【JavaScript】常用设计模式及编程技巧（ES6描述）

平时的开发中可能不太需要用到设计模式，但是 JS 用上 设计模式 对于性能优化和项目工程化也是很有帮助的，下面就对常用的设计模式进行简单的介绍与总结。

1. 单例模式

定义：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

class Singleton {

  constructor(age) {

    this.age = age;

  }



  static getInstance(age) {

    const instance = Symbol.for('instance'); // 防止被覆盖

    if (!Singleton[instance]) {

        Singleton[instance] = new Singleton(age);

    }

    return Singleton[instance];

  }

}



const singleton = Singleton.getInstance(30);

const singleton2 = Singleton.getInstance(20);

console.log(singleton === singleton2); // true

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2. 策略模式

定义：定义一系列的算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可以相互替换。

策略模式的核心是整个分为两个部分：

• 第一部分是策略类，封装具体的算法；

• 第二部分是环境类，负责接收客户的请求并派发到策略类。

现在我们假定有这样一个需求，需要对表现为S、A、B的同事进行年终奖的计算，分别对应为4倍、3倍、2倍工资，常见的写法如下:

const calculateBonus = function (performanceLevel, salary) {

  if (performanceLevel === 'S') {

    return salary * 4;

  }

  if (performanceLevel === 'A') {

    return salary * 3;

  }

  if (performanceLevel === 'B') {

    return salary * 2;

  }

};



calculateBonus('B', 20000); // 40000

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可以看到，代码里面有较多的 if else 判断语句，如果对应计算方式改变或者新增等级，我们都需要对函数内部进行调整，且薪资算法重用性差，于是我们可以通过策略模式来进行重构，代码如下：

// 解决魔术字符串

const strategyTypes = {

  S: Symbol.for('S'),

  A: Symbol.for('A'),

  B: Symbol.for('B'),

};

// 策略类

const strategies = {

  [strategyTypes.S](salary) {

    return salary * 4;

  },

  [strategyTypes.A](salary) {

    return salary * 3;

  },

  [strategyTypes.B](salary) {

    return salary * 2;

  }

};

// 环境类

const calculateBonus = function (level, salary) {

  return strategies[level](salary);

};



calculateBonus(strategyTypes.S, 300); // 1200

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策略模式的优点：

• 利用组合、委托、多态等技术和思想，有效地避免了多重 if-else 语句；

• 提供了对开放-封闭原则的完美支持，将算法封装在独立的 strategy 中，使得它们易于切换、理解、扩展；

• strategy 中的算法也可以用在别处，避免许多复制粘贴；

缺点：

• 增加许多策略类或策略对象；

• 违反知识最少原则；

3. 代理模式

定义：为一个对象提供一个代用品或占位符，以便控制对它的访问。

3.1 虚拟代理

在程序世界里，操作可能是昂贵的，这时候 B 通过监听 C 的状态来将 A 的请求发送过去，减少开销。

代理的意义

单一职责: 就一个类(通常也包括对象和函数等)而言，应该仅有一个引起它变化的原因。如果一个对象承担了多项职责，就意味着这个对象将变得巨大，引起它变化的原因可能会有多个。

例子：图片预加载。

const myImage = (function () {
    const imgNode = document.createElement('img'); 
    document.body.appendChild(imgNode);
    return function (src) {
        imgNode.src = src;
    }
})();

const proxyImage = (function () {
    const img = new Image;
    img.onload = function () {
        myImage(this.src);
    }
    return function (src) {
        myImage('./loading.gif');
        img.src = src;
    }
})();

proxyImage('./test.jpg');
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这里的 myImage 只进行图片 src 的设置，其他代理的工作交给了 proxyImage 方法，符合单一职责原则。此外，也保证了代理和本体接口的一致性。

3.2 缓存代理

缓存代理可以为一些开销大的运算结果提供暂时的存储，在下次运算时，如果传递进来的参数跟之前一致，则可以直接返回前面存储的运算结果。

例子：计算乘积，缓存 ajax 数据。

const mult = function () {
    let a = 1;
    for (let i = 0, l = arguments.length; i < l; i++) {
    a = a * arguments[i];
    }
    return a;
}

const proxyMult = (function () {
    const cache = {};
    return function () {
    const args = Array.prototype.join.call(arguments, ','); 
    if (args in cache) {
        return cache[args];
    }
    return cache[args] = mult.apply(this, arguments);
    }
})();

const a = proxyMult(1, 2, 3, 4); // 输出:24
const b = proxyMult(1, 2, 3, 4); // 输出:24
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4. 观察者模式

观察者模式又叫发布—订阅模式，它定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都将得到通知。在 JavaScript 开发中，我们一般用事件模型来替代传统的观察者模式。

4.1 DOM 事件

最早接触到的观察者模式大概就是 DOM 事件了，比如用户的点击操作。我们没办法知道用户什么时候点击，但是当用户点击时，被点击的节点就会向订阅者发布消息。

document.body.addEventListener('click', function() {
  alert('我被点击啦!~');
});
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4.2 自定义事件

要实现自定义事件，需要进行三步：

1. 指定发布者；
2. 给发布者添加一个缓存列表，用以通知订阅者；
3. 遍历缓存列表依次触发存放在里面的订阅者的回调函数；

class Event {
  constructor() {
    this.eventListObj = {};
  }
  static getInstance() {
    const instance = Symbol.for('instance');
    if (!Event[instance]) {
      Event[instance] = new Event();
    }
    return Event[instance];
  }
  listen(key, fn) {
    if (!this.eventListObj[key]) {
      this.eventListObj[key] = [];
    }
    // 订阅消息添加进缓存列表
    this.eventListObj[key].push(fn);
  }
  trigger(key, ...args) {
    const fns = this.eventListObj[key];
    if (!fns || fns.length === 0) {
      return false;
    }
    fns.forEach((fn) => {
      fn.apply(this, args);
    });
  }
  remove(key, fn) {
    let fns = this.eventListObj[key];
    // 如果没有被订阅过
    if (!fns) {
      return false;
    }
    // 根据 fn 参数来判断是全部移除还是指定移除
    if (!fn) {
      fns && (fns.length = 0);
    } else {
      for (let i = 0; i < fn.length; i++) {
        const f = fns[i];
        if (f === fn) {
          fns.splice(i, 1);
        }
      }
    }
  }
}
const event = Event.getInstance(); // 全局发布者
const add = function (a, b) {
  console.log(a + b);
}
const minus = function (a, b) {
  console.log(a - b);
}
event.listen('add', add); // 订阅加法消息
event.listen('minus', minus); // 订阅减法消息

event.trigger('add', 1, 3); // 触发加法订阅消息
event.trigger('minus', 3, 1); // 触发减法订阅消息

console.log('------- before remove add function:');
console.log(event);

event.remove('add', add); // 取消加法订阅事件
console.log('------- after remove add function:');
console.log(event);
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执行结果：

例子：ajax 请求登录后进行多种操作，以及在 vue 中 emit 和 on，node.js 中的 events

5. 模板方法模式

模板方法模式是一种只需使用继承就可以实现的非常简单的模式。

模板方法模式由两部分结构组成，第一部分是抽象父类，第二部分是具体的实现子类。

通常在抽象父类中封装了子类的算法框架，包括实现一些公共方法以及封装子类中所有方法的执行顺序。

子类通过继承这个抽象类，也继承了整个算法结构，并且可以选择重写父类的方法。

下面我们来举个例子——假如我们要泡一杯茶和一杯咖啡步骤如下：

1. 把水煮沸
2. 用沸水 ( 冲泡咖啡 / 浸泡茶叶 )
3. 把 ( 咖啡 / 茶水 ) 倒进杯子
4. 加糖和牛奶 / 加柠檬

很容易发现其中第一步是共有的，其他步骤大体一致，那么我们就可以使用模板方法来实现它。( 假如有人不想加糖和牛奶怎么办呢？ )

// 抽象出饮料类用来表示咖啡和茶
class Beverage {
  init() {
    this.boilWater();
    this.brew();
    this.pourInCup();
    if (this.customerWantsCondiments()) {
      this.addCondiments();
    }
  }
  // 第一步：把水煮沸
  boilWater(){
    console.log('把水煮沸');
  }
  // 第二步：冲泡饮料，在子类中重写
  brew(){
    throw new Error('brew function must override in child');
  }
  // 第三步：倒出饮料，在子类中重写
  pourInCup(){
    throw new Error('pourInCup function must override in child');
  }
  // 第四步：个性化饮料，在子类中重写
  addCondiments(){
    throw new Error('addCondiments function must override in child');
  }
  // 钩子方法: 解决了有人不想加糖和牛奶的问题
  customerWantsCondiments() {
    return true;
  }
}

class Coffee extends Beverage {
  brew(){
    console.log('用沸水冲泡咖啡');
  }
  pourInCup(){
    console.log('把咖啡倒进杯子');
  }
  addCondiments(){
    console.log('加糖和牛奶');
  }
  //  不想个性化
  customerWantsCondiments() {
    return false;
  }
}

classTea extends Beverage {
  brew(){
    console.log('用沸水浸泡茶叶');
  }
  pourInCup(){
    console.log('把茶水倒进杯子');
  }
  addCondiments(){
    console.log('加柠檬');
  }
}

new Coffee().init();
new Tea().init();

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6. 职责链模式

职责连模式：通过把对象连成一条链，让请求沿着这条链传递，直到有一个对象能处理为止，解决了发送者和接收者之间的耦合。

A --> B --> C --> ... --> N，中间有一个对象能处理 A 对象的请求，如果没有需要在最后处理异常。

现实中的例子：早高峰挤公交的时候递公交卡，只需要往前递，总会递到售票员手里刷卡，而不用管递给了谁。

下面举一个实际的例子来看看——假如现在有个电商定金优惠券功能，付 500 元定金可以获得 100 元优惠券且一定能买到商品；付 200 元定金可以获得 50 元优惠券且一定能买到商品，如果付定金只能进入普通购买，需要在库存足够的时候才可以买到商品。我们顶一个一个函数，接收三个参数：

• orderType：1、2、3 分表代表 500 元定金， 200 元定金和无定金模式；
• pay：true、false 代表拍下订单是否付款；
• stock：number 代表库存余量；

const order = function (orderType, pay, stock) {
  if (orderType === 1) {
    if (pay === true) {
      console.log('获得 100 元优惠券');
    } else {
      if (stock > 0) {
        console.log('普通购买, 无优惠券');
      } else {
        console.log('库存不足');
      }
    }
  } else if (orderType === 2) {
    if (pay === true) {
      console.log('获得 50 元优惠券');
    } else {
      if (stock > 0) {
        console.log('普通购买, 无优惠券');
      } else {
        console.log('库存不足');
      }
    }
  } else if (orderType === 3) {
    if (stock > 0) {
      console.log('普通购买, 无优惠券');
    } else {
      console.log('库存不足');
    }
  }
}
order(1, true, 20); // 获得 100 元优惠券
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这显然不是一段好代码，大量的 if else 条件分支，如果业务再复杂一点，最后根本就没法看了。

那么我们通过 AOP 实现职责链：

const order500 = function (orderType, pay, stock) {
  if (orderType === 1 && pay === true) {
    return console.log('已支付定金，获得100元优惠券');
  }
  return 'NEXT';
}

const order200 = function (orderType, pay, stock) {
  if (orderType === 2 && pay === true) {
    return console.log('已支付定金，获得50元优惠券');
  }
  return 'NEXT';
}

const orderNormal = function (orderType, pay, stock) {
  if (stock > 0) {
    console.log('普通购买，无优惠券');
  } else {
    console.log('库存不足');
  }
}

Function.prototype.after = function (fn) {
  const self = this;
  return function (...args) {
    const result = self.apply(this, args);
    if (result === 'NEXT') {
      return fn.apply(this, args);
    }
    return result;
  }
}

const order = order500.after(order200).after(orderNormal);
order(1, false, 10);
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通过分解成三个独立的函数，返回处理不了的结果'NEXT'，交给下一个节点处理。通过 after 来进行绑定，最后我们在新增需求的时候可以在 after 中间插入即可，耦合度大大降低，但是这样也有一个不好的地方，职责链过长增加了函数的作用域。

7. 中介者模式

在程序里，对象经常会和其他对象进行通信，当项目比较大，对象很多的时候，这种通信就会形成一个通信网，当我们想要修改某一个对象时，需要十分小心，以免这些改动牵一发而动全身，导致出现BUG，非常的复杂。

中介者模式就是用来解除这些对象间的耦合，形成简单的对象到中介者到对象的操作。

下面以现实中的机场指挥塔为例说明。

• 如果没有指挥塔的情况，每一架飞机都需要和其他飞机进行通信，确保航线的安全，我们假设目的地相同就为航线不安全：

// 飞机类
class Plane {
  constructor(name, to) {
    this.name = name;
    this.to = to;
    this.otherPlanes = [];
  }
  success() {
    console.log(`${this.name} 可以正常飞行`);
  }
  fail(plane) {
    console.log(`${this.name} 与 ${plane.name} 航线冲突，请调整`);
  }
  fly() {
    let normal = true;
    let targetPlane = {};
    for (let i = 0; i < this.otherPlanes.length; i++) {
      if (this.otherPlanes[i].to === this.to) {
        normal = false;
        targetPlane = this.otherPlanes[i];
        break;
      }
    }
    if (normal === true) {
      this.success();
    } else {
      this.fail(targetPlane);
    }
  }
}

// 飞机工厂
class PlaneFactory {
  constructor() {
    this.planes = [];
  }
  static getInstance() {
    const instance = Symbol.for('instance'); // 防止被覆盖
    if (!PlaneFactory[instance]) {
      PlaneFactory[instance] = new PlaneFactory();
    }
    return PlaneFactory[instance];
  }
  plane(name, to) {
    const plane = new Plane(name, to);
    this.planes.push(plane);
    for (let i = 0; i < this.planes.length; i++) {
      if (plane.name !== this.planes[i].name) {
        plane.otherPlanes.push(this.planes[i]);
      }
    }
    return plane;
  }
}

const planeFactory = PlaneFactory.getInstance();

const planeA = planeFactory.plane('planeA', 1);
const planeB = planeFactory.plane('planeB', 2);
const planeC = planeFactory.plane('planeC', 3);
const planeD = planeFactory.plane('planeD', 2);

planeA.fly(); // planeA 可以正常飞行
planeB.fly(); // planeB 可以正常飞行
planeC.fly(); // planeC 可以正常飞行
planeD.fly(); // planeD 与 planeB 航线冲突，请调整
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当飞机足够多时，这样的方式就会变得非常复杂，而且某一天有飞机出故障维修不参与飞行，那么改动也是麻烦的。

• 存在指挥塔的情况，飞机不需要知道其他飞机的存在，只需要向指挥塔通信即可，而且添加了移除故障飞机的方法。

// 指挥塔
class Tower {
  constructor() {
    this.planes = [];
    this.operations = {
      add: this.add,
      remove: this.remove,
      fly: this.fly,
    };
  }
  static getInstance() {
    const instance = Symbol.for('instance'); // 防止被覆盖
    if (!Tower[instance]) {
      Tower[instance] = new Tower();
    }
    return Tower[instance];
  }
  receiveMessage(msg, ...args) {
    this.operations[msg].apply(this, args);
  }
  add(plane) {
    this.planes.push(plane);
  }
  remove(plane) {
    for (let i = 0; i < this.planes.length; i++) {
      if (this.planes[i].name === plane.name) {
        this.planes.splice(i, 1);
      }
    }
  }
  fly(plane) {
    let normal = true;
    let targetPlane = {};
    for (let i = 0; i < this.planes.length; i++) {
      if (this.planes[i].name !== plane.name && this.planes[i].to === plane.to) {
        normal = false;
        targetPlane = this.planes[i];
        break;
      }
    }
    if (normal === true) {
      plane.success();
    } else {
      plane.fail(targetPlane);
    }
  }
}

// 获得指挥塔实例
const tower = Tower.getInstance();

// 飞机类
class Plane {
  constructor(name, to) {
    this.name = name;
    this.to = to;
  }
  success() {
    console.log(`${this.name} 可以正常飞行`);
  }
  fail(plane) {
    console.log(`${this.name} 与 ${plane.name} 航线冲突，请调整`);
  }
  remove() {
    tower.receiveMessage('remove', this);
  }
  fly() {
    tower.receiveMessage('fly', this);
  }
}

// 飞机工厂
class PlaneFactory {
  static plane(name, to) {
    const plane = new Plane(name, to);
    tower.receiveMessage('add', plane);
    return plane;
  }
}

const planeA = PlaneFactory.plane('planeA', 1);
const planeB = PlaneFactory.plane('planeB', 2);
const planeC = PlaneFactory.plane('planeC', 3);
const planeD = PlaneFactory.plane('planeD', 2);

planeA.fly(); // planeA 可以正常飞行
planeB.fly(); // planeB 与 planeD 航线冲突，请调整
planeC.fly(); // planeC 可以正常飞行
planeD.fly(); // planeD 与 planeB 航线冲突，请调整
planeD.remove(); // 假如 planeD 出故障了，进行移除
planeB.fly(); // planeB 可以正常飞行
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中介者模式是知识最少原则的一种实现，是指一个对象尽可能少的了解其他的对象，如果对象之间的耦合度过高，一个对象发生改变之后，难免会影响到其他对象，在中介者模式中，对象几乎不知道其他对象的存在，它们只能通过中介者对象来通信。但是这样的结果就是中介者对象难免会变的臃肿。

8. 装饰者模式

装饰者（decorator）模式：给对象动态地增加职责的方式。

我们在开发中经常会使用到，因为在 JavaScript 中对对象动态操作是一件再简单不过的事情了。

const person = {
  name: 'shelly',
  age: 18,
}
person.job = 'student';
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装饰函数

给对象扩展属性和方法相对简单，但是在改写函数时却不是那么容易，尤其是尽量保证开放-封闭原则的前提下。我们可以通过使用 AOP 装饰函数来达到理想的效果。

let add = function (a, b) {
  console.log(a + b);
}
// 在函数执行之前执行
Function.prototype.before = function (beforeFn) {
  const self = this;
  return function (...args) {
    beforeFn.apply(this, args);
    return self.apply(this, args);
  }
}
// 在函数执行之后执行
Function.prototype.after = function (afterFn) {
  const self = this;
  return function (...args) {
    const result = self.apply(this, args);
    afterFn.apply(this, args);
    return result;
  }
}
// 装饰 add 函数
add = add
  .before(function () {
    console.log('before add');
  })
  .after(function () {
    console.log('after add');
  });

add(1, 2);
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9. 设计原则和编程技巧

9.1 单一职责原则

单一职责原则（SRP）：一个对象（方法）只做一件事情。如果一个方法承担了过多的职责，将来改写它的可能性就越大。

这一原则在单例模式、代理模式中都有广泛的应用。

何时该分离？

这是很难把控的一个点，比如 ajax 请求，创建 xhr 对象和发送请求虽然是两个职责，但是他们是一起变化，可以不用分离；像 jQuery 的 attr 方法，既赋值，又取值，理论上应该分离，却方便了用户。所以需要我们在实际上拿捏。

9.2 最少知识原则

最少知识原则（LKP）：一个软件实体应当尽可能地少于其他实体发生相互作用。这里的实体包括了对象、类、模块、函数等。

常见的做法是引入第三方对象来承担多个对象间的通信，例如中介者模式、封装。

9.3 开放 - 封闭原则

开放 - 封闭原则（OCP）：软件实体（类、模块、函数）等应该是可以扩展的，但是不可修改。

OCP 在几乎所有的设计模式中得到了很好的表现。

9.3.1 扩展

假如我们要修改一个函数，业务逻辑极其复杂，那么我们遵守开放 - 封闭原则在原来的基础绑定一个 after 方法，传入回调函数实现我们新的需求而不用去改变之前的代码。

let theMostComplicatedFn = function (a, b) {
  console.log('我是极其复杂的函数');
  console.log(a + b);
}
theMostComplicatedFn.after = function (afterFn) {
  const self = this;
  return function (...args) {
    afterFn.apply(this, args);
    const result = self.apply(this, args);
    return result;
  }
}
theMostComplicatedFn = theMostComplicatedFn.after(function (a, b) {
  console.log(a, b);
});

theMostComplicatedFn(1, 2);
// 1 2
// 我是极其复杂的函数
// 3
复制代码

9.3.2 多态

利用对象的多态性也可以让程序遵循开放 - 封闭原则，这是一个常用的技巧。

我们都知道猫吃鱼，狗吃肉，那么我们用代码来表达一下。

const food = function (animal) {
  if (animal instanceof Cat) {
    console.log('猫吃鱼');
  } else if (animal instanceof Dog) {
    console.log('狗吃肉');
  }
}

class Dog {}
class Cat {}
food(new Dog()); // 狗吃肉
food(new Cat()); // 猫吃鱼
复制代码

有一天加入了羊，又得再加一个 else if 来判断，如果很多呢？那么我们就要一直去改变 food 函数，这显然不是一种好的方法。我们现在可以利用多态性，将共同的 food 抽取出来。

const food = function (animal) {
  animal.food();
}

class Dog {
  food() {
    console.log('狗吃肉');
  }
}
class Cat {
  food() {
    console.log('猫吃鱼');
  }
}
class Sheep {
  food() {
    console.log('羊吃草');
  }
}
food(new Dog()); // 狗吃肉
food(new Cat()); // 猫吃鱼
food(new Sheep()); // 羊吃草
复制代码

这样，当我们以后要增加新的动物时，就不需要每次都去改变 food 函数了。

9.3.3 其他方式

钩子函数、回调函数。

9.4 代码重构

9.4.1 提炼函数

把一段代码提炼成函数的好处是：

• 避免出现超大函数
• 独立出来的函数有利于代码复用
• 独立出来的函数更容易被覆写
• 独立出来的函数如果有一个好的命名，它本身就起到了注释的作用

9.4.2 合并重复的条件片段

如果一个函数体内有一些条件分支语句，而这些条件分支语句的内部散布了一些重复的代码，那么就有必要进行合并去重工作。

9.4.3 把条件分支语句提炼成函数

下面是一个例子：

const getPrice = function (price) {
  const date = new Date();
    if (date.getMonth() >= 6 && date.getMonth() <=9) { // 夏天
      return price * 0.8;
    }
    return price;
}
复制代码

条件语句乍一看需要理解一会儿，那么此处可以做一下调整：

// 通过函数名也起到了注释作用
const isSummer = function () {
  const month = new Date().getMonth();
  return month >= 6 && month <=9;
}

const getPrice = function (price) {
  const date = new Date();
  if (isSummer()) {
    return price * 0.8;
  }
  return price;
}
复制代码

9.4.4 合理使用循环

在函数体内，如果有些代码实际上负责的是一些重复性的工作，那么合理利用循环不仅可以完成同样的功能，还可以使代码量更少。我们以创建 xhr 对象为例：

const createXHR = function () {
  let xhr;
  try {
    xhr = new ActiveXObject('MSXML2.XMLHttp.6.0');
  } catch (e) {
    try {
      xhr = new ActiveXObject('MSXML2.XMLHttp.3.0');
    } catch (e) {
      xhr = new ActiveXObject('MSXML2.XMLHttp');
    }
  }
  return xhr;
};
const xhr = createXHR();
复制代码

下面我们通过循环，可以达到和上面一样的效果：

const createXHR = function () {
  const versions = ['MSXML2.XMLHttp.6.0ddd', 'MSXML2.XMLHttp.3.0', 'MSXML2.XMLHttp'];
  for (let i = 0, version; version = versions[i++];) {
    try {
      return new ActiveXObject(version);
    } catch (e) {
    }
  }
};
const xhr = createXHR();
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9.4.5 提前让函数退出代替嵌套条件分支

在多层条件分支语句中，我们可以挑选一些分支，在进入这些分支后，就立即让函数退出，减少非关键代码的混淆。

9.4.6 传递对象参数代替过长的参数列表

函数参数过长过多会引起调用调用者的不适，可能出现传少或传反的情况。如果有这种情况，我们可以通过将参数包装成一个对象传入函数，然后在函数体内进行取值就可以了。