软件架构模式—分层模式
架构模式是什么
软件架构模式,诞生于软件开发的最大难题——需求变更。由于需求变更,导致了大量项目因为超出预算的人力、时间而归于失败。软件开发成本有限的,但需求变更似乎是无限的,这成为了一个非常难解决的问题。
软件需求变更的结果,基本上就是对于软件代码的修改。而软件代码的修改却是程序员们最头疼的事情。因为一些大型系统,其代码根本就无法完全看懂,即便能了解部分细节,在着手修改的时候,也会碰到“触一发而动全身”的问题:因为有些功能的修改,需要修改整个系统的很多部分,导致了无穷的BUG。另外一个致命的问题,就是在紧迫的时间内,对于代码的修改往往只能依赖有限的一个或几个程序员,只有他们对系统是最熟悉的。但是面临巨大的工作量,几乎无法让更多的程序员参与进来,其他人只能干瞪眼。一旦熟悉系统的程序员离职,有可能就代表了整个系统无法维护。即便是系统能分割给几个人负责,在“集成”几个部分的代码的时候,其调试和除错的工作,又常常是旷日持久的,因为那些从来没协作过的代码,隐藏着大量的误解和不兼容问题。——这一切的根源,其实只是一个最简单的事实,就是系统中对于“代码耦合”的结构问题。糟糕的代码耦合让整个系统变得难以理解、难以修改、难以分工、难以集成。
针对代码耦合的问题,软件界进行了大量的理论研究和实践,最后发现:系统的架构设计,是改善耦合的最好方式。架构设计的本质,就是:
划分耦合的单位——也就是划分模块。系统应该划分成什么样的模块,代表了设计者对于系统应对的需求的基本理解。一旦能清晰的划分出模块了,其代码耦合就有了最基本的范围。而模块本身也是提示程序员理解系统的基本单位。
规范耦合的形式——代码耦合的形式有很多种,如直接调用、事件响应、消息队列等等,这些形式提供了代码耦合的不同特征。直接调用的代码在静态阅读的时候非常容易理解,而事件响应则提供了运行时耦合的好处。耦合的形式还有另外一层含义,就是代码耦合的规范:那些模块之间应该直接耦合,哪些不能耦合,是否应该加入中间层次等等。
这两个关于耦合的设计,就形成了各种架构设计。
在软件界多年的架构设计工作之后,人们总结出一些经验,这些经验被成为“架构模式”。架构模式包含了“名称”“适应场景”“模块定义”“模块关系”这几个部分。没有任何一种架构模式是万能的,所以每个模式都必须有“适应场景”。而模式本身的内容,就是通过“模式定义”和“模块关系”两个层面的规定来表现出来。除了模式的本身内容,为了理解某种特定的架构模式,人们还会附带上一些应用案例,好让学习者能通过实例来理解这种设计的真谛。最后,还会有些关于某种设计模式的实现手段——在面向对象的设计思想下,往往会使用一种或者多种“设计模式”来作为实现。当然只要是符合架构模式的耦合规定的,都可以成为某种架构模式的实践,但是使用软件业常见的“设计模式”,还是能比较轻松的去用代码来实现这些架构。
在软件界多年的架构设计工作之后,人们总结出一些经验,这些经验被成为“架构模式”。架构模式包含了“名称”“适应场景”“模块定义”“模块关系”这几个部分。没有任何一种架构模式是万能的,所以每个模式都必须有“适应场景”。而模式本身的内容,就是通过“模式定义”和“模块关系”两个层面的规定来表现出来。除了模式的本身内容,为了理解某种特定的架构模式,人们还会附带上一些应用案例,好让学习者能通过实例来理解这种设计的真谛。最后,还会有些关于某种设计模式的实现手段——在面向对象的设计思想下,往往会使用一种或者多种“设计模式”来作为实现。当然只要是符合架构模式的耦合规定的,都可以成为某种架构模式的实践,但是使用软件业常见的“设计模式”,还是能比较轻松的去用代码来实现这些架构。
分层模式
分层模式的规定非常简单而有效:
每个模块都必须属于某个层次,提供给“第N+1层”(上层)服务;同时委派任务给“第N-1层”的模块。
任何一个模块,都不得逆层次调用:属于第N层的模块,不得调用(耦合)第N+1层或以上层次的模块。
任何一个模块,都不得跨层调用:属于第N层的模块,不应该调用第N-2层或更下层的模块。
分层模式是架构中最基本的模式,但是也是我们开发中最被忽视的模式。我们开发中往往没有去定义代码的“层次”,仅仅以“功能”纵向划分模块,没有按实现层次横向切分。
门面模式、策略模式都常常用来实现分层架构。
上文所说的例子,后来改造成了分层模型:
1)重复代码减少了,功能开发更快了——一顶层开发只需要学习下层类库,就可以开始开发;近似功能模块被统一,修BUG覆盖面更好。
2)性能提升代码能更好的覆盖了——集中了通用实现代码,也集中了优化部分。
3)可以并行开发,资深人员负责底层,一般人员负责上层。
总结一下分层模式:
“模式的模式”——强大同时灵活
适应:集成不同类型功能 ——当我们需要把很多不同功能的代码集成起来的时候,这种模式提供了最合理的结构。能让我们的代码有足够的灵活性去应对需求变更。
不适应:简单业务模型——如果系统本身不复杂(或者叫做可预期的修改很少),建立各种层次,然后为了符合层次间调用的规定,会增加很多不必要的代码,陷入过度设计的泥坑。
方法论:以业务逻辑特征建模 ——使用分层模式,往往需要我们在大脑里对问题领域进行层次抽象,这种抽象最可信赖的原则,就是按照业务逻辑去做。比如现实业务中有一个角色,我们就建立一个角色的模块;如果我们有一个场景,就以此为名建立一个这样的模块……。以业务逻辑建立的模块,本身也会让系统更容易被理解,因为在代码里能找到和现实中一一对应的概念。
设计模式实现:
门面模式 ——我们对于每个模块或者每个层次都会设计一个“门面”来降低耦合的复杂程度。
策略模式——抽象层次会隐藏底层的实现细节,这就是策略模式最基本的设计,我们往往会把上层作为功能接口,下层作为可选的策略来实现。