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【早阅】如何编写复杂的软件

前端早读课 · 公众号 · 前端 · 2025-01-18 08:00

主要观点总结

本文探讨了如何开发复杂软件系统，提出了一种自顶向下的分层开发方法。作者建议通过编写微型驱动程序来了解物理约束，并从用户界面或API开始，逐步向下实现每一层，同时定义下一层的API。该方法强调在开发过程中保持代码的可读性和模块化，并建议只在涉及IO操作的部分使用模拟接口。

关键观点总结

关键观点1: 分层开发方法的关键步骤

1. 通过编写小型测试程序了解硬件性能限制。2. 从软件的最顶层开始编码。3. 将软件分层实现，每层只处理必要的逻辑。4. 在编码某一层时，定义下一层的API。5. 填充下一层的stub。6. 递归实现下一层。7. IO抽象化。

关键观点2: 分层开发方法的优点

始终拥有可运作的软件、每一层的API都完美符合需求、易于协作。

关键观点3: 分层开发方法的挑战

需要花时间实现存根和模拟、可能需要回溯修改。

关键观点4: 开发过程的注意点

作者建议在遇到问题时及时回溯并重新设计，而不是强行推进；同时鼓励开发者使用模拟和占位实现来加速开发进程。

正文

作者：@Grant Slatton
原文：https://grantslatton.com/how-to-software

背景

本文探讨了如何开发复杂软件系统，提出了一种从顶层到底层的分层开发方法。作者建议通过编写微型驱动程序来了解物理约束，并从用户界面或 API 开始，逐步向下实现每一层，同时定义下一层的 API。这种方法强调在开发过程中保持代码的可读性和模块化，并建议仅在涉及 IO 操作的部分使用模拟接口。

【第3436期】再见Postman，你好Insomnia：更快的 API 测试方式

从顶层到底层的分层开发方法步骤

其主要步骤如下：

1、界定问题

首先通过编写简单的测试程序来了解硬件的性能限制，例如数据库每秒能处理多少请求、硬盘读写速度、CPU 每秒能计算多少校验码等。
在实际编写任何软件之前，我们想找到可能的解决方案空间的界限。你应该编写一些微型基准测试程序来找到这些问题的答案。

2、自顶而下

从软件的最顶层开始，例如用户界面或 API。
我提出的方法正好相反。你从堆栈的顶部开始编码，让每一层定义下一层的 API。

3、分层实现

将软件分层实现，每层只处理必要的逻辑，并将其余复杂性委託给下一层。
你的软件的每一层都应该易于阅读。如果它不易读，这意味着它剥离了太多的逻辑。

4、定义接口

在编码某一层时，将下一层的 API 定义为实现当前层所需的完美领域特定语言 (DSL)。

5、填充下一层

在编码当前层时，填充下一层的 stub。
一旦你编码了一层，你需要实现你想像的 API。你应该从简单地填充它们开始。

6、递归实现

当前层完成后，递归地使用相同方法实现下一层。

7、IO 抽象化

只为执行 IO 的代码部分实现可模拟的抽象接口，其他所有部分都应该是具体的。

问题

1、如何开始构建复杂的软件项目？

首先，通过编写一些小型测试程序，了解你的解决方案空间的物理限制。例如，如果你正在构建数据库，测试每秒可以解析多少请求，磁盘可以处理多少次读写，CPU 每秒可以计算多少次校验和等等。
接下来，从软件栈的顶层开始，通常是用户界面或 API。
将你的软件实现为多层结构，每一层只剥离最少的逻辑，并将剩馀的複杂性委託给下一层。
在编写每一层时，将下一层的 API 定义为实现当前层的完美领域特定语言。
在编写当前层时，先将下一层的代码填充为占位符。
当前层完成后，递归地使用相同的方法实现下一层。
持续这个过程，直到完成整个软件。
只为执行 I/O 操作的代码部分实现可模拟的抽象接口，其他所有代码都应该是具体的。

2、什么时候应该使用这种方法？

当你构建的软件项目规模很大，不可避免地需要数万甚至数十万行代码时，这种方法才适用。对于小型软件项目，例如少于 5000 行代码的项目，使用单个文件和最小化抽象可能更有效率。

3、为什么要从顶层开始，而不是从底层开始？

从底层开始构建软件的缺点是，你在编写上层代码之前就锁定了底层的设计。当你实现上层时，你可能会发现底层 API 并不完美，但你却不愿意修改它，因为你已经花了很多时间来实现它。

从顶层开始，让每一层定义下一层的 API，可以确保每一层的 API 都完美地满足上层的需求。此外，这种方法还可以在开发过程中始终保持一个半可运行的软件，方便展示和测试。

4、如何实现一个软件层？

每个软件层的代码应该易于阅读。如果它不易读，则意味著它剥离了太多的逻辑。

在编写代码之前，先假设下一层的 API 已经存在，并以最佳的方式使用它来实现当前层的功能。

然后，再开始实现下一层的 API。

5、如何填充下一层的代码？

最初，你可以使用简单的占位符来填充下一层的代码，例如返回固定值，抛出异常或直接崩溃。

随着开发的进展，你可以使用更完整的 mock 对象来填充下一层，例如模拟数据库查询或文件读写操作。
尽量减少在实现占位符和 mock 对象上花费的时间，因为你很快就会实现真正的代码。

6、什么时候应该使用真正的 mock 对象？

只有在测试 I/O 操作时才需要使用真正的 mock 对象。例如，在测试数据库时，你可以使用 mock 对象来模拟底层数据存储层，例如硬盘或文件系统。这样可以使测试快速且确定性，避免网络调用或其他不确定因素的影响。

7、如何进行团队合作？

一旦你开始了这个过程，就可以很自然地让不同的人实现不同的 API。
每个软件层通常都有多个子层，每个子层都可以分配给不同的工程师进行开发。

这种方法需要项目开始时由一名开发人员负责编写最顶层代码，但这也有好处，因为它可以为整个项目设定基调。

8、使用这种方法可能遇到哪些陷阱？

有时你可能会以无法实现的 API 来编写某一层代码。

如果发生这种情况，不要强迫它工作或调整代码，而是应该删除代码，回溯到上一层，并使用新的 API 重新实现该层。

9、分层的优缺点

“分层” 方法指的是将软体分解成多个层级，每一层都负责处理特定的一部分逻辑，并将其余的性委託给下一层。这种方法有以下优点：

始终拥有可运作的软体：由于是从顶层开始开发，所以开发者总是有可以展示或测试的半成品软件。
每一层的 API 都完美符合需求：从顶层开始，让每一层定义下方一层的 API，可以确保每一层的 API 都完美符合上一层的需求。
易于协作：每个子层都可以委派给不同的工程师开发，提高效率。