抽象的精神

软件设计，一直是一个非常抽象的，非常难懂的领域。

然而设计，并不是科学，虽然有评价标准，却没有是非对错。好的软件，就像是艺术品，闪耀着前人智慧的结晶。

本文将探讨一下流行的软件设计，以及总结一下好的设计原则和方法。

设计的基本原则

一谈到软件设计，很多人都会讲，你要怎么怎么设计软件，怎么怎么才能面向对象，怎么样才能符合设计模式。没错，目前学软件设计，最初接触的可能就是面向对象的设计方法，23种设计模式。

但我要说，软件设计，不是死板的，不是只有这些模式的。软件设计，是更为灵活的艺术品的创作，而面向对象，可能只是其中的一个派系而已。

我们所熟悉的面向对象，只是万千设计方法中的一种，23种设计模式，也只是设计中的冰山一角，我们要跳出面向对象的小圈子，去看看外面的风景。

但无论什么样的设计方式和思想，总得有一个评价标准，或者说是一个共识，来解释什么样的设计是一个好的设计，这个基本标准就是：高内聚，低耦合。

所谓高内聚，是指一个功能，或一个模块，内部的封装性较好，同样的功能，尽量只存有一份代码，这样你在修改一个功能时，往往改动就很小。而且内聚性高的代码，很注重接口的稳定，在不修改接口的情况，修改内部的实现，对外部影响极小或根本无影响。

低耦合，是在说代码模块间的耦合性要低，模块能较容易的移动和替换，模块间的耦合性低，最大的好处就是可维护性强，一个模块出现问题，方便替换。而且复用性强，同一个模块，可以被多个地方引用，降低了软件的成本。

举个例子

我们现在要做一个在线购物的网站，有用户和管理员两种角色，需要维护一个商品列表，用户的购物车，有什么样的设计方式呢？



这里我们只是给出简单的例子，实际情况往往比这复杂的多。

方法1：

我们给每个页面写一段代码，假设我们用JavaEE实现，那么我们可能建立了几个页面，我们可以按照页面划分功能，然后依次实现，要完成的页面有：

登录、注册页面

查看商品列表页面

购物车页面

后台登录页面

后台管理商品列表页面

我们会用jsp写一个个页面内容，然后通过数据库操作，将对应表中的数据取出来，并格式化到前端页面上，在接受用户提交的表单时，我们为其查询数据库，并进行数据检查与过滤，然后操作对应的数据表。

经过我们苦逼程序员的一致努力，终于实现了全部的功能，网站可以使用了。

但是…客户忽然发现，他们希望再增加一种vip用户，让vip用户可以存储更多的个人信息，绑定自己的银行卡账户，这样他们能为vip用户提供更好的服务。

然而，这并不简单，由于所有的代码和页面逻辑都混在一起，虽然也有按照页面划分功能，但添加一种新的用户角色，大部分的页面都需要改动，工作量很大。

方法2：

我们先思考一下，是什么造成了改动的困难。如过单独的考虑一个用户的模型，也许就能更加简便的实现，也就是说：我们按照页面划分功能模块，这种思想太粗糙。

我们设计一个用户模型，将单独的数据操作抽象出来，方便我们扩展用户类型。通过继承的方式，我们不但能实现vip用户，甚至也可以再扩展企业用户等等。



我们这里使用了面向对象的设计方式，由于Java的对象支持非常好，我们这样设计也是能很方便的用Java类来实现，这样我们不但可以方便的将模型扩展，更可以简单的复用模型中的操作。

同理，我们继续抽象整个项目的结构，像购物车，商品，都可以抽象成单独的模型类，而关键的流程控制，更是可以抽象成控制器。

这种流行的MVC架构到现在，都在软件架构中发挥着关键的作用。

这里并不想讲解MVC架构，而是要说明一个问题，软件结构直接影响软件的可维护性，可扩展性。

高内聚、低耦合，这些都是良好软件设计中的基本观点，但更基本的设计考虑，则是软件是要分模块实现的，当然这个模块是一种对软件结构的抽象，可以说是类，也可以说是函数，总之是软件的组成部分。如果一个软件只有一个函数，所有功能从上到下依次完成，也就没有了所谓的软件设计。

软件设计的核心——抽象

软件设计的核心，我认为是对事物的抽象。

软件设计时，抽象是最基本的方法，来设计出高内聚、低耦合的代码。希望代码设计的更好，那么我们就需要一个好的抽象，一个对现实事物构建的合理的模型。

原因也很简单，软件的是为现实世界服务的，只有良好的描述现实事物特征的模型，才能更好符合我们要让其完成的功能。

前面例子讲解了，什么是好的抽象，例如将页面中的实体抽象成数据模型，将实体相关的操作抽象成模型的方法，这直接套用了面向对象的设计模式，形成了很好的抽象。

当然，还有很多种抽象方法，例如在大名鼎鼎的LISP语言中，函数就是第一等公民，将各类方法抽象成函数就是他的做法，甚至是数据的定义，也可以抽象成模型构造函数。这样就又换了个角度，从另外一个方面来审视整个项目，得出的软件结构，也大不相同。

在LISP语言中，抽象方式变了，不再那么关注数据模型，而是关注每一个功能的输入输出，将不同的功能组合在一起，形成新的功能，就是函数式编程的基本思想。

好的抽象，往往和软件是无关的，是在人脑中，将事物的特征归类，形成的有效的概念。而一种好的抽象，往往会影响一个时代的设计风格。在Unix系统中，有一个非常棒的设计，将一切抽象为文件，设备驱动也是文件，IO操作也是文件，系统的监控，也是靠文件。这种设计影响了整个业界，人们惊奇的发现，原来操作系统将一切抽象为文件后，所有的操作都变得统一和方便了。我们添加新的硬件驱动，不需要修改系统接口，用设备文件的方式就可以访问，包括进程间通信，也用的是内存共享文件，监控系统参数，只需要打开文件就可以。

编程范式对人思考的影响

我一直说，千万不要局限在设计模式中。原因很简单，固定的设计模式往往会阻碍你对更好的设计的追求。有时会有种一叶障目的感觉。

判断一款软件是否设计的较好，最简单的方式是这样，先看有没有冗余代码，消除冗余是代码优化的第一步。

一般情况，总会有办法能将冗余代码合并在一起。但是不是没有冗余就是好的设计了呢？这可不一定。因为很有可能你虽然消除了冗余代码，但引入了复杂的结构，这样是得不偿失的。还有，就是要看可读性，如果消除冗余代码时，降低了代码的可读性，本来功能很清楚的一个函数，经过冗余消除后，反而看不懂是在做什么了，这时，就要避免代码整合。

或者说，这时的另外一种方式就是，构建新的抽象方式，抽象新的概念，这样就能让思考转换，构建出既没有冗余，又容易理解的代码。

我很喜欢多范式编程语言，这类语言不规定你具体要使用什么样的编程模型，你自由发挥的空间就广，代表就是C++、LISP、Scala等，都是十分优秀的语言。

如果你只属性面向对象的设计，那么我强烈建议你去看一看函数式设计和面向方面的AOP编程，往往会对你的设计具有启发式的意义。

分层是解决软件设计问题的有力方法

其实分层的思想和抽象是一脉相承的，一批软件功能的整体抽象，往往就能形成一个中间层，绝大部分复杂问题，都可以通过分层的思想，逐层分而治之，将任务不断简化，最后问题得解。

例如我们的互联网，互联网就是分层解决问题的典范，在TCP/IP协议下，有对等层的概念。我们知道，TCP/IP协议族采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。

协议分为：网络接口层、网络层、传输层、应用层。网络接口层就解决两个硬件设备直连的通信的问题，通过出错重传机制，保障直连信息的可靠传输；网络层则负责寻找目标地址，分组转发和路由，将数据填上ip报文段，发送到目标机；传输层则复杂格式化信息流，并提供稳定可靠传输，为此，传输必须通过三次握手才能开始，而且每个报文包更是要经过接收方发回确认才算安全传输。

如此复杂的互联网，通过分层的解决方案，得到了可靠有效的实现。现如今互联网的蓬勃发展，也证明了当年的设计确实是灵活合理的。

软件设计领域，有这样一句著名的命题：

任何一个软件设计的难题，都可以通过增加一个中间层来实现。

我们这里不去论证这个命题是否合理，但分层确实是人类这么多年设计经验的精华。分层体现了两个重要的思想，分治和抽象，这是解决问题的关键。

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