」可以是掛在 prototype 上的一個方法,也可以直接測試一個 instance。我個人的習慣是測試 instance,原因如下。

優點 3:各 instance 與 prototype 預設是分離的

Gaia 開發的歷史,遭遇的另一個問題是,許多元件都被設計成在環境中只會被使用一次。這樣的元件,勢必沒有可供單元測試項目獨立使用的 instance。當時最後使用的醜陋解法是確定測試時會改變的 state property,在每個測試的 teardown() 將它重設,但更絕望的是有些元件的 state 根本就封裝在自己的 scope 內,這就完全沒救而且嚴重的傷害的我們的測試涵蓋率。分析哪個 property 是 state 也一個手動而且容易出錯的過程。若當初使用 constructor function,每個 instance 就可以是用完即丟的測試單元,另外,console.log(instance) (或是 JSON.stringify(instance))可以直接印出 instance 上面的所有被設定的 property,跟它的 prototype 上的 property 或是 method 完全切開。

但在這邊要注意的是每個 instance 不會真的用完即丟,尤其是和 DOM API 有互動的元件。我們最後定義了一組通用的 method 名稱,要求元件都要有 stop() method 讓 instance 把自己從 DOM 上分離下來。

優點 4:「天然的感覺」

懂 JavaScript 的 prototype inheritance 老實說就跟日文的五段動詞一樣,大家學的時候都知道好像要學到那邊才算學會了什麼,但是在那之前總是卡一堆人(苦笑)。Prototype inheritance(或是簡單的,constructor 與 instance 的關係)在學習曲線上的問題是看起來沒有實際的例子可以參考,object 內部的繼承關聯也沒有被 JavaScript Engine 暴露出來。但這件事情在 ECMAScript 5 之後已經有了改善;我們現在有 Object.create()Object.getPrototypeOf(),還有原本就有的 constructor 屬性與 instanceof 運算子。要找實際的例子就更令人例外了:其實大家每天使用的 DOM API 都只是某個 constructor 的 instance,本身沒有 method,執行的時候其實是執行它的 prototype 上的 method;不相信的話,打開 console 看看 Object.getPrototypeOf(navigator) 是回傳哪個 object,或是 navigator.constructornavigator.constructor.prototype 是什麼。

(玩完之後你會發現 Object.getPrototypeOf(navigator)navigator.constructor.prototype 都會指到一個名為 NavigatorPrototype 的 object,navigator.constructor 會是一個 constructor function。不過執行它不會得到新的 navigator object 而是會 throw。你也不能 new window.constructor() 或是 new Window() 得到另一個 window object。)

總之,無論元件們最後是要從相依性來層層呼叫 new 建立出來,還是偽裝成 DOM API 掛在 window 或是 navigator 底下,實際運作的 object 都應該是 instance 而不是 object dict,因為你所仰賴的 DOM API 就是這樣實作的。從這裡出發也更容易看出與操作 this 關鍵字所指向的 object,進而寫出乾淨的程式碼(例如實作 EventListener interface)。這是我所謂「天然的感覺」。

結語

以上大略是我們選擇 constructor function 建構元件的理由。當然,沒有任何技術分享或是 framework 是適用所有專案的,請保持求真的精神,尋找您自己的真理。


P.S. 圖片跟這篇文章真的沒有關係。

Use Promise, and what to watch out if you don’t

If you do know Promise, consider the following code; do you know the order of the resulting log? (answered below)

var p = new Promise(function(resolve, reject) {
  console.log(1);
  resolve();
})
p.then(function() {
  console.log(2);
});
console.log(3);
setTimeout(function() {
  console.log(4);
});
p.then(function() {
  console.log(5);
});
console.log(6);
setTimeout(function() {
  console.log(7);
});
console.log(8);

The Promise interface

The Promise interface is one of the few generic interfaces that graduated from being a JavaScript library to be a Web platform API (The other being the JSON interface.) You already know about it if you have heard of Q, or Future, or jQuery.Deferred. They are similar, if not identical, things under different names.

Promise offers better asynchronous control to JavaScript code. It offers a chain-able interface, where you could chain your failure and success callbacks when the Promise instance is “rejected” or “resolved”. Any asynchronous call can be easily wrapped into a Promise instance by calling the actual interface inside the synchronous callback function passed when constructing the instance.

The ability to chain the calls might not be a reason appeal enough for the switch; what I find indispensable is the ability of Promise.all(); it manages all the Promise instances on your behalf and “resolves” the returned promise when all passed instances are resolved. It’s great if you want to run multiple asynchronous action in parallel (loading files, querying databases) and do your things only if everything have returned. (The other utility being Promise.race(), however I’ve not found a use case for myself yet.)

Keep in mind there is one caveat: compare to EventTarget callbacks (i.e. event handlers), this in all Promise callbacks are always window. You should wrap your own function in bind() for specific context.

The not-so-great alternatives

Before the Promise interface assume it’s throne in the Kingdom of Asynchronous Control, there are a few alternatives.

One being the DOMRequest interface. It feels “webby” because it’s inherited from the infamous EventTarget interface. If you have ever add a event listener to a HTML element, you have already worked with EventTarget. A lot of JavaScript developers (or jQuery developers) don’t work with EventTarget interface directly because they use jQuery, which absorb the verboseness of the interface (and difference between browser implementations). DOMRequest, being an asynchronous control interface simply dispatches success and error events, is inherently verbose, thus, unpopular. For example, you may find yourself fighting with DOMRequest interface if you want to do things with IndexedDB.

Another terrible issue with DOMRequest is that it’s usage is entirely reserved for native code, i.e. you can not new DOMRequest() and return the instance for the method of your JavaScript library. (likewise, your JavaScript function cannot inherit EventTarget either, which is the reason people turned to EventEmitter, or hopelessly dispatch custom event on the window object. That also means to mock the APIs inheriting EventTarget and/or returning DOMRequests, you must mock them too.)

Unfortunately, given the B2G project (Firefox OS) was launched back in 2011, many of the Web API methods return DOMRequest, and new methods of these APIs will continue to return DOMRequest for consistency.

The other alternative would be rolling your own implementation of generic asynchronous code. In the Gaia codebase (the front-end system UIs and preload web apps for B2G), there are tons of example because just like many other places in Mozilla, we are infected with Not-Invented-Here syndrome. The practices shoot us in the foot because what thought to be easily done is actually hard to done right. For example, supposedly you have the following function:

function loadSomething(id, callback) {
    if (isThere(id)) {
      getSomething(id, callback);

      return;
    }

    var xhr = new XMLHttpRequest();
    ...
    xhr.onloadend = function() {
      registerSomething(id, xhr.response);
      callback(xhr.response);
    };
    ...
}

To the naïve eyes there is nothing wrong with it, but if you look closely enough you will realize this function does not return the callback asynchronously every time. If I want to use it:

loadSomething(id, function(data) {
  console.log(1, data);
}); 
console.log(2);

The timing of 1 is non-deterministic; it might return before 2, or after. This creates Schrödinger bugs and races that will be hard to reproduce, and fix.

You might think a simple solution to the problem above would be simply wrap the third line in setTimeout(). This did solve the problem but it comes with issues of its own, not to mention it further contribute to the complexity of the code. Wrap the entire function, instead, in a Promise instance, guarantees the callbacks runs asynchronously even if you have the data cached.

(Keep in mind that the example above have lots of detail stripped; good luck finding the same pattern when someone else hides it in a 500-line function between 10 callbacks.)

Not-Invented-Here syndrome also contribute to other issues, like every other software project; more code means more bugs, and longer overhead for other engineers to pick up.

Conclusion

In the B2G project, we want to figure out what’s needed for the Web to be considered a trustworthy application platform. The focus has been enabling hardware access for web applications (however sadly many of the APIs was then restricted to packaged apps because of their proprietary nature and security model), yet I think we should be putting more focus on advancing common JavaScript interfaces like Promise. I can’t say for sure that every innovation nowadays are valid solutions to the problems. However, as the saying goes, the first step toward fixing a problem is to admit there is one. Without advances in this area, browser as an application runtime will be left as-is, fill with legacies for its document reader era and force developers to load common libraries to shim it. It would be “a Web with kilobytes of jquery.js overhead.”, one smart man once told me.

(That’s one reason I kept mention EventTarget v.s. EventEmitter in this post: contrary to Promise v.s. DOMRequest, the EventEmitter use case have not yet been fulfilled by the platform implementations.)


The answer to the question at the beginning is: 1, 3, 6, 8, 2, 5, 4, 7. Since all the callbacks are asynchronous except (1), only (1) happens before (3), (6), and (8). Promise callbacks (2) and (5) are run asynchronous and they return before setTimeouts.

當代電腦:簡短的歷史故事與更短的抱怨

此文經由作者同意,翻譯自 David KendalModern computing: A short history and a shorter rant


在最初,使用電腦很不方便。要使用電腦就一定要學會寫程式:除此之外,沒有其他使用電腦方式了。學寫程式很難,它跟學習一種新的符號語言有關,而該符號語言只是設計用來給予電腦指令。

(此文將「當代」定義起始於微電腦時代(約 1970 年)以符合文意,但前述的歷史除了微電腦,也可以套用在與更早的大型主機上。)

有不少人,花了很長的時間,讓電腦能夠更容易使用,例如麥金塔(Macintosh)個人電腦,但使用上的方便並沒有使撰寫程式更容易(反而更難,因為撰寫圖形介面有更多新的程式語言寫法,所以程式比起原本在命令列上執行的更大)。因此,雖然有更多人買了這些「容易使用」的電腦,很少人學會寫程式。

到最後,這些設計電腦的人覺得,既然沒有人學寫程式,寫程式應該跟大部分的人無關。沒有人應該要為了用電腦而學寫程式,只有想要成為軟體開發者的人才需要寫程式。他們認為寫程式永遠都會是很難的事情,沒有人會想要學,除了專業、全職的程式設計師。

所以他們開始推出比起前代更「容易使用」的電腦。更加的「容易使用」,容易到人們完全無法在上面執行任何自己的程式。不只是那些讓使用者能撰寫程式的功能消失了,他們反過來不讓你在自己的電腦上執行自己的程式,除非你付額外的費用來啟用「開發功能」。

但是當最早的「容易使用」的電腦出現時,有其他人還是在努力的要讓撰寫程式能更容易,讓人人都有能力寫程式的。畢竟,寫程式很簡單:只要了解執行條件和重複而已。而且到最後他們還找出了連這些都不用了解的寫程式方法。

這些人知道撰寫程式並不是本質上困難的事情,會這樣只是因為工藝尚未精純,且早期的工具很粗糙且簡陋。他們知道他們可以做出更好的寫程式工具。

他們也知道會寫程式是一件有力量與啟發性的事,因為它讓你能夠完全掌握且控制你周遭的電腦裝置(而不是讓別人,像是某個「程式設計師」,幫你決定做他認為你會想要的)。他們知道,因為他們總是時時撰寫自己的程式。他們能讓電腦幫忙做所有想做的事,從幫助自閉兒童選擇最好的照片、或是選擇約會對象。他們擁有改造自己與周遭人們生活的能力,且他們想要將這個能力傳遞給所有人。


當然,這整篇「歷史」應該是現在進行式。不過有些「最近」的歷史的確是過去式:人們已經花了快半個世紀研究如何讓撰寫程式更加容易,只是他們的成果在個人電腦起飛之後多半被忽略。

反之,撰寫程式在新的電腦上變得越變越困難,尤其是 Apple 的裝置。這很可惜,因為 Apple 的設計很好,但他們似乎認為容許可撰寫程式的功能,和好設計與易用性是相衝突的。這樣的易用性根本就是個幻覺,因為在畫面之下,電腦是一模一樣的。更精確的說,這種「易用性」高的電腦是更不好用的:它無法為人人所用,只能提供某些人(專業程式設計師)所預期的行為。

只要「撰寫程式本來就是困難的事」這樣的迷思存在一日,電腦等裝置的真實力量永遠只能被少數人所掌握,且讓撰寫程式更為簡單的工具永遠不會出現。


譯註:

  • Computer、computing:譯為電腦,但泛指所有能夠執行程式的計算裝置(computing device)。可以很拗口的翻譯為「計算機」但是這不是一般詞彙。
  • Programming、programmability:譯為「撰寫程式」,因為沒有常用的中文詞彙。在簡體中文有很精準的動詞,即「编程」。