架構之思-分析那些深入骨髓的設計原則

程式設計一生發表於2021-11-03

引子

遵從SOLID五大設計原則、遵從三大程式設計正規化……很多的設計原則對於像我這樣工作十幾年的人來說,已經刻到了骨髓裡。

在平時工作中,不自覺的進行了熟練的運用:看到公司裡有個基礎資料這樣的服務,明知道很難很難也要決心治理掉:“這種服務不應該存在!任何一個軟體模組都應該只對一個使用者或系統利益相關者負責(單一職責原則)。我們的程式碼是要長長久久執行N個世紀的,不應該將領域不清的部分堆到一處!”

有一次跟剛工作幾年的小夥子討論的時候,就是《面對編碼分歧怎樣展開討論》裡邏輯分析那一段,我突然意識到自己正面臨著危險:很多原則是在很多年前思考並開始運用了,那時候的批判性思維還很弱,時代也在飛速的發展,是不是很多金科玉律當時並沒有想明白、或者理解有偏差、或者應該被更新了。我是否正在逐漸走向經驗主義?

想到這裡,我決心從頭來梳理分析自己深入骨髓的設計原則。

 

SOLID原則

先簡單回憶一下SOLID原則的內容:

SRP:單一職責原則,任何一個軟體模組應該只對某一類行為者負責。

OCP:開閉原則,設計良好的軟體應該易於擴充套件(對擴充套件開放),同時抗拒修改(對修改關閉)。

LSP:里氏替換原則,儘量使用抽象(如父類),避免使用具體(如子類),以便於方便的進行替換。

ISP:介面隔離原則,客戶端不應該依賴於它不需要的介面。這裡囉嗦兩句,Bob大叔在自己的巔峰之作《架構整潔之道》中詳細介紹了SOLID原則,後來設計原則逐漸演變為六大,多出來的一個是LOD迪米特法則,又稱最少知識原則,我一直找不到六大設計原則的出處,知道的朋友還煩請告知。我個人觀點,介面隔離原則與迪米特法則異曲同工,所以沒有必要放進來。

DIP:依賴反轉原則,多使用抽象介面,儘量避免使用多變的實現類。

《面對編碼分歧怎樣展開討論》裡邏輯分析那一段,我本身之所以認為自己是對的,原因是同事的設計違反了LSP里氏替換原則和DIP依賴反轉原則,同時還間接的違反了OCP開閉原則。

落筆在這個地方躊躇了很久。我該怎麼證明自己這樣是對的還是錯的呢?這個問題最後還是想起了Bob大叔的觀點,才和自己達成和解。

Bob大叔說:

科學和數學在證明方法上有著根本性的不同,科學理論和科學定律通常是無法被證明的,比如我們沒法證明萬有引力的正確性,但我們可以用科學實驗來演示這些定律的正確性。而且不管做多少次正確的實驗,也無法排除在今後的某次實驗可能會推翻萬有引力定律的可能性。 

這就是科學理論和定律的特點:它們可以被偽證,但是沒有辦法被證明。如果某個結論經過一定努力沒有辦法證明是偽證,我們則認為它在當下是足夠正確的。

從這裡吸取的營養是:我應該從本身這麼做是否正確出發。《面對編碼分歧怎樣展開討論》裡邏輯分析那一段,實際上同事已經認同了他要解決的問題有別的方法去解決,而我的建議有更好的擴充套件性和可維護性。

擴充套件性和可維護性又在軟體領域有多重要的作用呢?軟體之所以叫軟體,軟本身就有靈活的意思,如果以後都不太會變化,這段邏輯刻在硬體上不是更高效嘛。為了達到軟體的本來目的,軟體系統必須足夠軟,應該很容易被修改。

三大程式設計正規化

先來簡單回憶一下三大程式設計正規化:

結構化程式設計

結構化程式設計對程式控制權的直接轉移進行了限制和規範。

對結構化程式設計的結構舉個例子,大家就明白了:順序結構、分支結構和迴圈結構。現在大多數程式語言都禁止使用goto這樣的無限制跳轉語句,因為它將會損害程式的整體結構。

工作十幾年,自己從未寫過goto語句。但是見過一些原始碼有goto語句的,那時候才見識了goto的厲害:用它可以跳轉到任何程式碼位置,不受限制。它破壞了程式的封裝,修改一個類的內部結構變的很危險,增加了耦合性。

不過我們不必擔心自己沒有遵循結構化程式設計的正規化,只要是按照程式語言推薦的語法都是遵循這一正規化的。

物件導向程式設計

物件導向程式設計對程式控制權的間接轉移進行了限制和規範。

程式導向和麵向物件最大的不同在於,物件導向有更好的可讀性和重用性。

記得頭幾年評價別人程式碼寫的不怎麼樣會這樣說:這個同學用物件導向的語言寫出了程式導向的程式。

函數語言程式設計

函數語言程式設計對程式中的賦值進行了限制和規範。

物件導向程式設計是對資料進行抽象,函數語言程式設計是對行為的抽象。我們來理解一下什麼是對行為的抽象。

下面程式碼可以被編譯通過:

new ArrayList<Integer>().stream().forEach(x-> System.out.println(x=x+1));

下面程式碼不可以被編譯通過:

int i =0;
new ArrayList<Integer>().stream().forEach(x-> System.out.println(i+=x));

提示說i應該是final或者effectively(實際上) final。

為什麼函數語言程式設計要求用到的變數i為不可變的?但是沒有要求x是不可變呢?

區別是x是函式的引數也就是輸入,i是函式外變數。而函數語言程式設計是對行為抽象,就是說對輸入進行了一系列的處理行為,得到一個輸出;不能對其他資料進行操作,對其他資料操作是面向程式設計做的事情。

舉個生活中的例子:

記得高中的時候特別喜歡陸游那首<卜運算元.詠梅>

驛外斷橋邊,寂寞開無主。

已是黃昏獨自愁,更著風和雨。 

無意苦爭春,一任群芳妒。

零落成泥碾作塵,只有香如故。

這首古文描述了對梅花的加工行為。這個行為抽象為函式是這個樣子的:

function 梅花變香泥(一枝梅) {
    第一步:孤立它
    第二步:讓它經歷黑暗
    第三步:讓它經歷風雨
    第四步:讓其他花兒妒忌它
    第五步:讓它凋落到泥裡化為塵土只保留香氣
}

這裡“梅花變香泥”行為被抽象,對呼叫者來說只要呼叫了這個函式,就是呼叫了那5步驟的行為。這裡僅能對一枝梅處理,一枝紅杏出牆來到這裡,她只能對這枝梅產生改變,她可以嫉妒這枝梅冬天開放。“梅花已謝杏花新”,讓梅花零落成泥後讓杏花開放,這就不是這個函式該做的事了。

物件導向程式設計可以做這件事情,它是對資料的抽象:

暖氣潛催次第春,梅花已謝杏花新。

暖氣物件 暖氣;
春物件 春;
梅花物件 梅花;
杏花物件 杏花;
public 春物件 描述春天() {
    梅花.狀態=謝了;
    杏花.狀態=開了; 
   春.空氣狀態=暖氣; 
   春.梅花狀態=謝了; 
   春.杏花狀態=開了; 
   return 春;
}

我有對結構化程式設計沒有什麼疑問,畢竟50年前有人就用數學方法證明了順序結構、分支結構和迴圈結構的正確性。

但是作為一直以java語言作為主要開發語言的我,java是物件導向的這句話一直在腦子裡和引入函式式做鬥爭。

函數語言程式設計確實有很多優勢:因為函數語言程式設計的引入變數都是不可變的,虛擬機器實現時可以去掉很多多餘的鎖,併發處理更快;程式碼簡潔;內聚性更好……
我仔細想了一下,對諸如java這種物件導向的程式語言來說,函數語言程式設計和麵向介面程式設計一樣,是區域性實現的技巧,整體結構還是物件導向的。

後記

在上篇《架構師之路-redis叢集解析》最後我說到如果在看超過10,我就寫篇架構師三大難的文章,只可惜週六發文一向閱讀量不高,雖然“在看率”較平時已經提高很多了,目前還沒達到。但是“在看率”上來了,可以感受到大家的支援,讓我充滿力量。女孩子嘛,比較感性,決定本週加更這篇,表達一下自己的感恩~~

 

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