軟件技術(shù)方案設(shè)計原則

　　軟件開發(fā)是一項高強度的腦力勞動過程，到目前為止尚沒有辦法使軟件開發(fā)完全機械化，只能靠人腦去設(shè)計，也無法保證一個軟件完全沒有錯誤。同硬件產(chǎn)品相比，一方面是同功能的軟件產(chǎn)品不再需要一個生產(chǎn)過程，只需要拷貝就行了，而硬件產(chǎn)品卻需要重復(fù)生產(chǎn);另一方面，軟件產(chǎn)品功能需求的變化遠比硬件產(chǎn)品多。這就造成軟件產(chǎn)品和硬件產(chǎn)品在成型之后面臨的問題是不同的，軟件產(chǎn)品主要是應(yīng)付用戶功能需求的變化和擴展，硬件產(chǎn)品主要著眼于如何大規(guī)模地生產(chǎn)。硬件產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)可以交給機器去執(zhí)行，而軟件產(chǎn)品的需求變化還是要靠人腦去完成。以下是軟件技術(shù)方案設(shè)計原則，歡迎閱讀。

　　如何快速開發(fā)出符合用戶功能需求的軟件，如何保證開發(fā)出的軟件盡可能少地出現(xiàn)錯誤，如何使開發(fā)出的軟件能夠容易地適應(yīng)用戶功能需求的變化和擴展，是所有軟件開發(fā)人員追求的目標(biāo);我想，也正是為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，才有了軟件設(shè)計原則和設(shè)計模式。

　　軟件開發(fā)是起始于面向過程的，為什么會這樣呢?我想是因為面向過程地解決問題更直接，軟件本身就是一個解決問題的過程;面向過程的最大問題就是不容易把問題進行分解，再大的問題都要在一個過程里面解決，從第一步直到最后一步;最多是把一個大過程分解成幾個順序執(zhí)行的小過程，很考驗人的邏輯推理能力，開發(fā)出的軟件不容易維護、重用和擴展。面象對象的方法沒那么直接，需要有一個抽象的過程，要把問題抽象成一個個對象，每個對象解決一個小問題，不同對象的組合就可解決不同的大問題;而且把對象跟日常的事物聯(lián)系起來，產(chǎn)生了屬性、事件、方法這樣的概念，增加了對象的直觀性。

　　設(shè)計原則和設(shè)計模式都是針對面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法而提出來的，如果在軟件開發(fā)中還完全采用面向過程的方法，是無所謂設(shè)計原則和設(shè)計模式的。在軟件開發(fā)中，面向過程是起步，是基礎(chǔ)，沒什么好研究的了;面向?qū)ο蟛攀巧钊耄�是王道，需要不斷地去總結(jié)方法;下面的軟件設(shè)計都是指面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法。

　　根據(jù)前人總結(jié)的經(jīng)驗，在軟件開發(fā)中，遵循一定的設(shè)計原則，靈活地采用一些設(shè)計模式，可以提高軟件的易維護性、可擴展性以及重用的機率。關(guān)于這方面最權(quán)威的著作恐怕就是Robert C. Martin寫的敏捷軟件開發(fā)一書了;關(guān)于這本書，個人閱讀的理解如下：

　　一、設(shè)計原則，該書提出了如下設(shè)計原則：

　　1、單一職責(zé)原則(SRP)：一個類只實現(xiàn)一個功能;換一種說法，一個類只能有一個引起它變化的原因;在軟件工程中有一個要求，叫做高內(nèi)聚;一個類只實現(xiàn)一個功能，無凝內(nèi)聚度是最高的了;這一原則可以使一個類更好地被重用;當(dāng)然，“一個功能”是相對的，在某種情況下，MODEM功能是一個單一功能，而在另一種情況下，可能就要把MODEM功能再分解成多個小功能;

　　2、開放封閉原則(OCP)：開放是指一個類能夠擴展功能，封閉是指這個類對于功能修改是封閉的，也就是說不能修改其已有的代碼和功能;要實現(xiàn)這一目標(biāo)，關(guān)鍵是抽象;在客戶類中只使用抽象基類，在應(yīng)用中子類繼承基類，并按實際需要擴展基類的功能;按更通俗的說法就是：接口不能改變，功能可以擴展;

　　3、子類替換原則(LSP)：就是一個子類在任何情況下，都能替換掉它的基類;這是面向?qū)ο笤O(shè)計方法中實現(xiàn)繼承和多態(tài)必須遵循的一條基本原則，顯然也是開放封閉原則能夠?qū)崿F(xiàn)的基礎(chǔ);如何實現(xiàn)這一原則呢?那就是子類必須要有比基類相同或更弱的前置條件，相同或更強的后置條件;前置條件就是調(diào)用一個方法之前必須滿足的條件，后置條件就是一個方法執(zhí)行之滿足的條件;為了更清楚地說明這一個問題，見下面的函數(shù)表達式：

　　Y = F(X);

　　F是一個函數(shù)，X是一個整型的輸入?yún)��?shù)，Y是一個整型的返回值，如果F要求X>0，返回值Y>1，則X>0和Y>1就分別是F的前置條件和后置條件;如果F是基類A中的一個函數(shù)，B是A的一個子類，并擴展了F的功能，則B類中F的前置條件必須跟A類中的相同或更弱，也就B類中的F必須至少能接受X>0，如果能同時接收X<=0的條件更好，但不能要求X>1，這是一個X>0更強的條件;B類中的F必須保證返回值Y>1，當(dāng)然如果能保證Y>10更好，但不能使返回值Y<=1，這樣就不滿足A類中F返回值Y>1的條件;不滿足子類替換原則最直接的后果就是使應(yīng)用程序產(chǎn)生BUG;必須說明的是，在實際中是很難完全遵循子類替換原則的，必須作合理的假設(shè)，在這個假設(shè)的前提下遵循子類替換原則，這就是所謂契約設(shè)計;

　　4、依賴倒置原則(DIP)：就是上層模塊不能依賴于下層模塊，兩者都應(yīng)該依賴抽象;抽象不能依賴細(xì)節(jié)，細(xì)節(jié)應(yīng)該依賴于抽象;對這一原則要靈活看待，因為這一原則和當(dāng)前開發(fā)中常用組件開發(fā)方式看起來是相矛盾的;首先明確定義一下上層模塊和下層模塊，所謂上層模塊是調(diào)用別人的模塊，也可稱之為客戶模塊，下層模塊是被別人調(diào)用的模塊，也可稱之為服務(wù)模塊;顯然這是一個相對的概念，因為一個模塊很可能同時即調(diào)用別的模塊，又被另外的模塊調(diào)用;依賴倒置原則告訴我們客戶模塊和服務(wù)模塊不能互相依賴，而只能依賴于一個抽象的基類;另外這個抽象基類的接口是由客戶模塊決定，而不是由服務(wù)模塊決定;也就是說客戶模塊需要什么，服務(wù)模塊就提供什么，而不是服務(wù)模塊提供什么，客戶模塊就使用什么;這頗有點當(dāng)前企業(yè)信奉的一個原則：客戶就是上帝，客戶需要什么，我們就提供什么;而我們當(dāng)前常用的組件編程中，每一個組件都是一個被別人調(diào)用的具體類，顯然是屬于細(xì)節(jié)和服務(wù)模塊，我們調(diào)用組件，實際上就依賴了這些組件的模塊;根據(jù)依賴倒置原則是不是就不能調(diào)用這些組件呢?當(dāng)然不能這么呆板，在設(shè)計中還有另一條原則，穩(wěn)定依賴是沒有害處的;說到底，這些組件也是根據(jù)客戶需求制定出來的，只不過是已經(jīng)固化了的需求;而且這些組件經(jīng)過了嚴(yán)密測試，是穩(wěn)定的，依賴它們沒有害處;依賴倒置原則是針對我們自己的設(shè)計來說的;當(dāng)然，如果我們自己設(shè)計的某一個服務(wù)類經(jīng)過了嚴(yán)格的測試和大量的使用，都已經(jīng)驗證沒有問題，也可以作為一個通用的組件，別人可以調(diào)用它，依賴它，沒有問題;

　　5、接口隔離原則(ISP)：這一原則好象是單一職責(zé)原則的升級版，接口隔離原則強調(diào)的是當(dāng)一個服務(wù)類需要被即有共同功能需求又有不同功能需求的客戶類使用時，不能在服務(wù)類中加進它的客戶不需要的方法，比如在服務(wù)類A的客戶中， B類客戶需要F方法，而C類客戶則不需要F方法，這時不能簡單地把F方法加到服務(wù)類A中以滿足B類客戶的需求，而應(yīng)分離接口;比如另設(shè)計一個服務(wù)類D，其中包含F(xiàn)方法，并把共用的功能委托給A實現(xiàn)，這樣B客戶可以使用D，而C客戶繼續(xù)使用A;對這一原則我有所保留的是：如果F方法對C類沒有影響，直接加到A類中也無防，而且這種情況是很普遍;

　　6、共同封閉原則：這是針對包的;一個包對應(yīng)用一個程序文件，包含一到多個類，這些類具有共同的封閉性，要么是都不能修改，要么是只能由同一原因引起修改;

　　7、共同重用原則：也是針對包的;不同類的通用性也是不一樣的，通用性最高的就是在所有項目中都可使用，比如我們用到的集成開發(fā)工具中的組件;有些類可能包含些行業(yè)特征，只能這一行業(yè)類的軟件中使用，有些類包含了某一個項目的特征，就可能在該項目中使用;但是一個包中的所有類的通用性都應(yīng)該是一樣的，這樣才能保證包的重用度最大化;

　　二、設(shè)計模式，該書列出了以下常用的設(shè)計模式;

　　1、策略模式(STRATEGY)：在一個擁有通用算法的具體類中，把一些調(diào)用的方法委托給一個接口類實現(xiàn)，通過接口的不同實現(xiàn)，擴展不同的功能;策略模式能夠重用通用具體類，又易于擴展功能;

　　2、工廠模式(FACTORY)：在一個工廠類中，傳入不同的參數(shù)，可生成不同的類(相同的接口，不同的實現(xiàn));工廠模式易于擴展功能;

　　3、封裝模式(FAADE)：對一個具有復(fù)雜接口的類(或API函數(shù))進行封裝，并提供幾個簡單的接口供外部調(diào)用;封裝模式可以隔離復(fù)雜的接口，并使其使用變得簡單;

　　4、命令模式(COMMAND)：上層模塊要操作一組COMMAND對象，這些COMMAND對象都具有同樣的方法(不同的實現(xiàn))，上層模塊在操作COMMAND對象時，只需要調(diào)用它們的方法，而不用關(guān)心方法的實現(xiàn);在某些情況下，這種模式會極大地簡化系統(tǒng);

　　5、組合模式(COMPOSITE)：當(dāng)A調(diào)用B，一對一的關(guān)系，需要改變?yōu)锳調(diào)用多個B(或B的子類對象)時，不更改A的代碼(比如在A中創(chuàng)建一個B或B的子類對象的列表，再依次從列表中取出對象調(diào)用)，而是從B繼續(xù)一個子類C，在C類中創(chuàng)建B或B的子類對象的列表，重寫C類中相應(yīng)的方法為依次調(diào)用列表中對象的方法，從而用A和C一對一的關(guān)系代替A和B之間一對多的關(guān)系，并保持A的代碼不用更改;

　　6、觀察者模式(OBSERVER)：在被觀察者中提供注冊接口(Register)用于注冊觀察者，所有注冊的觀察者都放入一個列表中，在觀察者中提供觀察接口(Update)，用于接收被觀察者發(fā)出的通知;當(dāng)被觀察者發(fā)生變化時，依次調(diào)用列表中的觀察者的觀察接口(Update)，觀察者在觀察接口(Update)中，對感興趣的被觀察者變化進行處理;

　　7、代理模式(PROXY)：主要用于代理數(shù)據(jù)庫操作，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫操作和業(yè)務(wù)操作的代碼分離;實現(xiàn)模式如下：

　　應(yīng)用程序調(diào)用一個接口A，B和C都實現(xiàn)A中的所有接口，其中B是知曉數(shù)據(jù)庫的代現(xiàn)，利用一個數(shù)據(jù)庫類D進行數(shù)據(jù)庫操作，然后委托相應(yīng)的方法給C;代理模式使用不多，主要是在B類中把方法再委托給C，在大多數(shù)情況下都沒有必要;

　　8、適配器模式(ADAPTER)：在一個穩(wěn)定的架構(gòu)中，增加一個外部組件，但該組件的接口不符合架構(gòu)的規(guī)范，這時就可創(chuàng)建一個適配器類對外部組件進行封裝，適配器的接口符合架構(gòu)的規(guī)范(這樣才能納入架構(gòu))，相應(yīng)的方法委托給外部組件實現(xiàn);這樣就可把外部組件納入到已有的架構(gòu)中;另外，也可能是需要提供一個具有不同接口的組件給另外的客戶端使用，同時又要把該組合件的功能納入到已有的架構(gòu)中，通過一個適配器把組件納入架構(gòu)，另外的客戶端直接使用組件;

　　最后說明：使用設(shè)計模式是有代價的，可能需要增加新的類，編寫額外的代碼，增加復(fù)雜度;優(yōu)勢就是，可以使系統(tǒng)更適應(yīng)于功能需求的變化，包括功能修改和擴展，隔離變化等;可以提高代碼的重用率;所以對于設(shè)計模式，不能生搬硬套，而應(yīng)是順勢而為。

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