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关于软件开发:软件开发必修课你该知道的GRASP职责分配模式

jiezi

简介： 软件开发为什么须要职责驱动设计（RDD）？职责应该如何调配？如何联合架构模式在理论开发中实际落地？本文介绍一种通用的职责分配模式——GRASP，通过举例详解 GRASP 的几大准则，并分享两个理论使用的案例。


软件在实质上是简单的，软件自身的复杂性在于除了要解决问题域，还要解决非功能性需要和软件域特有问题：安全性、可用性、可维护性、可扩展性、性能、一致性、容错性、稳定性、可重用性、幂等、兼容等等，软件开发者的工作就是制作“简略”的假象。如何组织简单的零碎？把简单的事物合成到不同的档次中，档次代表了不同级别的形象，一层构建于另一层之上，每一层都对下层屏蔽外部复杂度。

一 为什么应用 RDD？

在 RDD 中，咱们认为“软件对象具备职责”，这个定义很合乎人在社会群体中分工协作的形式，软件也是人编写的，所以依据职责思考设计的软件系统合乎人的行为习惯，同时更易于了解和治理。在微服务架构中不同零碎由不同的组织和人负责，把零碎当作对象（人），零碎提供的接口就是对象（人）的职责。

职责驱动设计的外围是思考怎么给对象调配职责，其实用于大到零碎、小到对象等任何规模的软件。职责调配的实质是分工，劳动分工是劳动生产率进步的次要起因。

  • 熟练度的进步，专一于某个畛域（升高复杂度）。
  • 工夫的节约，同一个人在不同工作来回切换须要消耗大量工夫。
  • 人工创造的机器和利用（特定畛域的工具）。

二 如何给对象 (元素) 调配职责？

调配职责该当从清晰的形容职责开始，对于软件畛域对象来说，畛域模型形容了畛域对象的属性和关联，对应类的属性和援用，用例模型蕴含一系列的行为流动，对应类的办法。畛域模型创立形式可参考《UML 和模式利用》、UDD、DDD。

应用 GRASP（General Responsibility Assignment Software Patterns）模式调配职责，GRASP 是通用职责分配模式，是对一些根本的职责分配原则进行了命名和形容，共 9 种模式（一些 GRASP 准则是对其余准则和设计模式的演绎，设计模式有上百种，只是记住 GoF 23 种设计模式就曾经很艰难了，更别提还要记住每种模式的细节，因而须要对设计模式进行无效的归类。GRASP 中的准则形容了模式的实质，除了有助减速设计模式学习之外，对发现现有设计存在的问题也更无效，这就是演绎的价值）。

当议论低耦合、高内聚时，咱们具体是在谈什么？问题不在于耦合度高、内聚性低，而是在于其产生的负面影响，负面影响往往是在发生变化时体现进去的，这些负面影响会影响到咱们开发的效率、稳定性、可维护性、可扩展性、可复用性等等，整个 GRASP 的外围是如何避免变异（变动）。

在学习过程中发现 GRASP 短少结构化的展现演绎后果，通过我本人的了解把开发中罕用的 GoF 设计模式、面向对象设计准则、架构设计准则和 GRASP 进行关联：

三 GRASP 职责分配模式

1 避免变异

该模式根本等同于信息暗藏和开闭准则。如何做到在不批改原来性能的前提下对变动的局部进行扩大？辨认不稳固因素是特地艰难的，也决定了咱们是否做出合乎开闭准则的设计。

问题：如何设计对象、子系统和零碎，使其外部的变动或不稳定性不会对其余元素产生不良影响。

解决方案：辨认预计变动或不稳固之处，调配职责用以在这些变动之外创立稳固接口。

相干准则和模式：

  • GRASP：间接性、多态
  • GoF：大量模式
  • 其余：接口、数据封装

2 低耦合、高内聚

耦合是对某元素与其余元素之间的连贯、感知和依赖水平的度量，内聚是对元素职责的相关性和集中度的度量（这里的元素指类、零碎、子系统等等），耦合和内聚是从不同角度对待问题，他们相互依赖的相互影响的（以下两点也能够反过来说）：

  • 内聚过低，相干性能扩散在不同模块中，须要减少额定的耦合使这些性能聚合在一起，产生变更时影响多个模块。
  • 内聚过高，不相干的性能汇集在一个模块中，耦合度高，产生变更时会产生意想不到的影响。

低耦合

耦合是对某元素与其余元素之间的连贯、感知和依赖水平的度量。这里的元素指类、零碎、子系统等等。

问题：怎么升高依赖性，缩小变动带来的影响，进步重用性？

解决方案：调配职责，使耦合尽可能低。利用这一准则评估可选计划。

相干模式或准则：

  • GRASP：避免变异

留神：耦合不能脱离专家、高内聚等其余准则独立思考。

严密耦合的零碎在开发阶段有以下的毛病：

  • 一个模块的批改会产生涟漪效应，其余模块也需随之批改（通常是内聚低引起的）。
  • 因为模块之间的相依性，模块的组合会须要更多的精力及工夫，可复用性低（通常是耦合高引起的）。

解读：耦合示意元素之间存在依赖，当议论“耦合高”时，咱们具体是在议论什么呢？是依赖产生的负面影响，所以低耦合的外围是解决不良依赖。高下是度量并不是评判耦合后果好坏的规范，应用“不良耦合”、“松耦合”形容的更为精确。不良耦合产生的负面影响次要有两点：

  • 依赖关系自身盘根错节难以保护和了解，很容易产生脱漏和问题（这点针对人，人解决复杂性事物时能力是局限的）。
  • 与不稳固元素产生依赖时很容易受到变动的影响（通常无奈防止不依赖）。

那么如何做呢？先对依赖关系的好坏进行评估：依赖形式、依赖方向、依赖链路。

方向：

  • 双向依赖（差）
    • 相互依赖的两个元素不能独立口头，在微服务零碎架构的零碎中类级别不会产生特地简单的问题，然而在模块 or 零碎级别就特地容易受到变动带来的影响。
    • 举例：A <-> B，A 调用 B 的 b 接口，B 的 b 接口依赖 A 的 a 接口，如果 a b 接口都要变更，两个零碎如何公布？A 依赖 B 先公布，B 也依赖 A 先公布，相互依赖的两个元素不能独立口头。
  • 循环依赖（更差）
    • 循环依赖比双向依赖的的链路更长，影响的范畴更大。
  • 单向依赖（好）

链路：

  • 深度
    • B 调用 A.getC().getD().getE().getF() 获取到 F。
  • 广度
    • 在链路变宽的过程中不加以束缚和治理很容易产生大杂烩的元素，也很容易产生双向和循环依赖。

形式：

  • 内容耦合（高）
    • 当一个模块间接应用另一个模块的外部数据，或通过非正常入口而转入另一个模块外部。
  • 共享耦合 / 公共耦合（高）
    • 指通过一个公共数据环境相互作用的那些模块间的耦合。
    • 公共耦合的复杂程度随耦合模块的个数减少而减少。
  • 管制耦合（中）
    • 指一个模块调用另一个模块时，传递的是控制变量（如开关、标记等），被调模块通过该控制变量的值有选择地执行块内某一性能;
  • 特色耦合 / 标记耦合（中）
    • 指几个模块共享一个简单的数据结构，如高级语言中的数组名、记录名、文件名等这些名字即标记，其实传递的是这个数据结构的地址;
  • 数据耦合（低）
    • 指模块借由传入值共享数据，每一个数据都是最根本的数据，而且只分享这些数据（例如传递一个整数给计算平方根的函数）。
  • 非间接耦合（低）
    • 两个模块之间没有间接关系，它们之间的分割齐全是通过主模块的管制和调用来实现的。耦合度最弱，模块独立性最强。
  • 无耦合（无）
    • 模块齐全不和其余模块替换信息。

解决不良依赖：

  • 治理简单的依赖关系
    • 依赖方向：应用单向依赖，去除或弱化双向依赖，不应用循环依赖。
    • 依赖链路：恪守起码认知准则。
    • 依赖形式：尽量应用数据耦合，少用管制和特色耦合，管制公共耦合的范畴，不应用内容耦合，如果依赖的对象不稳固应用非间接耦合来弱化耦合严密水平。
  • 调配正确的职责缩小不必要的依赖：专家、创建者。
  • 通过其余准则和模式缩小不稳固元素带来的影响：高内聚、纯虚构、控制器、多态、间接性、起码认知。

高内聚

内聚是对元素职责的相关性和集中度的度量。

问题：怎么样放弃对象是有重点的、可了解的、可保护的，并且可能反对低耦合？

解决方案：依照相关性调配职责，可放弃较高的内聚。

长处：

  • 合成后的元素更加简略易于了解和保护。
  • 依照相关性拆分能够进步重用性。

相干准则和模式：繁多职责准则、关注点拆散、模块化。

低内聚的毛病：内聚性较低的类要做许多不相干的工作，或须要实现大量的工作，这样的类会导致以下问题：

  • 难以了解
  • 难以复用
  • 难以保护
  • 常常会受到变动影响

例子：A 的变更影响从 3 个模块变为 1 个。

小结

通过结构化治理来放弃低耦合、高内聚。

3 创建者

创建者领导咱们调配那些与创建对象无关的职责。如此抉择是为了放弃低耦合。

问题：谁应该负责创立某类的新实例？

解决方案：满足以下条件之一时，将创立类 A 的职责调配给类 B（当满足 1 条以上时，通常首选蕴含或聚合）。

  • B“蕴含”或聚合 A。
  • B 记录 A。
  • B 频繁应用 A。
  • B 具备 A 的初始化数据，该数据将在创立时传递给 A。

长处：反对低耦合，因为创建者和被创建者曾经存在关联，所以这种形式不会减少耦合性。

相干模式或准则：

  • GRASP：低耦合
  • GoF：具体工厂、形象工厂
  • 其余：整体 - 局部

注：蕴含（作者在这里标注了“”，因为蕴含在 uml 是表白用例关系的，用来阐明对象关系也能够）、聚合、整体 - 局部 看 UML 定义；蕴含强调了强依赖（A 是 B 的子集，A 属于 B，短少了 A 时 B 不是整体），聚合是弱依赖（B 由 A 组成，A 不属于 B）。

例子：

  • Order 蕴含 Goods（Order 脱离 Goods 就失去了完整性，没有存在的意义）。
  • Order 记录相干的 Goods。
  • Goods 初始化数据：
    • 状况一：只须要订单上的 Goods 数据，这种状况 Order 具备 Goods 的初始化数据。
    • 状况二：订单上的 Goods 数据不残缺，这种状况 Order 只有 Goods 初始化数据的一小部分，Order 不能做为创建者。

4 信息专家(or 专家)

“信息”不单指数据。

问题：给对象调配职责的根本准则是什么？

解决方案：把职责调配给信息专家，它具备实现这个职责所必须的信息

长处：

  • 对象应用本身信息来实现工作，所以信息的封装性得以维持，因而反对了低耦合（至多不会减少耦合性）。
  • 行为散布在那些具备所需信息的类之间，这样性能更集中，因而反对了高内聚。

相干模式或准则：

  • GRASP：低耦合、高内聚

留神：和“关注点拆散”一起应用使得对象进一步内聚，从而达到高内聚，也能升高耦合。

举例：获取所有买的商品总金额，Order 和 Goods 是一对多的关系。

剖析：Order 自身关联了 Goods，并且了解 Goods 的构造。在图例中 Client 通过 Order 获取了 Goods 并做了逻辑运算得出商品总金额，这种做法产生了不必要的依赖减少了耦合数量，商品总金额计算的职责由 Order 承当最合适。

延长：在某些状况下，该计划并不适合，通常是因为耦合与内聚问题产生的，如：谁应该把对象 A 存入数据库？依照准则每个类都应该具备把本人长久化的能力。

5 纯虚构

为了保持良好的耦合和内聚，捏造业务上不存在的对象来承当职责。

问题：当你并不想违反高内聚和低耦合或者其余指标，然而基于专家模式所提供的计划又不适合时，哪些对象应该承当这一职责？

解决方案：对人为制作的类调配一组高内聚的职责，该类并不代表问题畛域的概念 – 虚构的事物，用以反对高内聚、低耦合和复用。

长处：

  • 反对高内聚，因为职责被解析为细粒度的类，这品种只着重于极为特定的一组相干工作。
  • 减少了潜在的复用性。

相干准则和模式：

  • GRASP：低耦合、高内聚。
  • 通常接收原本是基于专家模式所调配给畛域类的职责。
  • 所有 GoF 设计模式都是纯虚构，事实上所有其余设计模式也都是纯虚构。

举例：计算商品总数量。依据专家模式计算商品总数量的职责也应该是调配给 Order，照这样调配上来商品相干的还会有：总重量、总体积、总 XX，这时 Order 的职责就会越来越多也可能会产生额定的耦合，通过纯虚构对象把这些职责调配进来可能失去更好的设计。

通过虚构对象 GoodsItems 承当和商品聚合计算相干的职责。

延长：常常发现代码中会应用 Util、Handler、Service 这样的虚构类，毛病是这些类通常是单例并共用的，这些虚构类的职责会越来越多（一个 Util 类 2000 行代码），创立和业务更相近的虚构对象能力便于了解和治理耦合关系。

6 控制器

解决方案：把职责调配给能代表以下抉择之一的类：

  • 代表整个“零碎”、“根对象”、运行软件的设施或次要子系统，这些是外观控制器的所有变体。
  • 代表用例场景，在该场景中产生零碎事件。

相干模式：

  • GRASP：纯虚构
  • GoF：命令、外观
  • 其余：层

控制器的外围是提供一个对立入口，防止客户对元素外部进行耦合，很好的保护了边界：

  • api 层
  • 根对象
  • 接口

7 多态

问题：如何解决给予类型的抉择？如何创立可插拔的软件构件？

解决方案：当相干抉择或行为随类型有所不同时，应用多态操作为变动的行为类型调配职责。

长处：可扩展性强，同时不影响客户。

相干准则和模式：

  • GRASP：避免变异
  • GoF：大量模式

订单退款时须要计算出用户退款金额和商户扣款金额，在没有新批发业务进来之前间接应用计算服务返回的数据结构，新批发进来后数据结构未对立，须要进行适配，实现多态后的代码扩展性很强。

在微服务架构中，比较复杂的多态问题通常会抉择减少一层去解决，如：领取网关、交付网关。

8 间接性

计算机学科中的大多数问题都能够通过减少一层解决，如果不行再加一层。反过来大多数性能问题都能够通过去掉一层来解决。

问题：为了防止两个或多个事物之间间接耦合，应该如何调配职责？

解决方案：将职责调配给中介对象，使其作为其余构建或服务之间的媒介，以防止他们之间的间接耦合。

长处：实现了构件之间的低耦合。

相干准则和模式：

  • GRASP：避免变异、低耦合、大量间接性中介都是纯虚构
  • GoF：大量模式

留神：间接性通常用来反对避免变异。

四 架构模式

除了职责分配原则，还须要一些架构模式帮忙咱们更好的落地。

1 分层架构

在分布式系统中零碎是独立存在的，能够独自变更而不对其余零碎产生影响，然而随着业务整体复杂度的晋升也带来了一些负面影响：因为整体被分解成大量独立的零碎，随着复杂度晋升零碎之间的依赖关系会变的盘根错节，某个零碎的变更会影响其余零碎，同时也会产生意想不到的问题，效率也随之降落。这时就须要从新对分布式系统的逻辑架构做设计，以解决零碎间的不良耦合和内聚，从而提效。

分层架构是十分实用和常见的形式，TCP/IP、HTTP、操作系统等等都使用了分层，分层的实质很简略：通过拆散关注点，达到高内聚；通过向下依赖、回绝循环依赖、应用接口，达到低耦合。

分层架构也是存在毛病的：依照分层架构定义音讯生产应该在基础设施层，然而音讯生产是为了执行某个业务逻辑，这样就须要依赖应用层 或 畛域层，如果真的这样写就会呈现循环依赖问题。通过依赖倒置能够解决依赖问题。

2 六 (多) 边形架构（洋葱圈架构）

六边形架构(Hexagonal Architecture)，又称为端口和适配器架构格调，其中的“六”具体数字没有非凡的含意，仅仅示意一个“量级”的意思，六边形的定义只是不便更加形象的了解。

六边形架构提倡用一种新的视角来对待整个零碎，该架构中存在两个区域：“内部区域”和“外部区域”。在内部区域中不同的客户均能够提交输出（网络申请、定时脚本、音讯生产等），而外部区域则是解决具体逻辑的中央。

五 案例

案例 1：Jpa 替换为 Mybatis

@Component
public class CloseOrderService {@Autowired(required = false)
    @Qualifier("rstOrderTransactionManager")
    JpaTransactionManager tm;
    
    public void invalid_order(Long orderId, Long userId, Short processGroup)
        throws UserException, SystemException, UnknownException {
        // 其余逻辑。。。省略
        
        // 开启事务
        DefaultTransactionDefinition def = new DefaultTransactionDefinition();
        TransactionStatus ts = tm.getTransaction(def);

        try {order = orderDAO.get(orderId);
            order.setStatusCode(toStatus);
            order.setUpdatedAt(new Timestamp(System.currentTimeMillis()));
            orderDAO.save(order);
            // 提交事务
            tm.commit(ts);
        } catch (Exception e) {if (!ts.isCompleted()) {
                // 回滚
                tm.rollback(ts);
            }
            if (e instanceof SatisfiedStateException) {return;}
            throw e;
        }
    }
    @Transactional(transactionManager = "rstOrderTransactionManager", rollbackFor = Exception.class)
    public void invalidOrder(){}
}

@Component
public interface OrderDAO extends JpaRepository<OrderPO, Long> {@Query(value = "sql 语句", nativeQuery = true)
    Long generateGlobalOrderId(@Param("userId") Long userId, 
                               @Param("restaurantId") Long restaurantId, 
                               @Param("seqName") String seqName);
}

变动带来的影响：如果不出意外对 Jpa 的应用形式不会产生变更，意味着其绝对稳固，所以在以后阶段来看以上耦合是失常的也不会产生负面影响。然而在以下场景会让咱们对高耦合有很显著的体感：大家感觉 Jpa 不好用，想替换为 Mybatis 该怎么做？代码中间接应用了继承 JpaRepository 的 OrderDAO 做数据操作，因为 Jpa 和 Mybatis 的写法不同，所以须要把应用到 OrderDAO 的中央都做替换：

  • 调用 OrderDAO 的类（70 多个类）都须要替换为新的 dao。
  • 应用 JpaTransactionManager.getTransaction()的地位须要替换为 MyBatis 的 TransactionManager。
  • 应用 @Transactional(transactionManager = “rstOrderTransactionManager”)的地位须要改为编写事务提交和回滚的代码块儿，便于做灰度。
  • 以上改变的地位须要减少开关做灰度。

论断：因为变更波及到 70 多个类，同时事务管理器获取形式也须要批改，其带来的影响还是挺大的，不满足“低耦合”准则，能够应用“多态”准则从新设计。

案例 2：订单对应的领取单应该由谁来创立？

拿饿了么交易系统举例，以后创立领取单的职责是由 bos 服务承当（面向 app 的一个后端服务）的，接下咱们进行剖析。

领取单创立分为两种场景：

  • 创立订单和领取单是在一次操作中实现。
  • 用户回到订单列表页点击“去领取”时创立领取单。

领取单创立依赖：

  • 订单号
  • 领取金额
  • 领取类型
  • 一堆领取零碎调配的用于辨认业务的参数

注 1：如果饿了么只会有外卖一种交易业务，以后的设计还是很稳固的，不会呈现太大变动。所以辨认变动点能力更好的评判以后零碎设计是否正当，如：饿了么将降级为本地生存服务公司，依据公司策略多少能看出咱们未来不只外卖业务存在，还会有很多和本地生存相干的交易业务，这些业务会有本人的展现层（app、h5、web）同时对应会有相似 bos 的服务，如果有 10 个业务方，在领取场景就须要去对接 10 次，而由 order 做就只须要一次（领取作为工具曾经比较稳定，不会有太大变动）。

  • bos 比 order 多出辨认订单构造的老本。
  • bos 比 order 多出认知交易域业务知识的老本。须要深刻理解交易状态，这样才晓得什么状态能力去领取（个别是去问 order 服务的开发），突破了边界。

论断：bos 服务不应该承当创立领取单的职责，由 order 承当最合适。

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