软件开发架构模式浅谈:一些思考和实践记录

作者阿里云代理 文章分类 分类:linux图文教程 阅读次数 已被围观 841
一  背景和问题
我个人平时会比较慎用“架构”这个词
一方面是觉得业界有很多架构大师和架构模式,而我的认知和实践有限;
另一方面是因为这个词看着挺高大上、有点务虚,如果不结合实际场景的具体问题来讨论,容易陷入“PHP是最好的语言”这样的辩论赛中。而不同场景中又有各自的问题,程序员们通过自己的理解和思考、针对实际场景对一些架构模式进行了扩展实践,以此来解决遇到的问题,也会基于同一个模式延伸出一些派生概念。
兵无常势,水无常形。所以,我个人的观点是:以要解决的问题为出发点,去讨论我们要采用的架构模式(技术方案)。
另外,由于我们是站在很多巨人肩膀上的,讨论时可以站在一些如SOLID等软件设计/开发原则的基础上。
写这篇文章,我也是从解决一些问题的目的出发的:
最近和团队同学讨论了相关话题,虽然大多数同学在实践上基本一致,但具体到话术、名词概念和具体使用的理解和实践上有些差异(这是很正常的,因为业界对同一个模式的理解和实践也不同)。我结合一些实际编码场景做了一番陈述,为了避免后续重复大费口舌,所以打算写下来,以后有需要直接发文章链接。
由于我个人的认知和实践有限,所以也希望能抛(huan)砖(ying)引(lai)玉(pen),让我学到更多。
虽然同一个架构模式在不同业务/技术领域的实施会有区别,但同一个团队内应该保持一致性,因为这样有助于日常的code review、功能模块的交接backup等活动,尤其是有利于使用统一的单测建设方案来保障我们的产品质量。
实际问题:我最近在开发商家合并发货的功能,但由于之前基础发货功能的界面和逻辑并不是我开发的,所以我在修改原有代码、支持有非常多细节逻辑的合并发货能力时,就在担心对原有发(zhong)货(yao)能力的影响。而这时候,如果有单测的保障,我就可以更放心地进行功能升级改造了 —— 别说更复杂的合并发货能力了,而这类诉求在复杂的交易场景里很普遍。
提炼一下我遇到的具体问题:
在由不同开发人员持续迭代、进行功能升级的软件开发活动中,如何保障具有复杂逻辑的商家经营工具的产品质量。
软件开发活动是整个流程的核心环节:接收产品和视觉设计需求/变更作为输入,然后输出客户可用的终端产品。
而统一的软件开发架构模式,则是我们保障软件开发质量的基础。(这里就不具体展开WHY了)
由于讨论的是具体面向客户使用的业务场景,少不了客户操作交互的视图层(View),所以我从MVC开始谈起。
二  从表现层的MVC谈起
架构
虽然我平时比较慎用“架构”这个词,但我平时喜欢随手拍一些建筑物。因为建筑之美,会让我联想到软件的架构也应该有美感,毕竟Software Architecture这个概念也是起源于Architecture。
这时候,架构这个词就会给我一种接地气的感觉:有多少块砖,每块砖做什么用、放到哪里去,这块砖 和 那块砖怎么黏在一起或互相支撑。当然,由于软件的可移植性、可复用性,从某些角度来讲,软件架构相比建筑架构有其更复杂的地方。
MVC诞生至今已经超过40年了(Since 1979),10多年前就得到过很广泛的讨论和实践,穿越时空到今天肯定有其反脆弱性和内在核心价值。虽然如今乍看起来好像已经过气、被讨论过千百遍了,但仍然有很多程序员会有不同理解和看法,或多或少。这是很正常的,上面也提到了部分原因,这里具体再展开下。
1  MVC在经典三层架构里的位置
MVC是一种通用架构模式
早期PC时代应用在桌面客户端,
后来在Web时代变得流行(我以前写PHP也用过相关MVC框架),
如今在移动互联网时代也得到广泛应用。
上面这三个场景的应用,都是面向客户的,需要交互表现的。
从MVC命名中的View(视图)也可以看出,MVC模式应用在软件系统架构里的表现层。
在业界某知名公司的官方文档里,也明确把MVC放在Web Presentation Patterns下。
表现层的MVC
我之所以没有在上图中对M-V-C添加箭头线条,是因为在这一点上,不同程序员也有不同理解和实践。
这是第一个需要明确的点:MVC架构模式在多层系统架构里的应用范围。
左侧 业务表现层-业务服务层-基础服务层 是移动端三层架构模式,未涉及到 C/S 交互;右侧是Web B/S场景的三层架构模式。
因为有些应用会比较简单,根本不需要业务服务或基础服务层,纯粹靠一个MVC(或者VC)就能交付出一个Mobile/Web App;
而且在一些业务系统里,Web前端/桌面客户端/移动App 也可能会被简化为 大前端/大终端表现层;
所以可能基于不同信息,不同程序员对此会有不同认知。
但随着用户终端应用的重要性和复杂度的提升,已经从简单应用发展到复杂多团队协同的平台型或航母级应用,仅靠一个MVC来完成交付是不合适的。
我们也可以反过来想,程序员会把以下代码放在客户端代码的哪一层:
对Web引擎的扩展逻辑。
通信协议的结构定义,以及相应的socket连接和通信代码。
一个业务相关且UI无关的平台开放能力。
Crash捕获、卡顿监控、日志埋点等功能实现,比如Android在做APM相关事情时会采用AOP方式,利用ASM、AspectJ等方案来做字节码插桩。
……
2  业界基于MVC模式的不同实践
前面提到不同程序员对MVC模式的理解和实践存在差异
业界大厂亦然,以下会结合业界一些知名且有影响力的公司在MVC模式上的实践,做进一步的展开讨论。
知名公司A
知名公司A在指导开发者使用MVC时,推荐下图方式:
Web Presentation Patterns
可以看出在他们的实践上:
Controller可以引用View和Model。
View可以引用Model。
这里的Model倾向于是Passive。
同时,他们建议:
在强类型视图场景,控制器从模型创建并填充ViewModel实例,该ViewModel 实例包含要在该视图上显示的数据。
当控制器由于责任过多而变得过于复杂时,也就是业界戏称的“MVC means Massive View Controller”,需要将业务逻辑从控制器移出并推入域模型中。
知名公司B
说到Massive View Controller,知名公司B在移动互联网方兴未艾的时候,推荐下图所示的MVC实践方案:
MVC模式
上图呈现出:
Controller引用View和Model。
Model通过一些松耦合方式来触达Controller,如广播通知、callback等,驱动Controller做出响应。
View通过代理模式等方案弱依赖Controller,由Controller对各种用户操作、UI渲染诉求做出响应。
而View和Model之间是隔离的,Model变化后对View的更新操作全部由Controller负责。
不过相应的官方文档已经被声明是过期文档了,并备注不一定是目前的最佳实践。
是的,随着移动互联网蓬勃发展,十年前的“最佳实践”被一路多种挑战 —— 在采用这种方案的开发领域中,如何重构Massive View Controller为Lighter View Controller已经成为了一个专题。
对比和思考
A和B的异同点
相同点:Model包含 所需的数据结构封装,以及相应数据操作的方法定义。即Data + 本地或远端的CURD。
差异点:在知名公司A给的图中,View可以引用Model,而在知名公司B给的图中则不行。
一些问题和思考
View有箭头指向Model,这里的引用关系是指什么?是View持有Model.Data数据对象,还是View调用Model.CURD方法。
Controller的本意是Controing Logic,那除了ViewController外,是否还可以有其它的XxController,比如DataSourceController、NotificationController?
从命名上看,既然ViewController 既有View 又有Controller,那为什么把它放在 C里面,而不放在V里面呢?比如当我们在iOS/Android开发中引入MVVM模式后,ViewController或Activity属于M-VM-V的哪部分呢,代码放在哪个目录下呢?
我有类名使用ViewModel后缀就代表我使用MVVM模式了吗?
Martin Fowler
作为
《重构 : 改善既有代码的设计》、《企业应用架构模式》等著作的作者;
敏捷软件开发宣言创作者之一;
MVVM模式诞生时参考引用的技术专家。
Martin Fowler给的MVC模式图如下:
MVC实践方案
和上面知名公司A和B的图,又不一样了,不过他这里也是认为View可以引用Model的。
MVC和DDD
Martin Fowler和《领域驱动设计》作者Eric Evans也讨论过MVC中Model的设计理念:
贫血模型:将Model分为简(pin)单(xue)的Model数据对象,和处理操作数据对象的Service/Manager/BizLogic等。
示例:为aPerson修改name,则由 CitizenService.changeNameOfPerson( aPerson ) 这种方式来实现。
充血模型:将对应领域的处理逻辑放到领域模型中,使得这个领域模型更饱(chong)满(xue)。
示例:aPerson要刷牙,则由 aPerson.brushTeeth() 来实现。
补充:充血模型更有面向对象编程的味道,尤其是搭配交易领域等业务场景,更有体感。不过稍微细想一下,可能就会发现DDD对设计的要求会更高,从而对研发周期和质量保障提出了新的要求,并且可能引起对现有系统的大规模重构。(盒马的DDD实践)
也就是说,大到MVC各个模块的依赖引用关系,细到Model中的代码设计方式,业界都有不同的理念和实践。
Java Web开发领域也对Model的设计产生过非常激烈的讨论。
小结
先抛开具体模块的代码设计方案,基于以上几种业界大厂或专家的描述,我小结了以下这张图并标注了待解问题:
MVC模块
问题一:如何解决MVC中Controller的膨胀臃肿问题?
要回答如何解决,需要先思考为什么膨胀。
问题二:View能否引用Model?
要回答能否引用,需要先定义引用关系是什么。
是持有对象,还是调用CURD接口操作对象。
又或者这两者没有必要区分,因为持有的对象本身就可能带CURD接口。
参考上面相关资料,目前业界有的支持、有的反对。
问题三:存在View -> Model,那么是否可以反过来存在 Model -> View?
和问题二在描述上相反但又有关联,如果对问题再进一步提问的话:
使用 -> 引用关系,是为了解决什么问题?
使用 -> 引用关系,会产生什么问题?
如同文章开头所说,以上问题需要结合具体场景来展开(见 实际案例结合),尽量从务虚到务实。
3  Redux-like Architecture and Framework
随着前后端分离得更彻底,终端设备性能和用户体验重要性的提升,前端领域也得到了蓬勃发展,开发方式也有了比较大的变化,MVC-like方式不再是主流:
UI开发方面从早期的命令式到现在的声明式。
整体应用和业务逻辑实现方面,从早期的OOP写法,转向基于FP的响应式编程。比如Redux的数据流、React的Hook特性等。
各种框架蓬勃发展,一些概念和模式的提出、实践应用方面,我个人认为是领先并影响客户端的。
其中Redux是一个经典案例,并且我觉得Redux官方也挺开放包容的,比如Dan Abramov写的《You Might Not Need Redux》。
和MVC延伸派生出的MVC Family一样,Redux提出或重新带火了数据流、状态管理等概念,开始影响其它平台领域,并诞生了一些框架。
比如ReSwift、swift-composable-architecture,以及SwiftUI里的State and Data Flow。
State and Data Flow
虽然我也写过点React,但并没有怎么实践过Redux。
不过这些变化和影响,是我们在解决问题的过程中需要结合考虑的。
三  实际案例结合
1  常见的数据结构定义和使用
程序 = 数据结构 + 算法。
—— Nicklaus Wirth,Pascal之父,图灵奖获得者
这句话乍看起来可能会有点面向过程设计的感觉,但OOP中的对象其实也是由数据+方法组成,而FP则更不用说了。
数据结构定义
在编码开发活动中,会存在以上3种数据结构定义和使用方式:
原生数据结构,比如list/array、map/dictionary、tuple等。
类似MyContact的数据结构定义,由服务端返回的数据进行转化,并可能根据业务逻辑按需加上一些标志位给Controller消费。
类似ContactViewModel这样的纯粹为视图View服务的数据结构定义。
补充:
(1)MyContact 和 ContactViewModel 只是特意区分的命名,实际上 MyContact 也可以是纯粹为视图View服务的数据结构定义。
(2)但是,合适的命名有助于帮助我们思考和编码,从表达上呈现出我们的倾向和重点。
"There are only two hard things in Computer Science: cache invalidation and naming things."
—— Phil Karlton
2  常见的多复杂卡片的列表场景
这个场景可以部分回答问题一:为什么Controller会膨胀,以及如何解决。
其它部分答案则落在复杂页面场景的多delegate、target-action、notification-observer等视图交互响应的处理逻辑上。
我认为,之前反对View引用Model,就是导致MVC变成Massive View-Controller的一个原因。
另一个原因我认为是工具链只提供了ViewController这样的Controller模板,隐式教导开发者都在这里写代码。
这也可能是因为十几年前移动互联网还没发展起来,移动App的复杂度低,所以提供了在当时简单够用的方案。
当只能由Controller 持有-> Model的时候,那么在多复杂卡片的列表场景中,必须由Controller来更新每个View的属性/状态。
MyViewController需要为ContactCell更新它的各种相关属性,类似的还有AddressCell、PackageCell等。
MyViewController在更新AddressCell展示前,可能还需要先为它计算出合适的富文本展示内容。
MyViewController需要响应不同Cell的点击交互行为,包含但不限于按钮点击、输入框变化、富文本跳转、键盘起落等。
MyViewController需要响应CollectionView/TableView的DataSource/Delegate各种方法实现。
MyViewController需要响应Model层的变更通知,或者是另外一个ViewController抛过来的广播通知。
……
然后MyViewController就爆炸了。
针对这种场景,我的解法是:
通过让View->Model,基于工厂模式,把组件化Cell基于数据更新的布局逻辑交给View负责,如contactCell.configUIWithModel( contactModel )。这样有点类似上面DDD提到的充血Model,具备高内聚的特点,带来好处:
和减轻控制器负担、推入域模型类似,通过把数据驱动布局的代码推入组件域内,减轻了MyViewController的负担。
利于做这部分组件化Cell的UI测试。
利于这些组件化视图复用到其它场景,比如交易管理场景的订单卡片可以复用到搜索场景中,不用在SeachViewController里复制粘贴一大堆代码,只需要从Model取一个数据对象丢给组件化Cell即可。
基于ViewController,拆分出不同职责的扩展,比如MyViewController+Delegate专门复杂响应代理事件处理。
定义出其它类型的Controller,比如MyDataSourceController,专门为TableView提供数据源,可以类比参考Android中ListView的Adapter+ViewHolder。
工厂模式下,产品的刷漆、烘干、印花等操作会在内部完成,不会丢一个模型让客户去自己贴logo。MVC的每一部分都可以用不同的设计模式来组合实施,实现解耦或动态灵活的目标。
对应下图:
ViewController
到这里已经回答了前面的问题一和问题二。
更多解法可以参考上面提到的相关建议,比如lighter view controllers
这里采用了 VIew -> Model 的方案,用来参与解决Massive View-Controller的问题,并且让View更容易复用和做UI测试,带来了好处。
可以结合前面提到的
“当控制器由于责任过多而变得过于复杂时,需要将业务逻辑从控制器移出并推入域模型中。”
再进一步讨论下。
我的理解和举例:
存在一个输入框,让用户提交物流单号。
用户在输入过程或者完成输入后,由View通过delegate模式路由给Controller做校验,而Controller可能还要进一步依赖Model去做更完整的校验(如网络请求到服务端,因为物流单号的规则很多而且可能动态更新)。
当Controller责任过多、代码膨胀、过于复杂时,就将物流单号这块业务逻辑推入 物流(单号)域模型中,即由View直接通过delegate模式交给 LogisticsModel来做校验。
也是 View -> Model 。
不一定对,抛(huan)砖(ying)引(lai)玉(pen)。
那么,存在VIew -> Model,有什么坏处吗?
3  一个Kotlin跨平台场景案例
这里不具体展开讲Kotlin及其跨平台相关内容,只是描述从MVC模式做跨平台迁移时遇到的问题。
Kotlin跨平台场景案例
这里的ViewController/Activity放在哪里,也和上面的一个问题相呼应。
虽然D-KMP主张通过全新构建工程写代码的方式来实践,但从实际情况出发,绝大多数现有系统都会是以单点尝试、渐进式的方式来落地,或发展、或回撤。
那么,如上图所示:
如果在既有MVC代码结构中,View -> Model,在这种渐进式迁移场景下,就需要修改View来适配新的ViewModel。
如果 View 不引用 Model,则是由 Controller来做胶水层设置更新视图(命令式UI)。
后者的好处是,保持View的独立性,只需要修改这个业务场景对应的单个Controller即可。因为View具有可复用性,可能在另外还没准备迁移/改变的模块里也有使用。
所以,此处不建议 View -> Model。那么,谁对呢?
4  谁对谁错的务虚讨论
当有程序员要推荐使用其它架构模式的时候,通常开头的一句话就是先说MVC模式的问题。
比如ReSwift在写 Why ReSwift? 时,开头第一句话就是:Model-View-Controller (MVC) is not a holistic application architecture.
我个人认为
架构是一个名词(n.)+动词(v.)。
架构(n. & v.)是为了帮助 开发者在交流时有一致的理解、在业务需要时能够便于扩展、在出问题时能够快速定位等等(对抗熵增)。具体还是看采用这个架构的得失,要解决什么问题或带来什么好处,然后带来什么成本或付出什么代价。
架构(v.)通过分配每部分代码的职责并为他们取名(好比iOS/Android开发工程师这样的岗位名称,让别人一看就知道是做什么的),然后几个名字加在一起 形成了架构模式这个抽象概念。
从具体到抽象,然后再由这个抽象概念去指导程序员实践写代码,促进了架构的传播,比如MVC、MVP、MVVM、MVVM-C、MVI、MV-Whatever,VIPER,Redux and More……
有时候并不一定是架构模式的错,还有可能是平台/框架在让架构模式自传播时采用的具体方案出了点问题,又或者是开发者自己写代码的问题。
有时候架构模式之间也不是互斥的,也可以在不同场景下互补。比如在MVC里,每个业务表现模块不一定要有三个元素齐聚,甚至也可以 VC-M-VC 共用一个M(可参考斯坦福iOS开发课程内容)。
有一个实际的业务场景是这么实践的:
MVC和MVVM
MVC和MVVM在一个业务场景里相结合。
这里提到了MVVM,前面的Kotlin跨平台图,除了涉及到 View -> Model 的引用关系是否应该存在的讨论,也涉及到了Declarative-UI和MVVM架构模式等概念,再顺便展开下。
1)MVVM 和 MVW
MVC、MVP 和 Declarative-UI 这三个名词概念都有几十年历史了,其中声明式UI在近十年又开始火了起来;而MVVM则有十几年历史。
官方对MVVM有这么一些描述:
V和VM是一对多的关系,即View 1:n ViewModel。相比于 MVC里 Controller 1:n View,显然MVC的C更容易膨胀,所以上面也提到了使用多Controller方案。
V引用VM,VM操作M,而VM不需要引用V(和MVP不同)。VM作为V的上下文,包含V所需用来展示的数据,响应V被用户触发的事件。
V对M无感知,反过来 M 对 V和VM 也无感知。整体是松散解耦的模式。
当VM的属性值发生变化时,通过数据绑定方式传达给V。这就需要有机制支撑,有对应的机制MVC也能做数据绑定。
基于上述描述我画了下图:
总体来说,MVVM是基于事件驱动的、以数据绑定机制为支撑的松散解耦架构模式。
它的前提是有系统/平台/框架的机制支撑,不然实现成本和复杂度有点大。
相比MVC,它的优势是视图控制逻辑不太会膨胀,代码单元更容易被测试,在可读性、可维护性上更好。
它可能带来的成本/问题是入门上手较难,简单场景下使用容易过度设计,复杂场景下出问题调试比较麻烦。
考虑到ViewController在该场景的薄胶水特质,以及也参与视图展示和用户响应,所以我把它放在V里。
由于业界有太多MV-开头的模式名词了,所以Angular官方直接声明了一个MVW:
I hereby declare AngularJS to be MVW framework - Model-View-Whatever. Where Whatever stands for "whatever works for you".
这种声明有个好处,就是免去了谁对谁错/谁好谁坏的争执,而重点关注于谁适合。
5  谁对谁错的务实案例:VIPER和分层演变
关于谁对谁错/谁好谁坏,可以再来看一个案例。
VIPER架构模式的应用
VIPER概念由View、Interactor、Presenter、Entity、Router几个元素组成,大致如下:
VIPER概念
我之前写过MVC、MVP、MVVM、VIPER等架构模式下的代码,完全实现或不完全实现。
有一次,我在某个业务表现模块里应用VIPER,然后定义了一个XxxNetworkInteractor类,用来负责做网络请求。
XxxNetworkInteractor类
VIPER架构模式的演变
后来随着业务场景的变化,一个业务模块可能需要对接多套网关服务,XxxNetworkInteractor就要做抽象隔离,消除业务逻辑对多套网关请求的感知,并且应用到其它业务模块。这就有点像 VPER - I - VPER 模式 —— 多个业务模块对 Interactor 进行了复用。
VIPER架构模式
进化
随着对接网关数的增加、网关能力的增强,XxxNetworkInteractor也配套建设了更多能力。
随着使用XxxNetworkInteractor的模块越来越多,不同业务的一些通用诉求和处理逻辑也随之增加。
随着XxxNetworkInteractor的功能越来越强大,代码越来越多,逐渐需要抽离出一个单独模块,不管是从提高编译速度,还是从封装暴露等角度。
于是,XxxNetworkSDK.framework诞生了。
图片
退化
再后来,随着技术和业务的变化,底层网关服务ATop成为了领域范围内的事实标准,之前遇到的问题也消失了,而XxxNetworkSDK又带来一些成本,比如要配套ATop的能力升级进行迭代维护。
此时,XxxNetworkSDK可以退出历史舞台了,让业务模块直接面向ATop编程,这样既降低了维护成本,又带来了一定的包大小收益。
XxxNetworkSDK.framework
以后,假如有另外一个领域范围的业务场景(采用了XTop),要复用最上层的业务模块,由于在另外一个领域范围,业务模块要从 调用ATop 改为调用XTop。
那么,接手或负责迁移复用的开发者,会不会在想:为什么这些业务模块直接调用ATop,而没有使用一个XxxNetworkInteractor来做分层隔离呢?让业务不要感知具体的数据库或网络服务实现。
如果有,他只要做一件事情:让XxxNetworkInteractor对接XTop即可。
如果没有,他需要去替换修改每个业务模块的调用代码、返回值处理等等。
四  写在最后,回到问题
不管是务虚的讨论,还是务实的案例,或者是Angular的“whatever works for you”的观点,结论是没有谁对谁错、谁好谁坏,只有实际场景下要解决的核心问题。
兵无常势,水无常形。那么,回到想要解决的问题:
在由不同开发人员持续迭代、进行功能升级的软件开发活动中,如何保障具有复杂逻辑的商家经营工具的产品质量。
我的想法是以可测性作为手段,来保障功能升级改造或代码重构后,可在合理时间范围内得到充分回归验收,保障相关组件、模块或整体产品的质量。
具体的方案实施上,因为是以可测性为重要关注点,再结合目前的技术方向,我会倾向于采用MVVM。
MVVM的架构模式在理解和认知上比较成熟(应该是移动端开发领域TOP2流行的),便于实施和传播,并通过模式的名称来体现要强调的关注点:可测性。
MVVM可以更好地结合SwiftUI+Combine、Kotlin跨平台等技术方向。
MVVM完全版的上手门槛和简单场景的过度设计问题,可以通过采用不完全版MVVM来解决。
不完全版的MVVM可以cover适用于简单场景的MVC,近似于 超集-子集 关系。
虽然也可以通过多Controller的方式来解决MVC膨胀问题,但MVC的命名在实践中就容易让程序员弱化掉可测性这个关注点(也可能是我个人理解和实践不够正确)。
复杂场景的调试问题、更多可测性的实践,需要再摸索下,也希望得到相关分享和指点。
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我有话说: