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一文读懂架构整洁之道

简介: 相信大家都非常清楚,如何编写可读性强的代码是一个合格程序员的必修课。 我在之前的文章《谈谈什么是好的代码》中谈了一些自己对整洁代码的感悟,代码并不是独立存在的,成百上千个类的系统在企业应用中非常常见,如何将代码进行有效的组织,保持高可读性,高可维护性,则是一个好的架构需要考虑的事情。本文从原则切入,聊聊组件的分层和解耦,浅谈下Bob大叔提出的整洁架构,感兴趣的同学也可以发表下自己的看法。

相信大家都非常清楚,如何编写可读性强的代码是一个合格程序员的必修课。

我在之前的文章《谈谈什么是好的代码》中谈了一些自己对整洁代码的感悟,代码并不是独立存在的,成百上千个类的系统在企业应用中非常常见,如何将代码进行有效的组织,保持高可读性,高可维护性,则是一个好的架构需要考虑的事情。本文从原则切入,聊聊组件的分层和解耦,浅谈下Bob大叔提出的整洁架构,感兴趣的同学也可以发表下自己的看法。

原则

原则属于做事情的指导方针,在讨论架构前,先来看看相关的一些原则。有适用于代码层面的原则,有适用于再高一层级——组件的原则。

▐ 代码原则

代码的原则有SOLID,迪米特法则,组合复用原则等等,我在谈谈什么是好的代码中也列出来过,关于这些原则讨论的文章非常之多,大家也比较熟悉,本文主要谈架构方面的,这里就不展开了。

▐ 组件原则

组件是一组代码的集合,拿盖房子来打比方,代码原则指导如何使用砖块建造房间,而组件原则指导如何将房间构建成高楼大厦。组件的构建要遵循一些原则,否则即使墙砌的再好,房间修建的再漂亮,不按照规范建造,房子可能就歪歪扭扭,整栋楼房的质量也堪忧。

组件原则包括组件内的关系(组件聚合)以及组件间的关系(组件耦合)。

组件聚合

组件聚合方面的原则有以下几个:

  • REP:复用/发布等同原则
  • CCP:共同闭包原则
  • CRP:共同复用原则

REP是组件聚合总的指导原则,表示组件内的类和模块是彼此紧密相关的。CCP和CRP是对REP的补充,CCP可以看做是组件级别的单一职责原则(SRP):由于相同原因修改,并且需要同时修改的东西放一起;不同原因修改,并且不同时修改的东西分开。CRP可以看做是组件级别的接口隔离原则(ISP):不要依赖不需要的东西。

可以看出通过这三个原则构建的组件,拥有以下几个特点:

  • 组件内的类和模块紧密相关,需求变更时通常需要同时修改;
  • 需求变更时,需要进行的修改只涉及很少的组件甚至在一个组件内;
  • 复用这个组件时,通常组件内的功能均是用户需要的,而不是有一些不相关的功能;

这里贴下书中的张力图:

image.png

项目的初期,更多关注的是维护性而牺牲复用性,随着项目逐渐成熟,项目重心会逐渐倾向于复用性。

组件耦合

组件耦合方面的原则有以下几个:

  • ADP:无依赖环原则
  • SDP:稳定依赖原则
  • SAP:稳定抽象原则

组件间的依赖如果存在环,则维护性将大大降低,我们应该避免组件间的循环依赖。

组件间的依赖关系应该是指向更稳定的方向,每个组件的稳定性都低于其依赖的组件稳定性。组件越稳定,则其抽象程度需要更高;组件越不稳定,则其抽象程度需要更低,越具体。

有时候,可能会新引入一个引用,导致一个稳定的组件依赖了一个不稳定的组件,此时就可以使用依赖倒置原则(DIP)将依赖关系反转,保持稳定依赖。

分层与解耦

谈了组件相关的原则,现在来谈谈组件间的分层和隔离的方式。通过有效的分层手段,可以有效隔离不同功能的组件。

▐ 水平分层

得益于MVC模式的普及,水平分层在我们的系统中已经非常普及了,通常有以下几层:

表现层/UI层:负责系统的界面展示,通常包括Controller和VO等;

领域层/业务逻辑层:负责处理系统的业务逻辑,通常包括Service,Manager和DTO等;

数据层:负责与DB等底层数据存储介质通信,通常包括Mapper和DO等;

▐ 垂直分层

但是,仅仅做到水平分层是不够的。当业务逻辑比较复杂时,涉及的用例会非常多,这些用例之间的变更原因几乎肯定是不同的,所以还要进行垂直分层,将变更原因不一样的用例切分开。

例如,很多系统的修改操作和删除操作的变更原因和变更频率是不一样的,这时候可以考虑将修改和删除进行解耦。

不论是水平分层还是垂直分层,其核心目的都是将更新频率不同的代码给分开,放入不同的组件中。

▐ 解耦方式

分层后的解耦方式有多种:

  • 源码层次:通过控制源代码模块间的依赖关系进行解耦,部署时仍然一起部署,适用于项目早期刚起步时
  • 部署层次:通过控制部署单元(例如jar包等)之间依赖进行解耦,当系统对部署和开发方面有更高的要求时,部分组件需要独立出去形成新的部署单元;
  • 服务层次:通过将组件的依赖关系降低到数据结构级别,然后通过服务进行通信来解耦,当系统足够大的时候,就需要服务层次的解耦了;

但需要注意的是,不论通过哪种解耦方式进行代码的隔离,并不意味着这样就万事大吉,拥有良好可扩展和可维护性了。这也是Bob在《架构整洁之道》中提到的“横跨型变更”(虽然作者是在服务的这一章提出的,但我认为也适用于其他两种解耦层次)。

请看下面的出租车调度系统的服务架构图

image.png

图中可以看出,Taxi UI依赖 Taxi Finder查找符合条件的出租车,依赖Taxi Selector进行出租车调度。而Taxi Finder通过多个Taxi Supplier服务获取车辆信息,Taxi Selector依赖Taxi Dispatcher进行最终的派单。

各个组件都是服务化的。可以看到,各个组件都是具体的类,虽然各个组件隔离部署,但其实他们之间是强耦合的,并没有真正的解耦:加入现在出租车公司准备推出运送猫咪的服务,则所有的组件都需要进行更改,同时有些同学的更改方式就是在原有的类中增加if...else,这显然是不可取的。

正确的做法应该是在组件最初的设计中,就应该考虑抽象化和多态,如下图,使用策略模式或者模板方法进行解耦:

image.png

采用面向对象的方法来处理横跨型变更

注意看我红框标出来的,除了服务间的隔离外,在组件内部其实也存在隔离,而这个的隔离更加重要。这也就是书中讲的:

服务边界并不能代表系统的架构边界,服务内部的组件边界才是。

架构

从代码和组件原则到组件分层和解耦,我们逐渐对系统底层的一些元素有了比较深入的了解,那么上层的架构到底是什么呢?

▐ 什么是架构

并没有非常明确的定义,这里引用书中的一些描述,大家应该有一些体会:

软件架构的实质就是规划如何将系统切分成组件,并安排好组件之间的排列关系,以及组件之间互相通信的方式。
软件架构的终极目标是,用最小的人力成本满足构建和维护该系统的需求

需要指出的是,架构和框架并不是相同的东西:

  • 架构一定是业务相关的,包含了业务属性,并且这个业务属性是系统的核心价值;
  • 框架一般都是业务无关的,是我们编码实现架构的的工具,属于实现细节。

最初设计系统架构时,并不需要过多考虑使用什么框架,而更多的是关注自身业务。

此外,很多人可能对架构有些误解:设计那么多有什么用,代码不还照样得写?

是的,代码还得写,架构并不能让你不写代码了(有时可能还会让你多写代码)。但是,好的架构会让写代码变得更容易了。

容易不一定是体现在需要变更的代码量多少上,好的架构可以让你更快速的找出需要变更的范围,并且很容易的就修改掉——这对于一个运行维护了多年的系统尤为重要。大家可以回想下这样的场景是不是很熟悉:明明是一个看起来很正常很合理的需求,看起来变更范围也不大,但真的去撸代码时发现需要改的地方好多,甚至无从下手去改。这个时候可能就要去看看之前的架构设计是不是不够合理,有哪些需要优化改进的。

六边形架构

六边形架构,又名端口适配器架构(我更喜欢这个名字,因为六边形老让人感觉有六个什么东西跟它对应),DDD极力推崇该架构。系统的领域模型是系统最为重要的部分,而其他的诸如DB,UI,缓存,消息队列等等均通过适配器与领域层进行通信,也就是依赖关系是由外到内的(依赖倒置)。之前在商家规模化运营项目中也尝试过使用DDD来进行架构设计。

image.png

▐ 整洁架构

Bob综合六边形架构和其他几个架构的特点提出了整洁架构,它具有以下几个特点:

  • 独立于框架
  • 可被测试
  • 独立于UI
  • 独立于数据库
  • 独立于任何外部机构

image.png

架构最内部是业务实体,代表了系统关键业务逻辑。

再外一层是用例——特定应用场景下的业务逻辑,在Bob看来,用例是架构设计中非常重要的一环,架构也是基于这些用例进行设计的,如果缺失了用例,就无从谈起架构设计了。

紧接着是控制器,网关和展示器,是一层接口适配器。

最外层则是框架和驱动程序,这里面包含了数据库,web,工具等等,这一层一般只包含了一些通信的黏合性代码。

也并不一定只有四层,真实的情况可能会超过四层,但总的原则不变:外层依赖内存,最内部是最通用、最高层的策略,最外层是最具体的实现细节。

外层的是底层组件,内层的是高层组件,底层组件作为高层的插件存在,换句话说外层的这个组件是可以被其他的组件像插件一样替换掉的。

这里需要明确的一点是:有时候,软件运行的方向与依赖的方向是不同的(这个很多同学可能会没有注意到)。比如业务实体从数据库取数据,运行方向是业务实体->数据库,而通过依赖反转(DI,业务实体定义查询接口,数据库层实现),我们的依赖关系是业务实体<-数据库。这里讲到的保持底层组件对高层组件的依赖,高层组件的稳定性和抽象性,也就是前面讲的SDP和SAP。

总结

本文从代码和组件的原则讲起,讲到组件内和组件间的关系,以及如何进行组件的分层和隔离,接着引出了架构相关的讨论,列举了六边形架构和整洁架构,并谈了一些自己的理解。

后续会结合自身做过的项目,谈一谈具体的一些架构模式。

参考:

《架构整洁之道》 Robert C. Martin

《领域驱动设计》 Eric Evans

《企业应用架构模式》Martin Fowler

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