软件设计到底是什么？

Posted 2023-01-22 JavaEdge.

软件设计是什么：

• 就是讨论要用什么技术实现功能？
• 就是要考虑选择哪些框架和中间件？
• 设计就是设计模式？
• 设计就是Controller、Service加Model？
• ……

一百个程序员，就有一百种理解。若按照这些方式去了解“软件设计”，软件设计的知识不仅散乱，且像陷入沼泽：

• 刚学会Java，听说Go成了新的主流，还没等下决心转语言 ，Rust现在又被吹起来
• 终于知道MQ能干啥了，准备从众学习Kafka，这时又看到一篇公众号说Pulsar比Kafka更好
• 总算理解观察者模式，却有人告诉你JDK中早就提供了原生支持，但更好的做法是Guava EventBus
• 好不容易弄清MVC，却发现后端现在的主要工作是写RESTful服务，Controller还没有用，就该改名Resource
  ……

软件设计应关注长期变化，能应对需求规模的膨胀。然而这些在不断变化的东西可能还没你的软件生命周期长，又怎能支撑长久的变化?那软件设计到底是什么？

1 核心模型

软件开发是解决由需求带来的各种问题，解决结果是可运行的交付物。如在线购物的需求，使用电商平台方案解决。软件设计就是在需求和解决方案之间架设的一个桥梁。

区别于解决简单的问题，软件开发往往是一项长期工作，是个多人运动。这就需要建立起统一的结构，以便所有人都能有共同理解。就像建筑中的图纸，懂建筑的人看了后，就会产生一个统一认知。

而在软件开发过程中，这种统一结构就是模型，软件设计就是要构建一套模型。
模型包括：

• 描述业务的各种实体
• 完成业务功能的各种组件

写代码中常用的服务（Service）、调度器（Scheduler）等概念就是一个个模型。模型是一个软件的骨架，也是一个软件之所以是这个软件的核心。一个电商平台，它不用关系型DB，还可用NoSQL，但若无产品信息，没有订单，它就肯定不是电商平台。

模型粒度可大可小。若把模型理解为一个个类，就是小模型。也可把整个系统当作一个整体，就是大模型。“高内聚、低耦合”就是对模型的要求。
这种模型有效隐藏细节，理解更容易，可继续扩展。如程序设计语言，就是提供编程模型，让我们写程序不用再面对各种硬件差异，还能够在此基础上继续提供新功能。各种框架和技术，也是提供了一个个模型，它们大幅降低了开发门槛。

所以整个计算机世界就是在这样一个又一个模型的叠加中，一点点构建。模型是分层的，就像乐高，由一个个小块构建出一个个大部件，再用这些部件组成成品。
与一些人理解的Controller、Service分层有差异。这才是在计算机行业中普遍存在的分层。网络模型就是典型分层模型。按TCP/IP分层，网络层要构建在网络接口层上，应用层要依赖传输层。
即便是在一个软件内部，模型也可分层。可以先从最核心的模型开始构建，有了这个核心模型后，可通过组合这些基础的模型，构建出上一层模型。

如交易系统设计。分析主要交易动作后，提出一个交易原语概念，包括资产冻结、解冻、出金、入金等动作。然后，把原先的交易动作变成了原语的组合。如下单是资产冻结，成交是不同账户的出金和入金，撤单则是资产解冻：

由：

• 交易原语保证每个业务的准确性
• 交易动作保证整个操作的事务性

这就是模型的分层。所以，模型是一个软件核心；模型粒度可大可小；好模型“高内聚、低耦合”；模型可分层，由底层的模型提供接口，构建出上层的模型。

仅是把软件设计理解成构建模型还不够。模型设计也不能任意妄为，需要有一定约束，即软件设计要构建的另一部分：规范。

2 约束的规范

限定什么样的需求应该以怎样方式完成。如：

• 业务处理相关代码，体现在领域模型
• 网络连接相关代码，写在网关
• 与外部系统集成的代码，要有防腐层
  ……

每个项目都有自己的规范，但问题也常驻。如

2.1 缺乏显式、统一规范

规范是维系软件长期的演化。没有显式规范，项目维系只能依靠团队个人发挥，新人往往创造不同寻常新写法，项目朝着失控发展。某项目，多种不同的做法并存：

• 数据库访问，有用MyBatis的，有用JDBC，也有Hibernate
• 外部接口设计，有用REST风格的，有用URL表示各种动作
• 文件组织，有的按照业务功能划分（比如，产品、订单等），有的按照代码结构划分（比如，Resource、Service等）；
  ……

没有统一规范，每个项目上的新人都会骂街前人代码。然后，新人自己另起炉灶，又加了新东西。其实前任们的混乱一般也就是这么开始的。存在一个显式、统一的规范，项目就能按一个统一方向行进。即使后续设计要演化、规范要调整，统一规范也比散兵游勇代码更可控。

2.2 不符合软件设计原则

有次网关OOM。这个网关日常内存消耗达150G，一次流量暴增它就扛不住。后来经过优化，把内存消耗降到8G。单看数字，20倍优化，nb啊，具体咋整？
最核心内容就是构建防腐层，将请求过来的JSON转换成普通内存对象。而原来做法是把JSON解析器解析出来的对象到处用，因为这些对象上附加很多额外信息，导致占用大量内存。

只是因为旧的规范不符合软件设计原则而导致的错误：外部请求的对象需要在防腐层转换为内部对象。

2.3 防腐层

模型的一个规范：我接触防腐层的概念是从DDD的限界上下文开始。Eric用细胞膜的概念来解释“限界”的概念，细胞膜只让细胞需要的物质进入细胞，代码之间业务也存在这样一个界限，同一个对象的业务含义在不同的上下文中不一样。网上买书为例：

• 购买页面，关注点在这本书的名称，作者，以及分类，库存等信息
• 提交订单后，这本书就成为了订单上下文中的一个订单item，我们会关注这个item 的数量以及购买他的人是谁，以及书的配送地址等；
• 订单提交给仓库后，仓库会关心这本书还有没有库存，以及打包状态，分拣，物流等状态

防腐层是在限界上下文之间映射（说白了就是交互）的方式，体现在代码上就是一个对象的转换，这个转换的意义在于隔离变化，防止因为对象在一个上下文中的变化扩散到其他的上下文中。

2.4 关于规范

规范也是团队文化中很重要的一部分，以持续集成为例子，它的执行严格依赖于团队的开发纪律文化，以为了所谓赶进度而单元测试覆盖很低或者直接不写；采用分支策略方开发，一星期都合并不了主干，类似的人到处倒是，也就因为这一点，很多团队都在持续集成这个环节上掉队了。所以开发规范真的很重要，时刻谨记：混乱始于没有规范。

3 模型与规范

二者相辅相成。一个项目最初建立起的模型，往往要符合一定规范，而规范的制定也有赖于模型。
就像讨论户型，可按照各种方式组合不同空间（模型），却不会把厨房与卫生间放在一起（规范）。

软件设计既包含构建出一套模型，也包括制定出相应的规范。

• 特定技术、框架和中间件，只是支撑我们模型的实现
• 设计模式、Controller、Service、Model这些东西也只是一个特定的实现结果，是某些特定场景下的模型

4 总结

软件设计应该包括：

• 模型，是一个软件的骨架，是一个软件之所以是这个软件的核心。模型的粒度可大可小。我们所说的“高内聚、低耦合”指的就是对模型的要求，一个好的模型可以有效地隐藏细节，让开发者易于理解。模型是分层的，可以不断地叠加，基于一个基础的模型去构建上一层的模型，计算机世界就是这样一点点构建出来的。
• 规范，就是限定了什么样的需求应该以怎样的方式去完成。它对于维系软件长期演化至关重要。关于规范，常见的两种问题是：一个项目缺乏显式的、统一的规范；规范不符合软件设计原则。

模型与规范，二者相辅相成，一个项目最初建立起的模型，往往是要符合一定规范的，而规范的制定也有赖于模型。

软件设计，应该包括模型和规范。