软件的架构与设计模式之层次原则

　计算机软件工业是一个年轻的工业，它诞生于1950年，至今不过五十几年的历史。相比之下，建筑设计则可以追溯到几千年前埃及金字塔时代，甚至更早。因此，计算机软件设计师可以从建筑设计师那里学习到非常之多的经验和教训。计算机软件系统的设计和建筑设计有很明显的相似之处。

　　如果读者到过纽约华尔街附近的话，会发现那里大量的古老雄伟的地标性建筑群中散布着一些超豪华住宅建筑，十分不和谐。其实这些建筑本是昂贵的办公大楼，建筑结构极为牢固，只是因为大楼的设计老旧，无法适应架设计算机通讯设备、以及电梯改造等等需求，而不得不改造为住宅。这一波发生在八十年代的IT设备革新的浪潮导致了大量的建筑物被拆毁重建，这些被改造为住宅的仅仅是其中少数幸存下来的。

　　著名的建筑设计学家Steward Brand考察了上千所古今建筑物，特别是它们在落成和投入使用之后所发生的事情。他发现在建筑物的设计中，层次的概念是基本的原则。

　　Steward Brand说，好的建筑都是为变化而设计的（Built for Change），从古至今，人类所建造的千千万万的建筑物，其成功与失败全在于是否能够适应需求的变化。但是怎么做到这一点呢？Steward Brand说："一个好的架构应当将变化的与不变的层次分开" ，也就是按照可变性的不同，将建筑物划分成为不同的变化层。

图10、Steward Brand所提出的六个S原则，描述建筑物的设计。

　　六个S

　　英国建筑学院院长Frank Duffy说，"我们的基本观点是根本就不存在’一栋建筑’这样的概念。"为什么这样说呢？"一栋建筑"是一个固体的概念；而作为一个固体的建筑物并不存在，真正存在的是一个流体，它处在不断的流动和变化之中，本身可以按照流速划分成几个不同的层次。

　　在文献[BRAND94]中，Steward Brand进一步发展了这个概念。他指出，建筑物可以划分成为六个层次：

　　·Site（地点）、建筑物所在的地理位置，建筑用地的形状如何等。建筑用地上面的建筑每过几十年的时间就会被推倒重来，但是建筑用地会长久存在。

　　·Structure（结构）、建筑的基础结构部分非常难以改变，改变起来也非常昂贵。一般而言，基础结构的生命就是建筑物本身的生命。基础结构的生命通常可以长达三十年到三百年，当然由于其他的原因，很少有建筑物寿命超过六十年的。

　　显然，建筑物的主体结构的稳固性仅次于地点的稳固性。无论是钢结构的还是混凝土结构建筑，其主体结构都是非常难以改变的，即便较小的改变所需代价都大得难以承受。

　　Windows操作系统从9x版本不断升级到XP版本，其内部的变化就如同建筑物的主体结构变化一样，是非常昂贵的变化。

　　·Skin（外表）、这就是建筑物的外表。因为时尚、信仰、技术革命、大规模整修等原因，一般建筑物的外表每过二十年左右就会发生一次变化。比如最近对节省能源的关注导致建筑物外表更加密闭和绝缘。

　　显然，建筑物外表的稳固刑部能够与建筑物的主体结构相比。在建筑物的主体结构不变的情况下，外表可以发生适当的变化。熟悉Windows操作系统的读者都目睹了从Windows 3.x到Windows 9x以及Windows 2000的图形用户界面所发生的变化，一个早期开发的应用程序，在不需要修改的情况下，就可以"变脸"。

　　·Service（服务）、这是建筑物的五脏六腑：通讯电缆、电源线、排水、供暖、通气和空调等，以及建筑物内部的可动部分，比如电梯、自动楼梯等。每过7到15年这些部分就磨损了。很多情况下，这些容易磨损的部分非常紧密地嵌入到建筑物的结构中，以至于无法简单地更换它们，就只好将建筑物推倒重来。

　　因此，建筑物的设计必须允许服务部分进行不断的更新，以便为建筑物的住户或者商家提供与时具进的服务。

　　·Space Plan（空间规划）、建筑物内部的墙、天花板、地板、门等如何分布。商业空间的规划常常会因为部门重组而发生变化，一般每三年就改变一次；而住宅空间有时每三十年才发生变化。

　　显然，空间的规划受制于建筑物的基本结构和服务。

　　·Stuff（摆设）、这是一些大家都非常熟悉的物品，比如办公室里面的文件、电话、盆景、废纸篓，家庭的床、洗漱间、照片、厨房设施、灯、发梳等，这些东西每月、每周、每日、每时都会变化。

　　这些装饰物的使用取决于建筑物的内部空间规划，而不是相反。

图11、Steward Brand所提出的六个S原则，描述建筑物的设计。

　　这就是建筑学的层次设计原则，其关键就是按照结构的稳固度对建筑物的结构进行划分。稳固度的反面就是变化的可能性；这一设计原则按照变化的难易程度将结构分割成不同层次，位于最底部的是最稳固、最难以改变的结构，越往上就是稳固性越低、变化越容易的结构。

因此Frank Duffy说，作为一个设计师，你应当避免为一个五分钟的问题提供一个五十年的解决方案，也不要为一个五十年的问题提供一个五分钟的解决方案。建筑设计师、服务工程师、空间计划师、室内装修师应当解决不同时间尺度上的问题