翟志军

为什么“分层”给我们带来好处——论软件工程的分层概念

All problems in computer science can be solved by another level of indirection – David Wheeler 计算机科学中的任何问题,都可以通过加上一层逻辑层来解决。– David Wheeler

总之,分层就是有好处

在计算机领域,“分层” 概念无处不在。比如 web 开发时的 MVC ,网络编程时的 OSI 参考模型和 TCP/IP 协议族。

但是为什么要进行分层呢?不同的书有不同的说法。

在《图解TCP/IP》这本书这样说:

在这一模型中,每个分层都接收它下一层所提供的特定服务,并且负责为自己的上一层提供特定的服务。上下层之间进行交互时所遵循的约定叫做“接口”。

在我看来,说了等于白说。:-P

而《企业应用架构模式》开篇第 1 章是这样说的:

在分解复杂的软件系统时,软件设计者用得最多的技术之一就是分层。

当用分层的观点来考虑系统时,可以将各个子系统想像成按照“多层蛋糕”的形式来组织,每一层都依托在其下层之上。在这种组织方式下,上层使用了下层定义的各种服务,而下层对上层一无所知。另外,每一层对自己的上层隐藏其下层的细节。

Marting Fowler在第 1 章后面,又举了一个表现层,领域层,数据源层的例子。但是个人认为依然没有把为什么要分层说透。

对于为什么要分层,我见过的大多数文章说的只是它带来的好处。比如下层修改实现,不影响上层使用;分离关注点等。但是为什么会带来这些好处?看似很傻的一个问题,其实很难回答。

两个例子帮助你认识“分层”

我们先通过两个例子给大家一些感性的认识。

自动驾驶

用分层的思维来看开车这件事情是这样的:

分层 具体内容
人的意图 前行,不上坡,右转弯
人的操作 踩着油门,瞥一眼后视镜,方向盘打右
汽车运行 根据踩下油门的程度,发动机输出动力,而方向盘打右转动转向拉杆
发动机 进气,压缩,点燃,排气
更底层省略…. 更底层省略 …..

因为有了分层,当我们要实现自动驾驶汽车时,要解决的就只是“人的操作”这一层的问题,而不需要实现“人的操作”以下所有的层,也就是不需要自己从头造汽车(不是绝对,但是绝对不需要从头造所有的部分)。

IoT 云云对接

总要举一个软件开发领域的例子吧。我们举一个 IoT 云云对接的例子。

当第三方云想控制 M云的空调时,系统的外观是这样的:

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如果我说用分层的方式,想必有人马上想要说 MVC blabla……。事实上,我不赞同这样。因为在我眼里,MVC 解决只是技术层面的问题。从技术角度分层的优先级比从业务角度分层的优先级低。换句话说,分层可以从多个角度进行,不同的角度有不同的优先级

从业务角度如何分层呢?

image.png

我们可以将设备控制器分成:指令生成器和指令下发器。

我们也来说说这样设计带来的好处 :-P :

  1. 协议转换器的修改,不会影响设备控制器的逻辑。反之亦然。
  2. 第三方云不需要知道如何组织空调的二进制,只需要表达自己的意图:空调20度。使用人类可读的json结构。
  3. 不同云之间的对接互不影响。

为什么分层能带来这些好处?

为什么分层能带来这些好处?刚毕业那会,我经常这样问自己。后来,经过一位高人的指导,再加上看过《面向对象分析与设计》之后,终于明白了:

开发软件本身是一件很复杂的事情(必须认识到这一点)。而我们人类大脑的能力是有限的,不可能同时处理太多的复杂性。我们可以通过将复杂性分解、抽象、分层,一次只需要处理一个部分复杂性,而不是所有。

所以,“分层”并不能让复杂性消失,而是让我们的大脑在能力范围内处理相对重要的层面的复杂性,而忽略那些不那么重要的细节。

比如开发一个HR系统,你的大脑应集中精力放在业务逻辑上,而不是操作系统如何与硬件打交道(并不是说操作系统原理不重要,只是在HR系统上不重要)。

image.png

小结

软件开发所面对的复杂性超出了我们人类大脑一次性能处理的范围,而分层是一种手段,帮助我们人类只需要处理相对重要的层面的复杂性,而忽略相对不重要层面的复杂性。进而使我们以更低的成本达到目的。而好处只是副产品。

接下来的问题,如何进行分层呢?分层好坏的标准是什么?留给大家思考。

最后,强烈推介《面向对象分析与设计》这本书。不要以为这又是一本只讲 UML 的书。

End


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