正交設(shè)計(jì)

TwIStOy 發(fā)布于2019-08-14 15:17 / 2912人閱讀

摘要：為了實(shí)現(xiàn)高內(nèi)聚，低耦合的軟件設(shè)計(jì)，袁英杰提出了正交設(shè)計(jì)的方法論。正交設(shè)計(jì)正交是一個(gè)數(shù)學(xué)概念所謂正交，就是指兩個(gè)向量的內(nèi)積為零。鳴謝正交設(shè)計(jì)的理論原則及其方法論出自前軟件大師袁英杰先生。

Design is there to enable you to keep changing the software easily in the long term. -- Kent Beck.

設(shè)計(jì)是什么

正如Kent Beck所說(shuō)，軟件設(shè)計(jì)是為了「長(zhǎng)期」更加容易地適應(yīng)未來(lái)的變化。正確的軟件設(shè)計(jì)方法是為了長(zhǎng)期地、更好更快、更容易地實(shí)現(xiàn)軟件價(jià)值的交付。

軟件設(shè)計(jì)的目標(biāo)

軟件設(shè)計(jì)就是為了完成如下目標(biāo)，其可驗(yàn)證性、重要程度依次減低。

實(shí)現(xiàn)功能

易于重用

易于理解

沒(méi)有冗余

實(shí)現(xiàn)功能

實(shí)現(xiàn)功能的目標(biāo)壓倒一起，這也是軟件設(shè)計(jì)的首要標(biāo)準(zhǔn)。如何判定系統(tǒng)功能的完備性呢？通過(guò)所有測(cè)試用例。

從TDD的角度看，測(cè)試用例就是對(duì)需求的闡述，是一個(gè)閉環(huán)的反饋系統(tǒng)，保證其系統(tǒng)的正確性；及其保證設(shè)計(jì)的合理性，恰如其分，不多不少；當(dāng)然也是理解系統(tǒng)行為最重要的依據(jù)。

易于理解

好的設(shè)計(jì)應(yīng)該能讓其他人也能容易地理解，包括系統(tǒng)的行為，業(yè)務(wù)的規(guī)則。那么，什么樣的設(shè)計(jì)才算得上易于理解的呢？

Clean Code

Implement Patterns

Idioms

沒(méi)有冗余

沒(méi)有冗余的系統(tǒng)是最簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，恰如其分的系統(tǒng)，不做任何過(guò)度設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。

Dead Code

YAGNI: You Ain"t Gonna Need It

KISS: Keep it Simple, Stupid

易于重用

易于重用的軟件結(jié)構(gòu)，使得其應(yīng)對(duì)變化更具彈性；可被容易地修改，具有更加適應(yīng)變化的能力。

最理想的情況下，所有的軟件修改都具有局部性。但現(xiàn)實(shí)并非如此，軟件設(shè)計(jì)往往需要花費(fèi)很大的精力用于依賴(lài)的管理，讓組件之間的關(guān)系變得清晰、一致、漂亮。

那么軟件設(shè)計(jì)的最高準(zhǔn)則是什么呢？「高內(nèi)聚、低耦合」原則是提高可重用性的最高原則。為了實(shí)現(xiàn)高內(nèi)聚，低耦合的軟件設(shè)計(jì)，袁英杰提出了「正交設(shè)計(jì)」的方法論。

正交設(shè)計(jì)

「正交」是一個(gè)數(shù)學(xué)概念：所謂正交，就是指兩個(gè)向量的內(nèi)積為零。簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是這兩個(gè)向量是垂直的。在一個(gè)正交系統(tǒng)里，沿著一個(gè)方向的變化，其另外一個(gè)方向不會(huì)發(fā)生變化。為此，Bob大叔將「職責(zé)」定義為「變化的原因」。

「正交性」，意味著更高的內(nèi)聚，更低的耦合。為此，正交性可以用于衡量系統(tǒng)的可重用性。那么，如何保證設(shè)計(jì)的正交性呢？袁英杰提出了「正交設(shè)計(jì)的四個(gè)基本原則」，簡(jiǎn)明扼要，道破了軟件設(shè)計(jì)的精髓所在。

正交設(shè)計(jì)原則

消除重復(fù)

分離關(guān)注點(diǎn)

縮小依賴(lài)范圍

向穩(wěn)定的方向依賴(lài)

實(shí)戰(zhàn)

需求1： 存在一個(gè)學(xué)生的列表，查找一個(gè)年齡等于18歲的學(xué)生

快速實(shí)現(xiàn)

public static Student findByAge(Student[] students) {
  for (int i=0; i
上述實(shí)現(xiàn)存在很多設(shè)計(jì)的「壞味道」：

缺乏彈性參數(shù)類(lèi)型：只支持?jǐn)?shù)組類(lèi)型，List, Set都被拒之門(mén)外；

容易出錯(cuò)：操作數(shù)組下標(biāo)，往往引入不經(jīng)意的錯(cuò)誤；

幻數(shù)：硬編碼，將算法與配置高度耦合；

返回null：再次給用戶(hù)打開(kāi)了犯錯(cuò)的大門(mén)；


使用for-each

按照「最小依賴(lài)原則」，先隱藏?cái)?shù)組下標(biāo)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，使用for-each降低錯(cuò)誤發(fā)生的可能性。
public static Student findByAge(Student[] students) {
  for (Student s : students)
    if (s.getAge() == 18)
      return s;
  return null;
}
需求2： 查找一個(gè)名字為horance的學(xué)生
重復(fù)設(shè)計(jì)
Copy-Paste是最快的實(shí)現(xiàn)方法，但會(huì)產(chǎn)生「重復(fù)設(shè)計(jì)」。
public static Student findByName(Student[] students) {
  for (Student s : students)
    if (s.getName().equals("horance"))
      return s;
  return null;
}
為了消除重復(fù)，可以將「查找算法」與「比較準(zhǔn)則」這兩個(gè)「變化方向」進(jìn)行分離。
抽象準(zhǔn)則
首先將比較的準(zhǔn)則進(jìn)行抽象化，讓其獨(dú)立變化。
public interface StudentPredicate {
  boolean test(Student s);
}
將各個(gè)「變化原因」對(duì)象化，為此建立了兩個(gè)簡(jiǎn)單的算子。
public class AgePredicate implements StudentPredicate {
  private int age;
  
  public AgePredicate(int age) {
    this.age = age;
  }
  
  @Override
  public boolean test(Student s) {
    return s.getAge() == age;
  }
}
public class NamePredicate implements StudentPredicate {
  private String name;
  
  public NamePredicate(String name) {
    this.name = name;
  }
  
  @Override
  public boolean test(Student s) {
    return s.getName().equals(name);
  }
}
此刻，查找算法的方法名也應(yīng)該被「重命名」，使其保持在同一個(gè)「抽象層次」上。
public static Student find(Student[] students, StudentPredicate p) {
  for (Student s : students)
    if (p.test(s))
      return s;
  return null;
}
客戶(hù)端的調(diào)用根據(jù)場(chǎng)景，提供算法的配置。
assertThat(find(students, new AgePredicate(18)), notNullValue());
assertThat(find(students, new NamePredicate("horance")), notNullValue());
結(jié)構(gòu)性重復(fù)
AgePredicate和NamePredicate存在「結(jié)構(gòu)型重復(fù)」，需要進(jìn)一步消除重復(fù)。經(jīng)分析兩個(gè)類(lèi)的存在無(wú)非是為了實(shí)現(xiàn)「閉包」的能力，可以使用lambda表達(dá)式，「Code As Data」，簡(jiǎn)明扼要。
assertThat(find(students, s -> s.getAge() == 18), notNullValue());
assertThat(find(students, s -> s.getName().equals("horance")), notNullValue());
引入Iterable

按照「向穩(wěn)定的方向依賴(lài)」的原則，為了適應(yīng)諸如List, Set等多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，甚至包括原生的數(shù)組類(lèi)型，可以將入?yún)⒅貥?gòu)為重構(gòu)為更加抽象的Iterable類(lèi)型。
public static Student find(Iterable students, StudentPredicate p) {
  for (Student s : students)
    if (p.test(s))
      return s;
  return null;
}
需求3： 存在一個(gè)老師列表，查找第一個(gè)女老師
類(lèi)型重復(fù)
按照既有的代碼結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)Copy Paste快速地實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。
public interface TeacherPredicate {
  boolean test(Teacher t);
}
public static Teacher find(Iterable teachers, TeacherPredicate p) {
  for (Teacher t : teachers)
    if (p.test(t))
      return t;
  return null;
}
用戶(hù)接口依然可以使用Lambda表達(dá)式。
assertThat(find(teachers, t -> t.female()), notNullValue());
如果使用Method Reference，可以進(jìn)一步地改善表達(dá)力。
assertThat(find(teachers, Teacher::female), notNullValue());
類(lèi)型參數(shù)化
分析StudentMacher/TeacherPredicate, find(Iterable)/find(Iterable)的重復(fù)，為此引入「類(lèi)型參數(shù)化」的設(shè)計(jì)。
首先消除StudentPredicate和TeacherPredicate的重復(fù)設(shè)計(jì)。
public interface Predicate {
  boolean test(E e);
}
再對(duì)find進(jìn)行類(lèi)型參數(shù)化設(shè)計(jì)。
public static  E find(Iterable c, Predicate p) {
  for (E e : c)
    if (p.test(e))
      return e;
  return null;
}
型變
但find的類(lèi)型參數(shù)缺乏「型變」的能力，為此引入「型變」能力的支持，接口更加具有可復(fù)用性。
public static  E find(Iterable c, Predicate p) {
  for (E e : c)
    if (p.test(e))
      return e;
  return null;
}
復(fù)用lambda

Parameterize all the things.
觀察如下兩個(gè)測(cè)試用例，如果做到極致，可認(rèn)為兩個(gè)lambda表達(dá)式也是重復(fù)的。從「分離變化的方向」的角度分析，此lambda表達(dá)式承載的「比較算法」與「參數(shù)配置」兩個(gè)職責(zé)，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行分離。
assertThat(find(students, s -> s.getName().equals("Horance")), notNullValue());
assertThat(find(students, s -> s.getName().equals("Tomas")), notNullValue());
可以通過(guò)「Static Factory Method」生產(chǎn)lambda表達(dá)式，將比較算法封裝起來(lái)；而配置參數(shù)通過(guò)引入「參數(shù)化」設(shè)計(jì)，將「邏輯」與「配置」分離，從而達(dá)到最大化的代碼復(fù)用。
public final class StudentPredicates {
  private StudentPredicates() {
  }

  public static Predicate age(int age) {
    return s -> s.getAge() == age;
  } 
  
  public static Predicate name(String name) {
    return s -> s.getName().equals(name);
  }
}
import static StudentPredicates.*;

assertThat(find(students, name("horance")), notNullValue());
assertThat(find(students, age(10)), notNullValue());
組合查詢(xún)
但是，上述將lambda表達(dá)式封裝在Factory的設(shè)計(jì)是及其脆弱的。例如，增加如下的需求：
需求4： 查找年齡不等于18歲的女生
最簡(jiǎn)單的方法就是往StudentPredicates不停地增加「Static Factory Method」，但這樣的設(shè)計(jì)嚴(yán)重違反了「OCP」(開(kāi)放封閉)原則。
public final class StudentPredicates {
  ......

  public static Predicate ageEq(int age) {
    return s -> s.getAge() == age;
  } 
  
  public static Predicate ageNe(int age) {
    return s -> s.getAge() != age;
  } 
}
從需求看，比較準(zhǔn)則增加了眾多的語(yǔ)義，再次運(yùn)用「分離變化方向」的原則，可發(fā)現(xiàn)存在兩類(lèi)運(yùn)算的規(guī)則:

比較運(yùn)算：==, !=

邏輯運(yùn)算：&&, ||


比較語(yǔ)義
先處理比較運(yùn)算的變化方向，為此建立一個(gè)Matcher的抽象：
public interface Matcher {
  boolean matches(T actual);
    
  static  Matcher eq(T expected) {
    return actual -> expected.equals(actual);
  }
  
  static  Matcher ne(T expected) {
    return actual -> !expected.equals(actual);
  }
}
Composition everywhere.
此刻，age的設(shè)計(jì)運(yùn)用了「函數(shù)式」的思維，其行為表現(xiàn)為「高階函數(shù)」的特性，通過(guò)函數(shù)的「組合式設(shè)計(jì)」完成功能的自由拼裝組合，簡(jiǎn)單、直接、漂亮。
public final class StudentPredicates {
  ......

  public static Predicate age(Matcher m) {
    return s -> m.matches(s.getAge());
  }
}
查找年齡不等于18歲的學(xué)生，可以如此描述。
assertThat(find(students, age(ne(18))), notNullValue());
邏輯語(yǔ)義
為了使得邏輯「謂詞」變得更加人性化，可以引入「流式接口」的「DSL」設(shè)計(jì)，增強(qiáng)表達(dá)力。
public interface Predicate {
  boolean test(E e);

  default Predicate and(Predicate other) {
    return e -> test(e) && other.test(e);
  }
}
查找年齡不等于18歲的女生，可以表述為：
assertThat(find(students, age(ne(18)).and(Student::female)), notNullValue());
重復(fù)再現(xiàn)
仔細(xì)的讀者可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，Student和Teacher兩個(gè)類(lèi)也存在「結(jié)構(gòu)型重復(fù)」的問(wèn)題。
public class Student {
  public Student(String name, int age, boolean male) {
    this.name = name;
    this.age = age;
    this.male = male;
  }
  
  ......
  
  private String name;
  private int age;
  private boolean male;
}
public class Teacher {
  public Teacher(String name, int age, boolean male) {
    this.name = name;
    this.age = age;
    this.male = male;
  }
  
  ......
  
  private String name;
  private int age;
  private boolean male;
}
級(jí)聯(lián)反應(yīng)
Student與Teacher的結(jié)構(gòu)性重復(fù)，導(dǎo)致StudentPredicates與TeacherPredicates也存在「結(jié)構(gòu)性重復(fù)」。
public final class StudentPredicates {
  ......

  public static Predicate age(Matcher m) {
    return s -> m.matches(s.getAge());
  }
}
public final class TeacherPredicates {
  ......

  public static Predicate age(Matcher m) {
    return t -> m.matches(t.getAge());
  }
}
為此需要進(jìn)一步消除重復(fù)。
提取基類(lèi)
第一個(gè)直覺(jué)，通過(guò)「提取基類(lèi)」的重構(gòu)方法，消除Student和Teacher的重復(fù)設(shè)計(jì)。
class Human {
  protected Human(String name, int age, boolean male) {
    this.name = name;
    this.age = age;
    this.male = male;
  }
    
  ...
  
  private String name;
  private int age;
  private boolean male;
}
從而實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步消除了Student和Teacher之間的重復(fù)設(shè)計(jì)。
public class Student extends Human {
  public Student(String name, int age, boolean male) {
    super(name, age, male);
  }
}

public class Teacher extends Human {
  public Teacher(String name, int age, boolean male) {
    super(name, age, male);
  }
}
類(lèi)型界定
此時(shí)，可以通過(guò)引入「類(lèi)型界定」的泛型設(shè)計(jì)，使得StudentPredicates與TeacherPredicates合二為一，進(jìn)一步消除重復(fù)設(shè)計(jì)。
public final class HumanPredicates {
  ......
  
  public static  
    Predicate age(Matcher m) {
    return s -> m.matches(s.getAge());
  } 
}
消滅繼承關(guān)系
Student和Teacher依然存在「結(jié)構(gòu)型重復(fù)」的問(wèn)題，可以通過(guò)Static Factory Method的設(shè)計(jì)方法，并讓Human的構(gòu)造函數(shù)「私有化」，刪除Student和Teacher兩個(gè)子類(lèi)，徹底消除兩者之間的「重復(fù)設(shè)計(jì)」。
public class Human {
  private Human(String name, int age, boolean male) {
    this.name = name;
    this.age = age;
    this.male = male;
  }
  
  public static Human student(String name, int age, boolean male) {
    return new Human(name, age, male);
  }
  
  public static Human teacher(String name, int age, boolean male) {
    return new Human(name, age, male);
  }
  
  ......
}
消滅類(lèi)型界定
Human的重構(gòu)，使得HumanPredicates的「類(lèi)型界定」變得多余，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。
public final class HumanPredicates {
  ......
  
  public static Predicate age(Matcher m) {
    return s -> m.matches(s.getAge());
  } 
}
絕不返回null

Billion-Dollar Mistake
在最開(kāi)始，我們遺留了一個(gè)問(wèn)題：find返回了null。用戶(hù)調(diào)用返回null的接口時(shí)，常常忘記null的檢查，導(dǎo)致在運(yùn)行時(shí)發(fā)生NullPointerException異常。
按照「向穩(wěn)定的方向依賴(lài)」的原則，find的返回值應(yīng)該設(shè)計(jì)為Optional，使用「類(lèi)型系統(tǒng)」的特長(zhǎng)，取得如下方面的優(yōu)勢(shì)：

顯式地表達(dá)了不存在的語(yǔ)義；

編譯時(shí)保證錯(cuò)誤的發(fā)生；


import java.util.Optional;

public  Optional find(Iterable c, Predicate p) {
  for (E e : c) {
    if (p.test(e)) {
      return Optional.of(e);
    }
  }
  return Optional.empty();
}
回顧
通過(guò)4個(gè)需求的迭代和演進(jìn)，通過(guò)運(yùn)用「正交設(shè)計(jì)」和「組合式設(shè)計(jì)」的基本思想，加深對(duì)「正交設(shè)計(jì)基本原則」的理解。
鳴謝
「正交設(shè)計(jì)」的理論、原則、及其方法論出自前ThoughtWorks軟件大師「袁英杰」先生。英杰既是我的老師，也是我的摯友；他高深莫測(cè)的軟件設(shè)計(jì)的修為，及其對(duì)軟件設(shè)計(jì)獨(dú)特的哲學(xué)思維方式，是我等后輩學(xué)習(xí)的楷模。

云服務(wù)器 GPU云服務(wù)器正交設(shè)計(jì) 正交正交數(shù)據(jù)分析正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

文章版權(quán)歸作者所有，未經(jīng)允許請(qǐng)勿轉(zhuǎn)載,若此文章存在違規(guī)行為，您可以聯(lián)系管理員刪除。

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明本文地址：http://systransis.cn/yun/65584.html

發(fā)表評(píng)論

登陸后可評(píng)論

0條評(píng)論

TwIStOy

男|高級(jí)講師

我要關(guān)注我要私信

TA的文章

100天漲薪4k！從功能測(cè)試到自動(dòng)化測(cè)試，我整理的超全學(xué)習(xí)指南！

閱讀 2158·2021-10-12 10:11
● JDK JRE JVM三者的區(qū)別

閱讀 855·2021-10-09 09:41
Confluence漏洞或致大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)攻擊客戶(hù)群體包括近6萬(wàn)家公司和組織

閱讀 3778·2021-09-09 11:37
易速互聯(lián)：十三周年慶，美國(guó)Az機(jī)房，1Gbps不限流量服務(wù)器僅550元，服務(wù)器支持自由定制配置

閱讀 1957·2021-09-08 10:41
css3動(dòng)畫(huà)在手機(jī)端的流暢度比較

閱讀 2652·2019-08-30 12:58
【整理】18種推薦的CSS命名和書(shū)寫(xiě)規(guī)范

閱讀 2379·2019-08-30 10:58
gulp插件解決瀏覽器緩存問(wèn)題

閱讀 1289·2019-08-26 13:40
Bootstrap FileInput(文件上傳)中文API整理

閱讀 4133·2019-08-26 13:36

成人国产在线小视频_日韩寡妇人妻调教在线播放_色成人www永久在线观看_2018国产精品久久_亚洲欧美高清在线30p_亚洲少妇综合一区_黄色在线播放国产_亚洲另类技巧小说校园_国产主播xx日韩_a级毛片在线免费

資訊專(zhuān)欄INFORMATION COLUMN

上云采購(gòu)季！| 2核2G4M爆款云服務(wù)器低至59元/年，更有多臺(tái)、長(zhǎng)期優(yōu)惠，快來(lái)選購(gòu)！

正交設(shè)計(jì)

相關(guān)文章

**軟件測(cè)試肖sir__005測(cè)試用例設(shè)計(jì)方法（1）**

**常見(jiàn)的測(cè)試用例設(shè)計(jì)方法**

<<深入PHP面向?qū)ο?、模式與實(shí)踐>>讀書(shū)筆記:面向?qū)ο?em>設(shè)計(jì)和過(guò)程式編程

**馬蜂窩ABTest多層分流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)**

發(fā)表評(píng)論

0條評(píng)論

TwIStOy

男|高級(jí)講師

TA的文章

100天漲薪4k！從功能測(cè)試到自動(dòng)化測(cè)試，我整理的超全學(xué)習(xí)指南！

● JDK JRE JVM三者的區(qū)別

Confluence漏洞或致大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)攻擊客戶(hù)群體包括近6萬(wàn)家公司和組織

易速互聯(lián)：十三周年慶，美國(guó)Az機(jī)房，1Gbps不限流量服務(wù)器僅550元，服務(wù)器支持自由定制配置

css3動(dòng)畫(huà)在手機(jī)端的流暢度比較

【整理】18種推薦的CSS命名和書(shū)寫(xiě)規(guī)范

gulp插件解決瀏覽器緩存問(wèn)題

Bootstrap FileInput(文件上傳)中文API整理

最新活動(dòng)

資訊專(zhuān)欄INFORMATION COLUMN

上云采購(gòu)季！| 2核2G4M爆款云服務(wù)器低至59元/年，更有多臺(tái)、長(zhǎng)期優(yōu)惠，快來(lái)選購(gòu)！

正交設(shè)計(jì)

相關(guān)文章

發(fā)表評(píng)論

0條評(píng)論

男|高級(jí)講師

TA的文章

最新活動(dòng)

上云采購(gòu)季！| 2核2G4M爆款云服務(wù)器低至59元/年，更有多臺(tái)、長(zhǎng)期優(yōu)惠，快來(lái)選購(gòu)！