架构之思-分析那些深入骨髓的设计原则

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引子

遵从SOLID五大设计原则、遵从三大编程范式……很多的设计原则对于像我这样工作十几年的人来说,已经刻到了骨髓里。

在平时工作中,不自觉的进行了熟练的运用:看到公司里有个基础数据这样的服务,明知道很难很难也要决心治理掉:“这种服务不应该存在!任何一个软件模块都应该只对一个用户或系统利益相关者负责(单一职责原则)。我们的代码是要长长久久运行N个世纪的,不应该将领域不清的部分堆到一处!”

有一次跟刚工作几年的小伙子讨论的时候,就是《面对编码分歧怎样展开讨论》里逻辑分析那一段,我突然意识到自己正面临着危险:很多原则是在很多年前思考并开始运用了,那时候的批判性思维还很弱,时代也在飞速的发展,是不是很多金科玉律当时并没有想明白、或者理解有偏差、或者应该被更新了。我是否正在逐渐走向经验主义?

想到这里,我决心从头来梳理分析自己深入骨髓的设计原则。

软件设计原则

软件设计原则

SOLID原则

先简单回忆一下SOLID原则的内容:

SRP:单一职责原则,任何一个软件模块应该只对某一类行为者负责。

OCP:开闭原则,设计良好的软件应该易于扩展(对扩展开放),同时抗拒修改(对修改关闭)。

LSP:里氏替换原则,尽量使用抽象(如父类),避免使用具体(如子类),以便于方便的进行替换。

ISP:接口隔离原则,客户端不应该依赖于它不需要的接口。这里啰嗦两句,Bob大叔在自己的巅峰之作《架构整洁之道》中详细介绍了SOLID原则,后来设计原则逐渐演变为六大,多出来的一个是LOD迪米特法则,又称最少知识原则,我一直找不到六大设计原则的出处,知道的朋友还烦请告知。我个人观点,接口隔离原则与迪米特法则异曲同工,所以没有必要放进来。

DIP:依赖反转原则,多使用抽象接口,尽量避免使用多变的实现类。

《面对编码分歧怎样展开讨论》里逻辑分析那一段,我本身之所以认为自己是对的,原因是同事的设计违反了LSP里氏替换原则和DIP依赖反转原则,同时还间接的违反了OCP开闭原则。

落笔在这个地方踌躇了很久。我该怎么证明自己这样是对的还是错的呢?这个问题最后还是想起了Bob大叔的观点,才和自己达成和解。

Bob大叔说:

科学和数学在证明方法上有着根本性的不同,科学理论和科学定律通常是无法被证明的,比如我们没法证明万有引力的正确性,但我们可以用科学实验来演示这些定律的正确性。而且不管做多少次正确的实验,也无法排除在今后的某次实验可能会推翻万有引力定律的可能性。这就是科学理论和定律的特点:它们可以被伪证,但是没有办法被证明。如果某个结论经过一定努力没有办法证明是伪证,我们则认为它在当下是足够正确的。

从这里吸取的营养是:我应该从本身这么做是否正确出发。《面对编码分歧怎样展开讨论》里逻辑分析那一段,实际上同事已经认同了他要解决的问题有别的方法去解决,而我的建议有更好的扩展性和可维护性。

扩展性和可维护性又在软件领域有多重要的作用呢?软件之所以叫软件,软本身就有灵活的意思,如果以后都不太会变化,这段逻辑刻在硬件上不是更高效嘛。为了达到软件的本来目的,软件系统必须足够软,应该很容易被修改。

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三大编程范式

先来简单回忆一下三大编程范式:

结构化编程

结构化编程对程序控制权的直接转移进行了限制和规范。

对结构化编程的结构举个例子,大家就明白了:顺序结构、分支结构和循环结构。现在大多数编程语言都禁止使用goto这样的无限制跳转语句,因为它将会损害程序的整体结构。

工作十几年,自己从未写过goto语句。但是见过一些源码有goto语句的,那时候才见识了goto的厉害:用它可以跳转到任何代码位置,不受限制。它破坏了程序的封装,修改一个类的内部结构变的很危险,增加了耦合性。

不过我们不必担心自己没有遵循结构化编程的范式,只要是按照编程语言推荐的语法都是遵循这一范式的。

面向对象编程

面向对象编程对程序控制权的间接转移进行了限制和规范。

面向过程和面向对象最大的不同在于,面向对象有更好的可读性和重用性。

记得头几年评价别人代码写的不怎么样会这样说:这个同学用面向对象的语言写出了面向过程的程序。

函数式编程

函数式编程对程序中的赋值进行了限制和规范。

面向对象编程是对数据进行抽象,函数式编程是对行为的抽象。我们来理解一下什么是对行为的抽象。

下面代码可以被编译通过:

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

下面代码不可以被编译通过:

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

提示说i应该是final或者effectively(实际上) final。

为什么函数式编程要求用到的变量i为不可变的?但是没有要求x是不可变呢?

区别是x是函数的参数也就是输入,i是函数外变量。而函数式编程是对行为抽象,就是说对输入进行了一系列的处理行为,得到一个输出;不能对其他数据进行操作,对其他数据操作是面向编程做的事情。

举个生活中的例子:

记得高中的时候特别喜欢陆游那首<卜算子.咏梅>

驿外断桥边,寂寞开无主。已是黄昏独自愁,更着风和雨。无意苦争春,一任群芳妒。零落成泥碾作尘,只有香如故。

这首古文描述了对梅花的加工行为。这个行为抽象为函数是这个样子的:

function 梅花变香泥(一枝梅) {
    第一步:孤立它
    第二步:让它经历黑暗
    第三步:让它经历风雨
    第四步:让其他花儿妒忌它
    第五步:让它凋落到泥里化为尘土只保留香气
}

这里“梅花变香泥”行为被抽象,对调用者来说只要调用了这个函数,就是调用了那5步骤的行为。这里仅能对一枝梅处理,一枝红杏出墙来到这里,她只能对这枝梅产生改变,她可以嫉妒这枝梅冬天开放。“梅花已谢杏花新”,让梅花零落成泥后让杏花开放,这就不是这个函数该做的事了。

面向对象编程可以做这件事情,它是对数据的抽象:

暖气潜催次第春,梅花已谢杏花新。

 

暖气对象 暖气;
春对象 春;
梅花对象 梅花;
杏花对象 杏花;
public 春对象 描述春天() {
    梅花.状态=谢了;
    杏花.状态=开了;
    春.空气状态=暖气;
    春.梅花状态=谢了;
    春.杏花状态=开了;
    return 春;
}

我有对结构化编程没有什么疑问,毕竟50年前有人就用数学方法证明了顺序结构、分支结构和循环结构的正确性。

但是作为一直以java语言作为主要开发语言的我,java是面向对象的这句话一直在脑子里和引入函数式做斗争。

函数式编程确实有很多优势:因为函数式编程的引入变量都是不可变的,虚拟机实现时可以去掉很多多余的锁,并发处理更快;代码简洁;内聚性更好……
我仔细想了一下,对诸如java这种面向对象的编程语言来说,函数式编程和面向接口编程一样,是局部实现的技巧,整体结构还是面向对象的。

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后记

在上篇《架构师之路-redis集群解析》最后我说到如果在看超过10,我就写篇架构师三大难的文章,只可惜周六发文一向阅读量不高,虽然“在看率”较平时已经提高很多了,目前还没达到。但是“在看率”上来了,可以感受到大家的支持,让我充满力量。女孩子嘛,比较感性,决定本周加更这篇,表达一下自己的感恩~~

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