摘要:软件的重大性是我们程序员在一样平常开发中所必须面临的器械,学会若何 “弄清楚什么是软件重大性,找到导致软件重大的缘故原由,并行使种种手法去战胜软件的重大性” 是一门必备的能力。

前言

在举行软件开发时,我们经常会追求软件的高可维护性,高可维护性意味着当有新需求来时,系统易扩展;当泛起bug时,开发人员易定位。而当我们说一个系统的可维护性太差时,往往指的是该系统太过重大,导致给系统增添新功效时容易泛起bug,而泛起bug之后又难以定位。

那么,软件的重大性又是若何界说的呢?

John Ousterhout给出的界说如下:

Complexity is anything related to the structure of a software system that makes it hard to understand and modify the system.

可见,软件的重大性是一个很泛的观点,任何使软件难以明了和难以修改的器械,都属于软件的重大性。为此,John Ousterhout提出了一个公式来器量一个系统的重大性:

公式中,示意系统中的模块,示意该模块的认知肩负(Cognitive Load,即一个模块难以明了的水平),示意在一样平常开发中在该模块破费的开发时间。

从公式上看,一个软件的重大性由它的各个模块的重大性累加而成,而 模块重大性 = 模块认知肩负 * 模块开发时间,也就是模块的重大性即和模块自己有关,也跟在该模块上破费的开发时间有关。需要注重的是,若是一个模块异常难以明了,然则后续开发过程中险些没有涉及到它,那么它的重大性也是很低的。

导致软件重大的缘故原由

导致软件重大的缘故原由可以细分出许多种来,而归纳综合起来莫过于两种:依赖(dependencies) 和 隐晦(obscurity)。前者会让修改起来很费劲而且容易泛起bug,好比当修改模块1时,往往也涉及到模块2、模块3、... 的改动;后者会让软件难以明了,定位一个bug,甚至是仅仅读懂一段代码都需要破费大量的时间。

软件的重大性往往伴随着如下几种症状:

霰弹式修改(Change amplification)。当只需要修改一个功效,但又不得纰谬许多模块作出改动时,我们称之为霰弹式修改。这通常是由于模块之间耦合过重,相互依赖太多导致的。 好比,有一组Web页面,每个页面都是一个HTML文件,每个HTML都有一个靠山属性。由于各个HTML的靠山属性都是离开界说的,因此若是需要把靠山颜色从橙色修改为蓝色时,就需要改动所有的HTML文件。

霰弹式修改的典型例子

认知肩负(Cognitive load)。当我们说一个模块隐晦、难以明了时,它就有过重的认知肩负,这种情况下往往需要读者破费大量时间才气明了该模块的功效。好比,提供一个不带任何注释的calculate接口,它有2个int类型的入参和一个int类型的返回值。从该函数的署名上看,挪用者基本无法得知函数的功效是什么,他只能通过花时间去阅读源码来确定函数功效后才敢去挪用该函数。

int calculate(int val1, int val2);

不确定性(Unknown unknowns)。相比于前两种症状,不确定性的破坏性更大,它通常指一些在开发需求时,你必须注重的,然则又无从得知的点。它经常是由于一些隐晦的依赖导致的,会让你在开发完一个需求之后感受心里很没谱,隐约以为自己的代码那里有问题,但又不清楚问题在哪,只能祈祷在测试阶段能够露出而不要破绽商用阶段。

若何降低软件的重大性

对 “战术编程” Say No!

许多程序员在举行特征开发或bug修复时,关注点往往是若何简朴快速让程序跑起来,这就是典型的战术编程(Tactical programming)方式,它追求的是短期的效益——节约开发时间。战术编程最普遍的体现就是在编码之前没有举行模块设计,想到那里就写到那里。战术编程在系统前期可能会对照利便,一旦系统重大起来、模块之间的耦合变重之后,添加或修改功效、修复bug都市变得寸步难行。随着系统变得越来越重大,最后不得纰谬系统举行重构甚至重写。

与战术编程相对的就是战略编程(Strategic programming),它追求的是历久的效益——增添系统可维护性。仅仅是让程序跑起来还不足以知足,还需要思量程序的可维护性,让后续在添加或修改功效、修复bug时都能够快速响应。由于思量的点对照多,也就注定战略编程需要破费一定的时间去举行模块设计,但相比于战术编程后期导致的问题,这一点时间也是完全值得的。

战术编程 VS 战略编程

让模块更“深”一点!

一个模块由接口(interface)和实现(implementation)两部分组成,若是把一个模块比喻成一个矩形,那么接口就是矩形顶部的边,而实现就是矩形的面积(也可以把实现看成是模块提供的功效)。当一个模块提供的功效一准时,深模块(Deep module)的特点就是矩形顶部的边对照短,整体形状高瘦,也即接口对照简朴;浅模块(Shallow module)的特点就是矩形顶部的边对照长,整体形状矮胖,也即接口对照重大。

深模块 VS 浅模块

模块的使用者往往只看到接口,模块越深,模块露出给挪用者的信息就越少,挪用者与该模块的耦合性也就越低。因此,把模块设计得更“深”一点,有助于降低系统的重大性。

那么,怎样才气设计出一个深模块呢?

  • 更简朴的接口

简朴的接口比简朴的实现更主要,更简朴的接口意味着模块的易用性更好,挪用者使用起来更利便。而简朴的实现 + 重大的接口这种形式,一方面影响了接口的易用性,另一方面则加深了挪用者与模块的耦合。因此,在举行模块设计时,最好遵守“把简朴留给别人,把重大留给自己”的原则。

异常也属于接口的一部分,在编码过程中,应该杜绝没经过处置,就随意将异常往上抛的征象,这样只会增添系统的重大性。

  • 更通用的接口

在设计接口时,你往往有两种选择:(1)设计成专用的接口;(2)设计成通用的接口。前者实现起来更利便,而且完全可以知足当前的需求,但可扩展性低,属于战术编程;后者则需要花时间对系统举行抽象,但可扩展性高,属于战略编程。通用的接口意味着该接口适用的场景不止一个,典型的就是“ 一个接口,多个实现 ”的形式。

有些程序员可能会反驳,在无法预知未来转变的情况下,通用就意味着过分设计。过分通用确实属于过分设计,但对接口举行适度的抽象并不是,相反它可以使系统更有条理感,可维护性也更高。
  • 隐藏细节

在举行模块设计时,还要学会区分对于挪用者而言,哪些信息是主要的,哪些信息是不主要的。隐藏细节指的就是只给挪用者露出主要的信息,把不主要的细节隐藏起来。隐藏细节一则使模块接口更简朴,二则使系统更易维护。

若何判断细节对于挪用者是否主要?以下有几个例子:

1、对于Java的Map接口,主要的细节:Map中每一个元素都是由<Key, Value>组成的;不主要的细节:Map底层是若何存储这些元素、若何实现线程安全等。

2、对于文件系统中的read函数,主要的细节:每次读操作从哪个文件读、读若干字节;不主要的细节:若何切换到内核态、若何从硬盘里读数据等。

3、对于多线程应用程序,主要的细节:若何建立一个线程;不主要的细节:多核CPU若何调剂该线程。

举行分层设计!

设计优越的软件架构都有一个特点,就是条理清晰,每一层都提供了差别的抽象,各个条理之间的依赖明确。不管是经典的Web三层架构、DDD所提倡的四层架构以及六边形架构,抑或是所谓的Clean Architecture,都有着鲜明的条理感。

在举行分层设计时,需要注重的是,每一层都应该提供差别的抽象,并要只管制止在一个模块中泛起大量的Pass-Through Mehod。好比在DDD的四层架构中,领域层提供了对领域营业逻辑的抽象,应用层提供了对系统用例的抽象,接口层提供了对系统接见接口的抽象,基础设施层则提供对如数据库接见这类的基础服务的抽象。

所谓的Pass-Through Mehod是指那些“在函数体内直接挪用其他函数,而自己只做了少少的事情”的函数,通常其函数署名与被其挪用的函数署名很类似。Pass-Through Mehod所在的模块通常都是浅模块,让系统增添了无谓的条理和函数挪用,会使系统加倍重大。

Pass-Through Mehod(选自《A Philosophy of Software Design》中的例子)

学会写代码注释!

注释是降低软件重大性的性价比极高的一种手法,它只需要破费20%的时间,即可获取80%的价值。它可以提高艰涩难明的代码的可读性;可以起到隐藏代码重大细节的作用,好比接口注释可以辅助开发者在没有阅读代码的情况下快速领会该接口的功效和用法;若是写的好,它还可以改善系统的设计。

详细若何写好代码注释,参考《教你写好代码注释》一文。

总结

软件的重大性是我们程序员在一样平常开发中所必须面临的器械,学会若何 “弄清楚什么是软件重大性,找到导致软件重大的缘故原由,并行使种种手法去战胜软件的重大性” 是一门必备的能力。有句话说得很好,“代码质量决议生涯质量”,当你把软件的重大性降低了,bug减少了,系统可维护性更高了,自然也就带来了更好的生涯质量。

模块设计是降低软件重大度最有用的手段,学会使用“战略编程”的方式,并坚持下去。我们经常提倡“一次把事情做对”,但这对于模块设计而言并不适用,险些没有人可以第一次就把一个模块设计成完善的容貌。二次设计是一个异常有用的手法,与其在系统腐蚀之后再花大量时间举行重构或重写,还不如在第一次完成模块设计后,再花点时间举行二次设计,多问问自己:是否有更简朴的接口?是否有更通用的设计?是否有更简练高效的实现?

"罗马不是一天建成的",降低软件的重大性也一样,贵在坚持。

 

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