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好的软件架构设计 架构设计的方法学专访架构师周爱民:谈企业软件架构设计C++之设计模式实现代码

2013年11月16日 ⁄ 综合 ⁄ 共 22148字 ⁄ 字号 评论关闭

什么是架构

前言:软体设计师中有一些技术水平较高、经验较为丰富的人,他们需要承担软件系统的架构设计,也就是需要设计系统的元件如何划分、元件之间如何发生相互作用,以及系统中逻辑的、物理的、系统的重要决定的作出。在很多公司中,架构师不是一个专门的和正式的职务。通常在一个开发小组中,最有经验的程序员会负责一些架构方面的工作。在一个部门中,最有经验的项目经理会负责一些架构方面的工作。但是,越来越多的公司体认到架构工作的重要性。

  什么是软件系统的架构(Architecture)?一般而言,架构有两个要素:

  ·它是一个软件系统从整体到部分的最高层次的划分。

  一个系统通常是由元件组成的,而这些元件如何形成、相互之间如何发生作用,则是关于这个系统本身结构的重要信息。

  详细地说,就是要包括架构元件(Architecture Component)、联结器(Connector)、任务流(Task-flow)。所谓架构元素,也就是组成系统的核心"砖瓦",而联结器则描述这些元件之间通讯的路径、通讯的机制、通讯的预期结果,任务流则描述系统如何使用这些元件和联结器完成某一项需求。

  ·建造一个系统所作出的最高层次的、以后难以更改的,商业的和技术的决定。

  在建造一个系统之前会有很多的重要决定需要事先作出,而一旦系统开始进行详细设计甚至建造,这些决定就很难更改甚至无法更改。显然,这样的决定必定是有关系统设计成败的最重要决定,必须经过非常慎重的研究和考察。

  计算机软件的历史开始于五十年代,历史非常短暂,而相比之下建筑工程则从石器时代就开始了,人类在几千年的建筑设计实践中积累了大量的经验和教训。建筑设计基本上包含两点,一是建筑风格,二是建筑模式。独特的建筑风格和恰当选择的建筑模式,可以使一个独一无二。

  下面的照片显示了中美洲古代玛雅建筑,Chichen-Itza大金字塔,九个巨大的石级堆垒而上,九十一级台阶(象征着四季的天数)夺路而出,塔顶的神殿耸入云天。所有的数字都如日历般严谨,风格雄浑。难以想象这是石器时代的建筑物。


图1、位于墨西哥Chichen-Itza(在玛雅语中chi意为嘴chen意为井)的古玛雅建筑。(摄影:作者)

  软件与人类的关系是架构师必须面对的核心问题,也是自从软件进入历史舞台之后就出现的问题。与此类似地,自从有了建筑以来,建筑与人类的关系就一直是建筑设计师必须面对的核心问题。英国首相丘吉尔说,我们构造建筑物,然后建筑物构造我们(We shape our buildings, and afterwards our buildings shape us)。英国下议院的会议厅较狭窄,无法使所有的下议院议员面向同一个方向入座,而必须分成两侧入座。丘吉尔认为,议员们入座的时候自然会选择与自己政见相同的人同时入座,而这就是英国政党制的起源。Party这个词的原意就是"方"、"面"。政党起源的关键就是建筑物对人的影响。

  在软件设计界曾经有很多人认为功能是最为重要的,形式必须服从功能。与此类似地,在建筑学界,现代主义建筑流派的开创人之一Louis Sullivan也认为形式应当服从于功能(Forms follows function)。

  几乎所有的软件设计理念都可以在浩如烟海的建筑学历史中找到更为遥远的历史回响。最为著名的,当然就是模式理论和XP理论。

  架构的目标是什么

  正如同软件本身有其要达到的目标一样,架构设计要达到的目标是什么呢?一般而言,软件架构设计要达到如下的目标:

  ·可靠性(Reliable)。软件系统对于用户的商业经营和管理来说极为重要,因此软件系统必须非常可靠。

  ·安全行(Secure)。软件系统所承担的交易的商业价值极高,系统的安全性非常重要。

  ·可扩展性(Scalable)。软件必须能够在用户的使用率、用户的数目增加很快的情况下,保持合理的性能。只有这样,才能适应用户的市场扩展得可能性。

  ·可定制化(Customizable)。同样的一套软件,可以根据客户群的不同和市场需求的变化进行调整。

  ·可扩展性(Extensible)。在新技术出现的时候,一个软件系统应当允许导入新技术,从而对现有系统进行功能和性能的扩展

  ·可维护性(Maintainable)。软件系统的维护包括两方面,一是排除现有的错误,二是将新的软件需求反映到现有系统中去。一个易于维护的系统可以有效地降低技术支持的花费

  ·客户体验(Customer Experience)。软件系统必须易于使用。

  ·市场时机(Time to Market)。软件用户要面临同业竞争,软件提供商也要面临同业竞争。以最快的速度争夺市场先机非常重要。

  架构的种类

  根据我们关注的角度不同,可以将架构分成三种:

  ·逻辑架构、软件系统中元件之间的关系,比如用户界面,数据库,外部系统接口,商业逻辑元件,等等。

  比如下面就是笔者亲身经历过的一个软件系统的逻辑架构图

 

图2、一个逻辑架构的例子

  从上面这张图中可以看出,此系统被划分成三个逻辑层次,即表象层次,商业层次和数据持久层次。每一个层次都含有多个逻辑元件。比如WEB服务器层次中有HTML服务元件、Session服务元件、安全服务元件、系统管理元件等。

  ·物理架构、软件元件是怎样放到硬件上的。

  比如下面这张物理架构图描述了一个分布于北京和上海的分布式系统的物理架构,图中所有的元件都是物理设备,包括网络分流器、代理服务器、WEB服务器、应用服务器、报表服务器、整合服务器、存储服务器、主机等等。

 

图3、一个物理架构的例子

  ·系统架构、系统的非功能性特征,如可扩展性、可靠性、强壮性、灵活性、性能等。

  系统架构的设计要求架构师具备软件和硬件的功能和性能的过硬知识,这一工作无疑是架构设计工作中最为困难的工作。

  此外,从每一个角度上看,都可以看到架构的两要素:元件划分和设计决定。

  首先,一个软件系统中的元件首先是逻辑元件。这些逻辑元件如何放到硬件上,以及这些元件如何为整个系统的可扩展性、可靠性、强壮性、灵活性、性能等做出贡献,是非常重要的信息。

  其次,进行软件设计需要做出的决定中,必然会包括逻辑结构、物理结构,以及它们如何影响到系统的所有非功能性特征。这些决定中会有很多是一旦作出,就很难更改的。

  根据作者的经验,一个基于数据库的系统架构,有多少个数据表,就会有多少页的架构设计文档。比如一个中等的数据库应用系统通常含有一百个左右的数据表,这样的一个系统设计通常需要有一百页左右的架构设计文档。

  架构师

  软体设计师中有一些技术水平较高、经验较为丰富的人,他们需要承担软件系统的架构设计,也就是需要设计系统的元件如何划分、元件之间如何发生相互作用,以及系统中逻辑的、物理的、系统的重要决定的作出。

  这样的人就是所谓的架构师(Architect)。在很多公司中,架构师不是一个专门的和正式的职务。通常在一个开发小组中,最有经验的程序员会负责一些架构方面的工作。在一个部门中,最有经验的项目经理会负责一些架构方面的工作。

  但是,越来越多的公司体认到架构工作的重要性,并且在不同的组织层次上设置专门的架构师位置,由他们负责不同层次上的逻辑架构、物理架构、系统架构的设计、配置、维护等工作。

软件的架构设计

好的开始相当于成功一半

开始之初的架构设计决定着软件产品的生死存亡。“好的开始相当于成功一半”。

开始的架构设计也是最难的,需要调研同类产品的情况以及技术特征,了解当前世界上对这种产品所能提供的理论支持和技术平台支持。再结合自己项目的特点(需要透彻的系统分析),才能逐步形成自己项目的架构蓝图。

比如要开发网站引擎系统,就从Yahoo的个人主页生成工具到虚拟主机商提供的网站自动生成系统,以及IBM Webphere Portal的特点和局限 从而从架构设计角度定立自己产品的位置。

好的设计肯定需要经过反复修改,从简单到复杂的循环测试是保证设计正确的一个好办法

由于在开始选择了正确的方向,后来项目的实现过程也验证了这种选择,但在一些架构设计的细部方面,还需要对方案进行修改,属于那种螺旋上升的方式,显然这是通过测试第一的思想和XP工程方法来实现的。

如果我们开始的架构设计在技术平台定位具有一定的世界先进水平,那么,项目开发实际有一半相当于做实验,是研发,存在相当的技术风险。

因此,一开始我们不可能将每个需求都实现,而是采取一种简单完成架构流程的办法,使用最简单的需求将整个架构都简单的完成一遍(加入人工干预),以检验各个技术环节是否能协调配合工作(非常优秀先进的两种技术有时无法在一起工作),同时也可以探知技术的深浅,掌握项目中的技术难易点。这个过程完成后,我们就对设计方案做出上面的重大修改,丰富完善了设计方案。

设计模式是支撑架构的重要组件

架构设计也类似一种工作流,它是动态的,这点不象建筑设计那样,一开始就能完全确定,架构设计伴随着整个项目的进行过程之中,有两种具体操作保证架构设计的正确完成,那就是设计模式(静态)和工程项目方法(RUP或XP 动态的)。

设计模式是支撑架构的一种重要组件,这与建筑有很相象的地方,一个建筑物建立设计需要建筑架构设计,在具体施工中,有很多建筑方面的规则和模式。

我们从J2EE蓝图模式分类http://java.sun.com/blueprints/patterns/catalog.html中就可以很清楚的看到J2EE这样一个框架软件的架构与设计模式的关系。

架构设计是骨架,设计模式就是肉

这样,一个比较丰富的设计方案可以交由程序员进一步完成了,载辅助以适当的工程方法,这样就可保证项目的架构设计能正确快速的完成。

时刻牢记架构设计的目标

由于架构设计是在动态中完成的,因此在把握架构设计的目标上就很重要,因此在整个项目过程中,甚至每一步我们都必须牢记我们架构设计的总体目标,可以概括下面几点:

1. 最大化的重用:这个重用包括组件重用 和设计模式使用等多个方面。

比如,我们项目中有用户注册和用户权限系统验证,这其实是个通用课题,每个项目只是有其内容和一些细微的差别,如果我们之前有这方面成功研发经验,可以直接重用,如果没有,那么我们就要进行这个子项目的研发,在研发过程中,不能仅仅看到这个项目的需求,也要以架构的概念去完成这个可以称为组件的子项目。

2. 尽可能的简单明了:我们解决问题的总方向是将复杂问题简单化,其实这也是中间件或多层体系技术的根本目标。但是在具体实施设计过程中,我们可能会将简单问题复杂化,特别是设计模式的运用上很容易范这个错误,因此如何尽可能的做到设计的简单明了是不容易的。

我认为落实到每个类的具体实现上要真正能体现系统事物的本质特征,因为事物的本质特征只有一个,你的代码越接近它,表示你的设计就是简单明了,越简单明了,你的系统就越可靠。更多情况是,一个类并不能反应事物本质,需要多个类的组合协调,那么能够正确使用合适的设计模式就称为重中之重。

我们看一个具备好的架构设计的系统代码时,基本看到的都是设计模式,宠物店(pet store)就是这样的例子。或者可以这样说,一个好的架构设计基本是由简单明了的多个设计模式完成的。

3. 最灵活的拓展性:架构设计要具备灵活性 拓展性,这样,用户可以在你的架构上进行二次开发或更加具体的开发。

要具备灵活的拓展性,就要站在理论的高度去进行架构设计,比如现在工作流概念逐步流行,因为我们具体很多实践项目中都有工作流的影子,工作流中有一个树形结构权限设定的概念就对很多领域比较通用。

树形结构是组织信息的基本形式,我们现在看到的网站或者ERP前台都是以树形菜单来组织功能的,那么我们在进行架构设计时,就可以将树形结构和功能分开设计,他们之间联系可以通过树形结构的节点link在一起,就象我们可以在圣诞树的树枝上挂各种小礼品一样,这些小礼品就是我们要实现的各种功能。

有了这个概念,通常比较难实现的用户级别权限控制也有了思路,将具体用户或组也是和树形结构的节点link在一起,这样就间接实现了用户对相应功能的权限控制,有了这样的基本设计方案的架构无疑具备很灵活的拓展性。 

如何设计架构?

2007-07-19 11:11 来源: 作者: 网友评论 0 条 浏览次数
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Part 1 层

    层(layer)这个概念在计算机领域是非常了不得的一个概念。计算机本身就体现了一种层的概念:系统调用层、设备驱动层、操作系统层、CPU指令集。每个层都负责自己的职责。网络同样也是层的概念,最著名的TCP/IP的七层协议。

    层到了软件领域也一样好用。为什么呢?我们看看使用层技术有什么好处:

    ● 你使用层,但是不需要去了解层的实现细节。
    ● 可以使用另一种技术来改变基础的层,而不会影响上面的层的应用。
    ● 可以减少不同层之间的依赖。
    ● 容易制定出层标准。
    ● 底下的层可以用来建立顶上的层的多项服务。

    当然,层也有弱点:

    ● 层不可能封装所有的功能,一旦有功能变动,势必要波及所有的层。
    ● 效率降低。

当然,层最难的一个问题还是各个层都有些什么,以及要承担何种责任。

典型的三层结构

    三层结构估计大家都很熟悉了。就是表示(presentation)层, 领域(domain)层, 以及基础架构(infrastructure)层。

    表示层逻辑主要处理用户和软件的交互。现在最流行的莫过于视窗图形界面(wimp)和基于html的界面了。表示层的主要职责就是为用户提供信息,以及把用户的指令翻译。传送给业务层和基础架构层。

    基础架构层逻辑包括处理和其他系统的通信,代表系统执行任务。例如数据库系统交互,和其他应用系统的交互等。大多数的信息系统,这个层的最大的逻辑就是存储持久数据。

    还有一个就是领域层逻辑,有时也被叫做业务逻辑。它包括输入和存储数据的计算。验证表示层来的数据,根据表示层的指令指派一个基础架构层逻辑。

    领域逻辑中,人们总是搞不清楚什么事领域逻辑,什么是其它逻辑。例如,一个销售系统中有这样一个逻辑:如果本月销售量比上个月增长10%,就要用红色标记。要实现这个功能,你可能会把逻辑放在表示层中,比较两个月的数字,如果超出10%,就标记为红色。

    这样做,你就把领域逻辑放到了表示层中了。要分离这两个层,你应该现在领域层中提供一个方法,用来比较销售数字的增长。这个方法比较两个月的数字,并返回boolean类型。表示层则简单的调用该方法,如果返回true,则标记为红色。

例子

    层技术不存在说永恒的技巧。如何使用都要看具体的情况才能够决定,下面我就列出了三个例子:

    例子1:一个电子商务系统。要求能够同时处理大量用户的请求,用户的范围遍及全球,而且数字还在不断增长。但是领域逻辑很简单,无非是订单的处理,以及和库存系统的连接部分。这就要求我们1、表示层要友好,能够适应最广泛的用户,因此采用html技术;2、支持分布式的处理,以胜任同时几千的访问;3、考虑未来的升级。

    例子2:一个租借系统。系统的用户少的多,但是领域逻辑很复杂。这就要求我们制作一个领域逻辑非常复杂的系统,另外,还要给他们的用户提供一个方便的输入界面。这样,wimp是一个不错的选择。

    例子3:简单的系统。非常简单,用户少、逻辑少。但是也不是没有问题,简单意味着要快速交付,并且还要充分考虑日后的升级。因为需求在不断的增加之中。

何时分层

    这样的三个例子,就要求我们不能够一概而论的解决问题,而是应该针对问题的具体情况制定具体的解决方法。这三个例子比较典型。

    第二个例子中,可能需要严格的分成三个层次,而且可能还要加上另外的中介(mediating)层。例3则不需要,如果你要做的仅是查看数据,那仅需要几个server页面来放置所有的逻辑就可以了。

    我一般会把表示层和领域层/基础架构层分开。除非领域层/基础架构层非常的简单,而我又可以使用工具来轻易的绑定这些层。这种两层架构的最好的例子就是在VB、PB的环境中,很容易就可以构建出一个基于SQL数据库的windows界面的系统。这样的表示层和基础架构层非常的一致,但是一旦验证和计算变得复杂起来,这种方式就存在先天缺陷了。

    很多时候,领域层和基础架构层看起来非常类似,这时候,其实是可以把它们放在一起的。可是,当领域层的业务逻辑和基础架构层的组织方式开始不同的时候,你就需要分开二者。

更多的层模式

    三层的架构是最为通用的,尤其是对IS系统。其它的架构也有,但是并不适用于任何情况。

    第一种是Brown model [Brown et al]。它有五个层:表示层(Presentation),控制/中介层(Controller/Mediator),领域层(Domain), 数据映射层(Data Mapping), 和数据源层(Data Source)。它其实就是在三层架构种增加了两个中间层。控制/中介层位于表示层和领域层之间,数据映射层位于领域层和基础架构层之间。

    表示层和领域层的中介层,我们通常称之为表示-领域中介层,是一个常用的分层方法,通常针对一些非可视的控件。例如为特定的表示层组织信息格式,在不同的窗口间导航,处理交易边界,提供Server的facade接口(具体实现原理见设计模式)。最大的危险就是,一些领域逻辑被放到这个层里,影响到其它的表示层。

    我常常发现把行为分配给表示层是有好处的。这可以简化问题。但表示层模型会比较复杂,所以,把这些行为放到非可视化的对象中,并提取出一个表示-领域中介层还是值得的。

    Brown ISA
    表示层 表示层
   控制/中介层 表示-领域中介层
    领域层 领域层
    数据映射层 数据库交互模式中的Database Mapper
    数据源层 基础架构层

    领域层和基础架构层之间的中介层属于本书中提到的Database Mapper模式,是三种领域层到数据连接的办法之一。和表示-领域中介层一眼,有时候有用,但不是所有时候都有用。

    还有一个好的分层架构是J2EE的架构,这方面的讨论可以见『J2EE核心模式』一书。他的分层是客户层(Client),表示层(Presentation),业务层(Business ),整合层(Integration),资源层(Resource)。差别如下图:

    J2EE核心 ISA
    客户层 运行在客户机上的表示层
   表示层 运行在服务器上的表示层
    业务层 领域层
    整合层 基础架构层
    资源层 基础架构层通信的外部数据

    微软的DNA架构定义了三个层:表示层(presentation),业务层(business),和数据存储层(data access),这和我的架构相似,但是在数据的传递方式上还有很大的不同。在微软的DNA中,各层的操作都基于数据存储层传出的SQL查询结果集。这样的话,实际上是增加了表示层和业务层同数据存储层之间的耦合度。

    DNA的记录集在层之间的动作类似于Data Transfer Object。
    

Part 2 组织领域逻辑

    要组织基于层的系统,首要的是如何组织领域逻辑。领域逻辑的组织有好几种模式。但其中最重要的莫过于两种方法:Transation Script和Domain Model。选定了其中的一种,其它的都容易决定。不过,这两者之间并没有一条明显的分界线。所以如何选取也是门大学问。一般来说,我们认为领域逻辑比较复杂的系统可以采用Domain Model。

    Transation Script就是对表示层用户输入的处理程序。包括验证和计算,存储,调用其它系统的操作,把数据回传给表示层。用户的一个动作表示一个程序,这个程序可以是script,也可以是transation,也可以是几个子程序。在例子1中,检验,在购物车中增加一本书,显示递送状态,都可以是一个Transation Script。

    Domain Model是要建立对应领域名词的模型,例如例1中的书、购物车等。检验、计算等处理都放到领域模型中。

    Transation Script属于结构性思维,Domain Model属于OO思维。Domain Model比较难使用,一旦习惯,你能够组织更复杂的逻辑,你的思想会更OO。到时候,即使是小的系统,你也会自然的使用Domain Model了。

    但如何抉择呢?如果逻辑复杂,那肯定用Domain Model:如果只需要存取数据库,那Transation Script会好一些。但是需求是在不断进化的,你很难保证以后的需求还会如此简单。如果你的团队不善于使用Domain Model,那你需要权衡一下投入产出比。另外,即使是Transation Script,也可以做到把逻辑和基础架构分开,你可以使用Gateway。

    对例2,毫无疑问要使用Domain Model。对例1就需要权衡了。而对于例3,你很难说它将来会不会像例2那样,你现在可以使用Transation Script,但未来你可能要使用Domain Model。所以说,架构的决策是至关紧要的。

    除了这两种模式,还有其它中庸的模式。Use Case Controller就是处于两者之间。只有和单个的用例相关的业务逻辑才放到对象中。所以大致上他们还是在使用Transation Script,而Domain Model只是Database Gateway的一组集合而已。我不太用这种模式。

    Table Module是另一个中庸模式。很多的GUI环境依托于SQL查询的返回结果。你可以建立内存中的对象,来把GUI和数据库分开来。为每个表写一个模块,因此每一行都需要关键字变量来识别每一个实例。

    Table Module适用于很多的组件构建于一个通用关系型数据库之上,而且领域逻辑不太复杂的情况。Microsoft COM 环境,以及它的带ADO.NET的.NET环境都适合使用这种模式。而对于Java,就不太适用了。

    领域逻辑的一个问题是领域对象非常的臃肿。因为对象的行为太多了,类也就太大了。它必须是一个超集。这就要考虑哪些行为是通用的,哪些不是,可以由其它的类来处理,可能是Use Case Controller,也可能是表示层。

    还有一个问题,复制。他会导致复杂和不一致。这比臃肿的危害更大。所以,宁可臃肿,也不要复制。等到臃肿为害时再处理它吧。

选择一个地方运行领域逻辑

    我们的精力集中在逻辑层上。领域逻辑要么运行在Client上,要么运行在Server上。

    比较简单的做法是全部集中在Server上。这样你需要使用html的前端以及web server。这样做的好处是升级和维护都非常的简单,你也不用考虑桌面平台和Server的同步问题,也不用考虑桌面平台的其它软件的兼容问题。

    运行在Client适合于要求快速反应和没有联网的情况。在Server端的逻辑,用户的一个再小的请求,也需要信息从Client到Server绕一圈。反应的速度必然慢。再说,网络的覆盖程度也不是说达到了100%。

    对于各个层来说,又是怎么样的呢?

    基础架构层:一般都是在Server啦,不过有时候也会把数据复制到合适的高性能桌面机,但这是就要考虑同步的问题了。

    表示层在何处运行取决于用户界面的设计。一个Windows界面只能在Client运行。而一个Web界面就是在Server运行。也有特别的例子,在桌面机上运行web server的,例如X Server。但这种情况少的多。

    在例1中,没有更多的选择了,只能选在Server端。因此你的每一个bit都会绕一个大圈子。为了提高效率,尽量使用一些纯html脚本。

    人们选用Windows界面的原因主要就是需要执行一些非常复杂的任务,需要一个合适的应用程序,而web GUI则无法胜任。这就是例2的做法。不过,人们应该会渐渐适应web GUI,而web GUI的功能也会越来越强大。

    剩下的是领域逻辑。你可以全部放在Server,也可以全部放在Client,或是两边都放。

    如果是在Client端,你可以考虑全部逻辑都放在Client端,这样至少保证所有的逻辑都在一个地方。而把web server移至Client,是可以解决没有联网的问题,但对反应时间不会有多大的帮助。你还是可以把逻辑和表示层分离开来。当然,你需要额外的升级和维护的工作。

    在Client和Server端都具有逻辑并不是一个好的处理办法。但是对于那些仅有一些领域逻辑的情况是适用的。有一个小窍门,把那些和系统的其它部分没有联系的逻辑封装起来。

领域逻辑的接口

    你的Server上有一些领域逻辑,要和Client通信,你应该有什么样的接口呢?要么是一个http接口,要么是一个OO接口。

    http接口适用于web browser,就是说你要选择一个html的表示层。最近的新技术就是web service,通过基于http、特别是XML进行通信。XML有几个好处:通信量大,结构好,仅需一次的回路。这样远程调用的的开销就小了。同时,XML还是一个标准,支持平台异构。XML又是基于文本的,能够通过防火墙。

    虽然XML有那么多的好处,不过一个OO的接口还是有它的价值的。hhtp的接口不明显,不容易看清楚数据是如何处理的。而OO的接口的方法带有变量和名字,容易看出处理的过程。当然,它无法通过防火墙,但可以提供安全和事务之类的控制。

    最好的还是取二者所长。OO接口在下,http接口在上。但这样做就会使得实现机制非常的复杂。

 

Part 3 组织web Server

    很多使用html方式的人,并不能真正理解这种方式的优点。我们有各种各样好用的工具,但是却搞到让程序难以维护。

    在web server上组织程序的方式大致可以分为两种:脚本和server page。

    脚本方式就是一个程序,用函数和方法来处理http调用。例如CGI脚本和java servlet。它和普通的程序并没有什么两样。它从web页面上获得html string形态的数据,有时候还要做一些表达式匹配,这正是perl能够成为CGI脚本的常用语言的原因。而java servelet则是把这种分析留给程序员,但它允许程序员通过关键字接口来访问信息,这样就会少一些表达式的判断。这种格式的web server输出是另一种html string,称为response,可以通过流数据来操作。

    糟糕的是流数据是非常麻烦的,因此就导致了server page的产生,例如PHP,ASP,JSP。

    server page的方式适合回应(response)的处理比较简单的情况。例如“显示歌曲的明细”,但是你的决策取决于输入的时候,就会比较杂乱。例如“通俗和摇滚的显示格式不同”。

    脚步擅长于处理用户交互,server page擅长于处理格式化回应信息。所以很自然的就会采用脚本处理请求的交互,使用server page处理回应的格式化。这其实就是著名的MVC(Model View Controller)模式中的view/controller的处理。

web server端的MVC工作流程示意图

    应用Model View Controller模式首要的一点就是模型要和web服务完全分离开来。使用Transaction Script或Domain Model模式来封装处理流程。

    接下来,我们就把剩余的模式归入两类模式中:属于Controller的模式,以及属于View的模式。

View模式

    View这边有三种模式:Transform View,Template View和Two Step View。Transform View和Template View的处理只有一步,将领域数据转换为html。Two Step View要经过两步的处理,第一步把领域数据转换为逻辑表示形式,第二步把逻辑表示转换为html。

    两步处理的好处是可以将逻辑集中于一处,如果只有一步,变化发生时,你就需要修改每一个屏幕。但这需要你有一个很好的逻辑屏幕结构。如果一个web应用有很多的前端用户时,两步处理就特别的好用。例如航空订票系统。使用不同的第二步处理,就可以获得不同的逻辑屏幕。

    使用单步方法有两个可选的模式:Template View,Transform View。Template View其时就是把代码嵌入到html页面中,就像现在的server page技术,如ASP,PHP,JSP。这种模式灵活,强大,但显得杂乱无章。如果你能够把逻辑程序逻辑在页面结构之外进行很好的组织,这种模式还是有它的优点的。

    Transform View使用翻译方式。例如XSLT。如果你的领域数据是用XML处理的,那这种模式就特别的好用。

Controller模式

    Controller有两种模式。一般我们会根据动作来决定一项控制。动作可能是一个按钮或链接。所这种模式就是Action Controller模式。

    Front Controller更进一步,它把http请求的处理和处理逻辑分离开来。一般是只有一个web handle来处理所有的请求。你的所有的http请求的处理都由一个对象来负责。你改变动作结构的影响就会降到最小

架构设计的方法学

约公元前25年,古罗马建筑师维特鲁威说:“理想的建筑师应该既是文学家又是数字家,他还应通晓历史,热衷于哲学研究,精通音乐,懂得医药知识,具有法学造诣,深谙天文学及天文计算。”(好难哪,软件构架设计师的要求呢?大家好好想想吧。)
  本文目录
  一、与构架有关的几个基本概念;
  二、构架设计应考虑的因素概揽;
  三、程序的运行时结构方面的考虑;
  四、源代码的组织结构方面的考虑;
  五、写系统构架设计文档应考虑的问题
  六、结语
  一、与构架有关的几个基本概念:
  1、模块(module):一组完成指定功能的语句,包括:输入、输出、逻辑处理功能、内部信息、运行环境(与功能对应但不是一对一关系)。
  2、组件(component):系统中相当重要的、几乎是独立的可替换部分,它在明确定义的构架环境中实现确切的功能。
  3、模式(pattern):指经过验证,至少适用于一种实用环境(更多时候是好几种环境)的解决方案模板(用于结构和行为。在 UML中:模式由参数化的协作来表示,但 UML 不直接对模式的其他方面(如使用结果列表、使用示例等,它们可由文本来表示)进行建模。存在各种范围和抽象程度的模式,例如,构架模式、分析模式、设计模式和代码模式或实施模式。模式将可以帮助我们抓住重点。构架也是存在模式的。比如,对于系统结构设计,我们使用层模式;对于分布式系统,我们使用代理模式(通过使用代理来替代实际的对象,使程序能够控制对该对象的访问);对于交互系统,我们使用MVC(M模型(对象)/V视图(输出管理)/C控制器(输入处理))模式。模式是针对特定问题的解,因此,我们也可以针对需求的特点采用相应的模式来设计构架。
  4、构架模式(architectural pattern):表示软件系统的基本结构组织方案。它提供了一组预定义的子系统、指定它们的职责,并且包括用于组织其间关系的规则和指导。
  5、层(layer):对模型中同一抽象层次上的包进行分组的一种特定方式。通过分层,从逻辑上将子系统划分成许多集合,而层间关系的形成要遵循一定的规则。通过分层,可以限制子系统间的依赖关系,使系统以更松散的方式耦合,从而更易于维护。(层是对构架的横向划分,分区是对构架的纵向划分)。
  6、系统分层的几种常用方法:
  1) 常用三层服务:用户层、业务逻辑层、数据层;
  2) 多层结构的技术组成模型:表现层、中间层、数据层;
  3) 网络系统常用三层结构:核心层、汇聚层和接入层;
  4) RUP典型分层方法:应用层、专业业务层、中间件层、系统软件层;
  5) 基于Java的B/S模式系统结构:浏览器端、服务器端、请求接收层、请求处理层;
  6) 某六层结构:功能层(用户界面)、模块层、组装层(软件总线)、服务层(数据处理)、数据层、核心层;
  7、构架(Architecture,愿意为建筑学设计和建筑物建造的艺术与科学): 在RUP中的定义:软件系统的构架(在某一给定点)是指系统重要构件的组织或结构,这些重要构件通过接口与不断减小的构件与接口所组成的构件进行交互;《软件构架实践》中的定义:某个软件或者计算系统的软件构架即组成该系统的一个或者多个结构,他们组成软件的各个部分,形成这些组件的外部可见属性及相互间的联系;IEEE 1471-2000中的定义:the fundamental organization of a system emboided
in its components,their relationships to each other,and to the enviroment and the principles guiding its design and evolution,构架是系统在其所处环境中的最高层次的概念。软件系统的构架是通过接口交互的重要构件(在特定时间点)的组织或结构,这些构件又由一些更小的构件和接口组成。(“构架”可以作为名词,也可作为动词,作为动词的“构架”相当于“构架设计”)
  8、构架的描述方式:“4+1”视图(用例视图、设计视图、实现视图、过程视图、配置视图)是一个被广为使用的构架描述的模型;RUP过程的构架描述模板在“4+1”视图的基础上增加了可选的数据视图(从永久性数据存储方面来对系统进行说明);HP公司的软件描述模板也是基于“4+1”视图。
  9、结构:软件构架是多种结构的体现,结构是系统构架从不同角度观察所产生的视图。就像建筑物的结构会随着观察动机和出发点的不同而有多种含义一样,软件构架也表现为多种结构。常见的软件结构有:模块结构、逻辑或概念结构、进程或协调结构、物理结构、使用结构、调用结构、数据流、控制流、类结构等等。
  二、构架设计应考虑的因素概揽:
  模块构架设计可以从程序的运行时结构和源代码的组织结构方面考虑。
  1、程序的运行时结构方面的考虑:
  1) 需求的符合性:正确性、完整性;功能性需求、非功能性需求;
  2) 总体性能(内存管理、数据库组织和内容、非数据库信息、任务并行性、网络多人操作、关键算法、与网络、硬件和其他系统接口对性能的影响);
  3) 运行可管理性:便于控制系统运行、监视系统状态、错误处理;模块间通信的简单性;与可维护性不同;
  4) 与其他系统接口兼容性;
  5) 与网络、硬件接口兼容性及性能;
  6) 系统安全性;
  7) 系统可靠性;
  8) 业务流程的可调整性;
  9) 业务信息的可调整性
  10) 使用方便性
  11) 构架样式的一致性
  注:运行时负载均衡可以从系统性能、系统可靠性方面考虑。
  2、源代码的组织结构方面的考虑:
  1) 开发可管理性:便于人员分工(模块独立性、开发工作的负载均衡、进度安排优化、预防人员流动对开发的影响)、利于配置管理、大小的合理性与适度复杂性;
  2) 可维护性:与运行可管理性不同;
  3) 可扩充性:系统方案的升级、扩容、扩充性能;
  4) 可移植性:不同客户端、应用服务器、数据库管理系统;
  5) 需求的符合性(源代码的组织结构方面的考虑)。

三、程序的运行时结构方面的考虑:
  1、 需求的符合性:正确性、完整性;功能性需求、非功能性需求
  软件项目最主要的目标是满足客户需求。在进行构架设计的时候,大家考虑更多的是使用哪个运行平台、编成语言、开发环境、数据库管理系统等问题,对于和客户需求相关的问题考虑不足、不够系统。如果无论怎么好的构架都无法满足客户明确的某个功能性需求或非功能性需求,就应该与客户协调在项目范围和需求规格说明书中删除这一需求。否则,架构设计应以满足客户所有明确需求为最基本目标,尽量满足其隐含的需求。(客户的非功能性需求可能包括接口、系统安全性、可靠性、移植性、扩展性等等,在其他小节中细述)
  一般来说,功能需求决定业务构架、非功能需求决定技术构架,变化案例决定构架的范围。需求方面的知识告诉我们,功能需求定义了软件能够做些什么。我们需要根据业务上的需求来设计业务构架,以使得未来的软件能够满足客户的需要。非功能需求定义了一些性能、效率上的一些约束、规则。而我们的技术构架要能够满足这些约束和规则。变化案例是对未来可能发生的变化的一个估计,结合功能需求和非功能需求,我们就可以确定一个需求的范围,进而确定一个构架的范围。(此段From林星)
  这里讲一个前几年因客户某些需求错误造成构架设计问题而引起系统性能和可靠性问题的小小的例子:此系统的需求本身是比较简单的,就是将某城市的某业务的全部历史档案卡片扫描存储起来,以便可以按照姓名进行查询。需求阶段客户说卡片大约有20万张,需求调研者出于对客户的信任没有对数据的总量进行查证。由于是中小型数据量,并且今后数据不会增加,经过计算20万张卡片总体容量之后,决定使用一种可以单机使用也可以联网的中小型数据库管理系统。等到系统完成开始录入数据时,才发现数据至少有60万,这样使用那种中小型数据库管理系统不但会造成系统性能的问题,而且其可靠性是非常脆弱的,不得不对系统进行重新设计。从这个小小的教训可以看出,需求阶段不仅对客户的功能需求要调查清楚,对于一些隐含非功能需求的一些数据也应当调查清楚,并作为构架设计的依据。
  对于功能需求的正确性,在构架设计文档中可能不好验证(需要人工、费力)。对于功能需求完整性,就应当使用需求功能与对应模块对照表来跟踪追溯。对于非功能需求正确性和完整性,可以使用需求非功能与对应设计策略对照表来跟踪追溯评估。
  “软件设计工作只有基于用户需求,立足于可行的技术才有可能成功。”
  2、 总体性能
  性能其实也是客户需求的一部分,当然可能是明确的,也有很多是隐含的,这里把它单独列出来在说明一次。性能是设计方案的重要标准,性能应考虑的不是单台客户端的性能,而是应该考虑系统总的综合性能;
  性能设计应从以下几个方面考虑:内存管理、数据库组织和内容、非数据库信息、任务并行性、网络多人操作、关键算法、与网络、硬件和其他系统接口对性能的影响;
几点提示:算法优化及负载均衡是性能优化的方向。经常要调用的模块要特别注意优化。占用内存较多的变量在不用时要及时清理掉。需要下载的网页主题文件过大时应当分解为若干部分,让用户先把主要部分显示出来。
  3、 运行可管理性
  系统的构架设计应当为了使系统可以预测系统故障,防患于未然。现在的系统正逐步向复杂化、大型化发展,单靠一个人或几个人来管理已显得力不从心,况且对于某些突发事件的响应,人的反应明显不够。因此通过合理的系统构架规划系统运行资源,便于控制系统运行、监视系统状态、进行有效的错误处理;为了实现上述目标,模块间通信应当尽可能简单,同时建立合理详尽的系统运行日志,系统通过自动审计运行日志,了解系统运行状态、进行有效的错误处理;(运行可管理性与可���护性不同)
  4、 与其他系统接口兼容性(解释略)
  5、 与网络、硬件接口兼容性及性能(解释略)
  6、 系统安全性
  随着计算机应用的不断深入和扩大,涉及的部门和信息也越来越多,其中有大量保密信息在网络上传输,所以对系统安全性的考虑已经成为系统设计的关键,需要从各个方面和角度加以考虑,来保证数据资料的绝对安全。
  7、 系统可靠性
  系统的可靠性是现代信息系统应具有的重要特征,由于人们日常的工作对系统依赖程度越来越多,因此系统的必须可靠。系统构架设计可考虑系统的冗余度,尽可能地避免单点故障。系统可靠性是系统在给定的时间间隔及给定的环境条件下,按设计要求,成功地运行程序的概率。成功地运行不仅要保证系统能正确地运行,满足功能需求,还要求当系统出现意外故障时能够尽快恢复正常运行,数据不受破坏。
  8、 业务流程的可调整性
  应当考虑客户业务流程可能出现的变化,所以在系统构架设计时要尽量排除业务流程的制约,即把流程中的各项业务结点工作作为独立的对象,设计成独立的模块或组件,充分考虑他们与其他各种业务对象模块或组件的接口,在流程之间通过业务对象模块的相互调用实现各种业务,这样,在业务流程发生有限的变化时(每个业务模块本身的业务逻辑没有变的情况下),就能够比较方便地修改系统程序模块或组件间的调用关系而实现新的需求。如果这种调用关系被设计成存储在配置库的数据字典里,则连程序代码都不用修改,只需修改数据字典里的模块或组件调用规则即可。
  9、 业务信息的可调整性
  应当考虑客户业务信息可能出现的变化,所以在系统构架设计时必须尽可能减少因为业务信息的调整对于代码模块的影响范围。
  10、 使用方便性
  使用方便性是不须提及的必然的需求,而使用方便性与系统构架是密切相关的。WinCE(1.0)的失败和后来改进版本的成功就说明了这个问题。WinCE(1.0)有太多层次的视窗和菜单,而用户则更喜欢简单的界面和快捷的操作。失败了应当及时纠正,但最好不要等到失败了再来纠正,这样会浪费巨大的财力物力,所以在系统构架阶段最好能将需要考虑的因素都考虑到。当然使用方便性必须与系统安全性协调平衡统一,使用方便性也必须与业务流程的可调整性和业务信息的可调整性协调平衡统一。“满足用户的需求,便于用户使用,同时又使得操作流程尽可能简单。这就是设计之本。”
  11、构架样式的一致性
  软件系统的构架样式有些类似于建筑样式(如中国式、哥特式、希腊复古式)。软件构架样式可分为数据流构架样式、调用返回构架样式、独立组件构架样式、以数据为中心的构架样式和虚拟机构架样式,每一种样式还可以分为若干子样式。构架样式的一致性并不是要求一个软件系统只能采用一种样式,就像建筑样式可以是中西结合的,软件系统也可以有异质构架样式(分为局部异质、层次异质、并行异质),即多种样式的综合,但这样的综合应该考虑其某些方面的一致性和协调性。每一种样式都有其使用的时机,应当根据系统最强调的质量属性来选择。 
  四、源代码的组织结构方面的考虑:
  1、 开发可管理性
  便于人员分工(模块独立性、开发工作的负载均衡、进度安排优化、预防人员流动对开发的影响:一个好的构架同时应有助于减少项目组的压力和紧张,提高软件开发效率)、利于配置管理、大小的合理性、适度复杂性;
  1)便于人员分工-模块独立性、层次性
  模块独立性、层次性是为了保证项目开发成员工作之间的相对独立性,模块联结方式应该是纵向而不是横向, 模块之间应该是树状结构而不是网状结构或交叉结构,这样就可以把开发人员之间的通信、模块开发制约关系减到最少。同时模块独立性也比较利于配置管理工作的进行。现在有越来越多的的软件开发是在异地进行,一个开发组的成员可能在不同城市甚至在不同国家,因此便于异地开发的人员分工与配置管理的源代码组织结构是非常必要的。
  2)便于人员分工-开发工作的负载均衡
  不仅仅是开发出来的软件系统需要负载均衡,在开发过程中开发小组各成员之间工作任务的负载均衡也是非重要的。所谓工作任务的负载均衡就是通过合理的任务划分按照开发人员特点进行分配任务,尽量让项目组中的每个人每段时间都有用武之地。这就需要在构架设计时应当充分考虑项目组手头的人力资源,在实现客户需求的基础上实现开发工作的负载均衡,以提高整体开发效率。
  3)便于人员分工-进度安排优化;
  进度安排优化的前提是模块独立性并搞清楚模块开发的先后制约关系。利用工作分解结构对所有程序编码工作进行分解,得到每一项工作的输入、输出、所需资源、持续时间、前期应完成的工作、完成后可以进行的工作。然后预估各模块需要时间,分析各模块的并行与串行(顺序制约),绘制出网络图,找出影响整体进度的关键模块,算出关键路径,最后对网络图进行调整,以使进度安排最优化。
  有个家喻户晓的智力题叫烤肉片策略:约翰逊家户外有一个可以同时烤两块肉片的烤肉架,烤每块肉片的每一面需要10分钟,现要烤三块肉片给饥肠辘辘急不可耐的一家三口。问题是怎样才能在最短的时间内烤完三片肉。一般的做法花20分钟先烤完前两片,再花20分钟烤完第三片。有一种更好的方法可以节省10分钟,大家想想。
  4)便于人员分工-预防员工人员流动对开发的影响
  人员流动在软件行业是司空见惯的事情,已经是一个常见的风险。作为对这一风险的有效的防范对策之一,可以在构架设计中考虑到并预防员工人员流动对开发的影响。主要的思路还是在模块的独立性上(追求高内聚低耦合),组件化是目前流行的趋势。
  5)利于配置管理(独立性、层次性)
  利于配置管理与利于人员分工有一定的联系。除了逻辑上的模块组件要利于人员分工外,物理上的源代码层次结构、目录结构、各模块所处源代码文件的部署也应当利于人员分工和配置管理。(尽管现在配置管理工具有较强大的功能,但一个清楚的源码分割和模块分割是非常有好处的)。
  6)大小的合理性与适度复杂性
  大小的合理性与适度复杂性可以使开发工作的负载均衡,便于进度的安排,也可以使系统在运行时减少不必要的内存资源浪费。对于代码的可阅读性和系统的可维护性也有一定的好处。另外,过大的模块常常是系统分解不充分,而过小的模块有可能降低模块的独立性,造成系统接口的复杂。
  2、 可维护性
  便于在系统出现故障时及时方便地找到产生故障的原因和源代码位置,并能方便地进行局部修改、切割;(可维护性与运行可管理性不同)
  3、 可扩充性:系统方案的升级、扩容、扩充性能
  系统在建成后会有一段很长的运行周期,在该周期内,应用在不断增加,应用的层次在不断升级,因此采用的构架设计等方案因充分考虑升级、扩容、扩充的可行性和便利
  4、 可移植性
  不同客户端、应用服务器、数据库管理系统:如果潜在的客户使用的客户端可能使用不同的操作系统或浏览器,其可移植性必须考虑客户端程序的可移植性,或尽量不使业务逻辑放在客户端;数据处理的业务逻辑放在数据库管理系统中会有较好的性能,但如果客户群中不能确定使用的是同一种数据库管理系统,则业务逻辑就不能数据库管理系统中;
达到可移植性一定要注重标准化和开放性:只有广泛采用遵循国际标准,开发出开放性强的产品,才可以保证各种类型的系统的充分互联,从而使产品更具有市场竞争力,也为未来的系统移植和升级扩展提供了基础。
  5、 需求的符合性
  从源代码的组织结构看需求的符合型主要考虑针对用户需求可能的变化的软件代码及构架的最小冗余(同时又要使得系统具有一定的可扩展性)。
  五、写系统构架设计文档应考虑的问题
  构架工作应该在需求开发完成约80%的时候开始进行,不必等到需求开发全部完成,需要项目经理以具体的判断来评估此时是否足以开始构建软件构架。
  给出一致的轮廓:系统概述。一个系统构架需要现有概括的描述,开发人员才能从上千个细节甚至数十个模块或对象类中建立一致的轮廓。
  构架的目标应该能够清楚说明系统概念,构架应尽可能简化,最好的构架文件应该简单、简短,清晰而不杂乱,解决方案自然。
  构架应单先定义上层的主要子系统,应该描述各子系统的任务,并提供每个子系统中各模块或对象类的的初步列表。
  构架应该描述不同子系统间相互通信的方式,而一个良好的构架应该将子系统间的通信关系降到最低。
  成功构架的一个重要特色,在于标明最可能变更的领域,应当列出程序中最可能变更的部分,说明构架的其他部分如何应变。
  复用分析、外购:缩短软件开发周期、降低成本的有效方案未必是自行开发软件,可以对现有软件进行复用或进行外购。应考虑其对构架的影响。
  除了系统组织的问题,构架应重点考虑对于细节全面影响的设计决策,深入这些决策领域:外部软件接口(兼容性、通信方式、传递数据结构)、用户接口(用户接口和系统层次划分)、数据库组织和内容、非数据库信息、关键算法、内存管理(配置策略)、并行性、安全性、可移植性、网络多人操作、错误处理。
  要保证需求的可追踪性,即保证每个需求功能都有相应模块去实现。
  构架不能只依据静态的系统目标来设计,也应当考虑动态的开发过程,如人力资源的情况,进度要求的情况,开发环境的满足情况。构架必须支持阶段性规划,应该能够提供阶段性规划中如何开发与完成的方式。不应该依赖无法独立运行的子系统构架。将系统各部分的、依赖关系找出来,形成一套开发计划。
  六、结语
  系统构架设计和千差万别的具体的开发平台密切相关,因此在此无法给出通用的解决方案,主要是为了说明哪些因素是需要考虑的。对于每个因素的设计策略和本文未提到的因素需要软件构架设计师在具体开发实践中灵活把握。不同因素之间有时是矛盾的,构架设计时需要根据具体情况进行平衡。
 

架构设计中的方法学

架构设计是一种权衡(trade-off)。一个问题总是有多种的解决方案。而我们要确定唯一的架构设计的解决方案,就意味着我们要在不同的矛盾体之间做出一个权衡。我们在设计的过程总是可以看到很多的矛盾体:开放和整合,一致性和特殊化,稳定性和延展性等等。任何一对矛盾体都源于我们对软件的不同期望。可是,要满足我们希望软件稳定运行的要求,就必然会影响我们对软件易于扩展的期望。我们希望软件简单明了,却增加了我们设计的复杂度。没有一个软件能够满足所有的要求,因为这些要求之间带有天生的互斥性。而我们评价架构设计的好坏的依据,就只能是根据不同要求的轻���缓急,在其间做出权衡的合理性。

1.        目标 
我们希望一个好的架构能够: 

重用:为了避免重复劳动,为了降低成本,我们希望能够重用之前的代码、之前的设计。重用是我们不断追求的目标之一,但事实上,做到这一点可没有那么容易。在现实中,人们已经在架构重用上做了很多的工作,工作的成果称为框架(Framework),比如说Windows的窗口机制、J2EE平台等。但是在企业商业建模方面,有效的框架还非常的少。 
    透明:有些时候,我们为了提高效率,把实现的细节隐藏起来,仅把客户需求的接口呈现给客户。这样,具体的实现对客户来说就是透明的。一个具体的例子是我们使用JSP的tag技术来代替JSP的嵌入代码,因为我们的HTML界面人员更熟悉tag的方式。 
延展:我们对延展的渴求源于需求的易变。因此我们需要架构具有一定的延展性,以适应未来可能的变化。可是,如上所说,延展性和稳定性,延展性和简单性都是矛盾的。因此我们需要权衡我们的投入/产出比。以设计出具有适当和延展性的架构。 
简明:一个复杂的架构不论是测试还是维护都是困难的。我们希望架构能够在满足目的的情况下尽可能的简单明了。但是简单明了的含义究竟是什么好像并没有一个明确的定义。使用模式能够使设计变得简单,但这是建立在我熟悉设计模式的基础上。对于一个并不懂设计模式的人,他会认为这个架构很复杂。对于这种情况,我只能对他说,去看看设计模式。 
     高效:不论是什么系统,我们都希望架构是高效的。这一点对于一些特定的系统来说尤其重要。例如实时系统、高访问量的网站。这些值的是技术上的高效,有时候我们指的高效是效益上的高效。例如,一个只有几十到一百访问量的信息系统,是不是有必要使用EJB技术,这就需要我们综合的评估效益了。 
安全:安全并不是我们文章讨论的重点,却是架构的一个很重要的方面。

规则 

为了达到上述的目的,我们通常需要对架构设计制定一些简单的规则: 

功能分解 

顾名思义,就是把功能分解开来。为什么呢?我们之所以很难达到重用目标就是因为我们编写的程序经常处于一种好像是重复的功能,但又有轻微差别的状态中。我们很多时候就会经不住诱惑,用拷贝粘贴再做少量修改的方式完成一个功能。这种行为在XP中是坚决不被允许的。XP提倡"Once and only once",目的就是为了杜绝这种拷贝修改的现象。为了做到这一点,我们通常要把功能分解到细粒度。很多的设计思想都提倡小类,为的就是这个目的。

所以,我们的程序中的类和方法的数目就会大大增长,而每个类和方法的平均代码却会大大的下降。可是,我们怎么知道这个度应该要如何把握呢,关于这个疑问,并没有明确的答案,要看个人的功力和具体的要求,但是一般来说,我们可以用一个简单的动词短语来命名类或方法的,那就会是比较好的分类方法。 

我们使用功能分解的规则,有助于提高重用性,因为我们每个类和方法的精度都提高了。这是符合大自然的原则的,我们研究自然的主要的一个方向就是将物质分解。我们的思路同样可以应用在软件开发上。除了重用性,功能分解还能实现透明的目标,因为我们使用了功能分解的规则之后,每个类都有自己的单独功能,这样,我们对一个类的研究就可以集中在这个类本身,而不用牵涉到过多的类。 

根据实际情况决定不同类间的耦合度

虽然我们总是希望类间的耦合度比较低,但是我们必须客观的评价耦合度。系统之间不可能总是松耦合的,那样肯定什么也做不了。而我们决定耦合的程度的依据何在呢?简单的说,就是根据需求的稳定性,来决定耦合的程度。对于稳定性高的需求,不容易发生变化的需求,我们完全可以把各类设计成紧耦合的(我们虽然讨论类之间的耦合度,但其实功能块、模块、包之间的耦合度也是一样的),因为这样可以提高效率,而且我们还可以使用一些更好的技术来提高效率或简化代码,例如Java中的内部类技术。可是,如果需求极有可能变化,我们就需要充分的考虑类之间的耦合问题,我们可以想出各种各样的办法来降低耦合程度,但是归纳起来,不外乎增加抽象的层次来隔离不同的类,这个抽象层次可以是具体的类,也可以是接口,或是一组的类(例如Beans)。我们可以借用Java中的一句话来概括降低耦合度的思想:"针对接口编程,而不是针对实现编程。

设计不同的耦合度有利于实现透明和延展。对于类的客户(调用者)来说,他不需要知道过多的细节(实现),他只关心他感兴趣的(接口)。这样,目标类对客户来说就是一个黑盒子。如果接口是稳定的,那么,实现再怎么扩展,对客户来说也不会有很大的影响。以前那种牵一发而动全身的问题完全可以缓解甚至避免。 

其实,我们仔细的观察GOF的23种设计模式,没有一种模式的思路不是从增加抽象层次入手来解决问题的。同样,我们去观察Java源码的时候,我们也可以发现,Java源码中存在着大量的抽象层次,初看之下,它们什么都不干,但是它们对系统<

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