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04 | 三步走：如何了解一个软件的设计？

2023-09-18 15:42:26

来源：极客时间

阅读量：

就是软件提供的模型和接口在内部是如何实现的模型、接口和实现去看看如何去了解模型、接口和实现我们可以按照模型、接口和实现去理解每个模块就是指软件提供的模型和接口在内部是如何实现的在每个层次都按照模型、接

你好！我是郑晔。

经过了前面几讲的铺垫，我们已经对软件设计是什么，以及要考虑哪些因素有了一个初步的了解。热身之后，就该开启正式的旅程了。

作为一个程序员，我们在职业生涯中免不了要接手新项目，承担维护该项目的职责。如果一个新项目摆在面前，你会怎么去研究它呢？

很多人的第一反应就是去看源代码。但是，一头扎入代码中，很快你就会迷失其中，最初那股子探索精神，也会逐渐被迷茫所代替。回想一下，有多少次你满怀希望地打开一个开源项目，结果多半都是坚持不了多久就放弃了。你有没有想过，问题出在哪里呢？

你的迷茫在于缺少对这个软件整体的了解，这就如同不带地图指南针闯入密林一般，迷路只是早晚的事。所以，虽然阅读源码是必经的一步，却不应该是你的第一步。我们应该先从了解软件的设计开始。那我们该如何了解一个软件的设计呢？

模型、接口和实现
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了解一个软件的设计可以从三个部分着手：模型、接口和实现。这三者的关系就好比你去看代码，你会先去看有哪些类以及它们之间的关系，这就是看模型；然后你会打开一个具体的类，看它提供了哪些方法，这就相当于看接口；最后，你再来打开一个具体的方法，去看它的代码是怎么写的，这就是看实现。

好，接下来，我们具体地分析一下每一个部分。

首先是模型，它是一个软件的核心部分。在其它的材料里，也有人称之为抽象，为了统一，我这里就都叫模型了。我们在前面的课程里也说过，设计最关键的就是构建出模型。而理解一个设计中的模型，可以帮助我们建立起对这个软件整体的认知。

比如，你在编写分布式计算代码时，需要考虑怎样在不同的节点上调度计算；而使用 MapReduce 时，只要考虑如何把计算分开（Map）最后再汇总（Reduce）；而到了 Spark，注意力就集中在要做怎样的计算上。它们在解决同样的问题，只是抽象层次逐步提高了，越来越接近要解决的问题，越来越少地考虑计算在不同的机器上是如何执行的，由此，降低了理解的门槛。

当你知道了模型的重要性，目光甚至可以不局限在某一个软件上。如果把同一个领域不同阶段的多个模型联系起来看，你还能看到软件发展的趋势。

其次是接口，它决定了软件通过怎样的方式，将模型提供的能力暴露出去。它是我们与这个软件交互的入口。如何理解这句话呢？我给你举几个具体的例子。

一个程序库的接口就是它的 API，但对于同样的模型，每个人会设计出不同的 API，而不同的 API 有着不同的表达能力。比如：Google 的 Guava 对 JDK 的一些 API 重新做了封装，其目的就是简化开发，而很多优秀的做法后来又被 JDK 学了回去。

一个工具软件一般会提供命令行接口，比如，每个程序员必备的基本技能——Unix 命令行工具就是典型的命令行接口。

一个业务系统的接口，就是对外暴露的各种接口，比如，它提供的各种 REST API，也可能是提供了 RPC 给其它系统的调用。

……

如果你想深入源码，去了解一个软件，接口是一个很好的指向标。你可以从一个接口进入到软件中，看它是怎样完成各种基本功能的。

最后是实现，就是指软件提供的模型和接口在内部是如何实现的，这是软件能力得以发挥的根基。这么说可能比较抽象，我再来举些例子。

一个业务系统收到一个请求之后，是把信息写到数据库，还是转发给另外的系统。

一个算法的实现，是选择调用与别人已有的程序库，还是需要自己实现一个特定的算法。

一个系统中的功能，哪些应该做成分布式的，哪些应该由一个中央节点统一处理。

一段业务处理，是应该做成单线程，还是多线程的。

当资源有竞争，是每个节点自己处理，还是交由一个中间件统一处理。

不同系统之间的连接，该采用哪种协议，是自己实现，还是找一个中间件。

……

讲到这，相信你一定发现了，“实现”里面的内容很多。所以，做每一个技术决策都应该结合自己所开发应用的特点，并不存在一个通用的解决方案。在实际的工作中，我发现许多人以为的设计其实是这里所讲的实现。

我也知道，“实现”很重要，但是，它必须建立在模型和接口的基础之上。因为在一个系统的设计中，模型是最核心的部分。如果模型变了，这个软件便不再是这个软件了，而接口通常反映的就是模型。所以，模型和接口的稳定度都要比实现高，实现则是要随着软件发展而不断调整。

举个例子，很多人都知道 Redis 这个键值对存储性能非常好，他们学习 Redis 时，对其单线程模型印象深刻，因为它简单高效。但随着人们使用 Redis 的增多，对 Redis 有了进一步的需求。所以，从 6.0 开始，它开始支持多线程版本，以便于更好地满足人们的需求。但即便 Redis 改成了多线程，它还是那个 Redis，它的模型和接口还是一如既往，只是实现变了而已。

了解设计三步走
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之所以要把模型、接口和实现区分开来，是因为这三者的关注点是不同的，而很多人在讨论所谓的“设计”时，经常会把它们混在一起。

如果你在讨论的时候连“讨论的内容到底是什么”都没弄清楚，就很难得出一个清晰的结果。我参与过很多类似的讨论，经常有一种很混乱的感觉。我思考了很长时间才发现，问题就在于他们把不同层面的内容混在了一起。

所以正确的做法是什么呢？就是你在讨论设计时应该遵循一个顺序，先模型，再接口，最后是实现，同理，了解一个设计也应该遵循这样的顺序。

![](https://static001.geekbang.org/resource/image/b1/84/b1279d9a81d8b271c01270d3da8f0684.jpg)

如果模型都还没有弄清楚，就贸然进入细节的讨论，你很难分清哪些东西是核心，是必须保留的，哪些东西是可以替换的。如果你清楚了解了模型，也就知道哪些内容在系统中是广泛适用的，哪些内容必须要隔离。简单地说，分清模型会帮助你限制实现的使用范围。

下面是一张简化过的架构图，在这幅图里，订单模块完成处理之后，通过一个 Kafka 队列把消息发给支付模块，支付模块处理之后，再通过一个 Kafka 队列把消息发给物流模块。很多人都应该在自己的项目中见过类似的，但是更复杂的架构图。你能看出这张图的问题在哪吗？

![](https://static001.geekbang.org/resource/image/eb/3e/ebc3bf3cb03421de4b2a0f642940bd3e.jpg)

这张架构图的问题就在于，它把模型和实现混淆在一起了。图中的订单、支付和物流，说的都是模型层面的东西，但 Kafka 的出现，就把实现层面的东西拉了进来。Kafka 只是实现这个功能时的一个技术选型，这也就意味着，如果随着业务的发展，它不能很好地扮演它的角色，你就可以替换掉它，而整个设计是不用变的。

所以，实现这段代码的时候，必须把 Kafka 相关的代码进行封装，不能在系统各处随意地调用，因为它属于实现，是可能被替换的。

我还要强调一点，在了解设计时，要按层次去了解，因为设计常常是分层的。每当我们打开一个层次，需要了解它的内部时，我们还要按照模型、接口和实现的顺序解读这个层次。

我用大家比较熟悉的操作系统来举个例子，如果你去了解它的内部，就知道它有内存管理、进程调度、文件系统等模块。我们可以按照模型、接口和实现去理解每个模块，就以进程管理为例：

进程管理的核心模型就包括进程模型和调度算法；

它的接口就包括，进程的创建、销毁以及调度算法的触发等；

不同调度算法就是一个个具体的实现。

操作系统课程难以学习，很大程度上就在于，很多人没有搞清楚其中各个概念之间的关系。

即便层层展开到最后，到了一个具体类，甚至是一个具体的数据结构，我们依然可以按照模型、接口和实现这个结构来理解，比如很多 Java 面试题常问到的 HashMap：

它的模型就是我们在数据结构中学习的 HashMap；

它定义了一些接口，比如，get、put 等；

它的实现原来是用标准的 HashMap 实现，后来则借鉴了红黑树。

实际上，当你能够一层一层地去理解设计，就像一棵知识树逐渐展开一样，每一个知识节点在展开的时候，都会有下面一级更具体的内容。当你的头脑中有了这样一棵设计树，你也就掌握了整个系统的地图，再有新需求到来时，你就不会再盲目地去改代码了。

总结时刻
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今天，我们学习了如何了解一个软件设计，可以从三个部分入手：模型、接口和实现。

模型，也可以称为抽象，是一个软件的核心部分，是这个系统与其它系统有所区别的关键，是我们理解整个软件设计最核心的部分。

接口，是通过怎样的方式将模型提供的能力暴露出去，是我们与这个软件交互的入口。

实现，就是软件提供的模型和接口在内部是如何实现的，是软件能力得以发挥的根基。

了解设计的顺序应该是，先模型，再接口，最后是实现。了解设计，需要一层一层地展开，在每个层次都按照模型、接口和实现进行理解，在头脑中形成一棵设计树。

现在你已经有了一个了解设计的基本方法，接下来几讲，我会用几个开源项目带你再进一步，去看看如何去了解模型、接口和实现。

如果今天的内容你只能记住一件事，那请记住：了解设计，先模型，再接口，最后是实现。

![](https://static001.geekbang.org/resource/image/c3/37/c33374c66f20f52ce6119e64b53ae137.jpg)

思考题
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现在的开源项目越来越多，每个开源项目都会提供一些不同的特点，请你找一些自己感兴趣的开源项目，看看它们分别提供了什么，是新的模型、是新的接口，还是新的实现？欢迎在留言区分享你的思考。

感谢阅读，如果你觉得这一讲的内容对你有帮助的话，也欢迎把它分享给你的朋友。

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