为什么要让我们的“领域模型”充血裸奔?

发表于:2017-6-29 10:10  作者:蔡阿斌   来源:码字

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  做不完的应用软件
  我爸是个乡村小学教师,对我所从事的软件行业一无所知,但是他对我的工作稳定性表示怀疑:“你这做软件的,要是有一天软件做完了,你岂不是要失业了?”也许他想起了他作为老师的情况,教完一批学生,下一批又上来了,一茬一茬的。于是又问我:“你们是不是一个软件接着一个软件做?”我回答他:“不是,就一个软件,好几十个人得做好几年呢。”解释了很多次仍旧没有消除他的疑问:“你们做软件怎么会一直做下去?怎么没有个做完的时候呢?”。
  如果他在通往张江的地铁上,知道有那么多我伤不起的IT同类们,他也许会更加迷惑。为什么如此庞大的程序员大军,日复一日年复一年地敲着代码,生产出无数的软件,可是他们不用担心失业?为什么需要那么多看上去类似的软件?为什么这些软件永远没有做完的那天?
  应用软件独一无二的地方
  答案其实很简单,我们做的每一套软件,都是为了解决某个领域的业务需求。而业务需求永远没有停止变化的一天,这就是为什么应用软件永远也做不完的原因。
  想想我们为了构建一个应用软件,需要做哪些事?古老的三层架构里,我们要实现业务层(Domain Business Logic)、展现层(Presentation)、存储层(Persistence)。还有Authentication、Authorization、Performance、Security等等。再复杂的系统还包括很重要的系统集成。
  稍微思考一下就会发现,在这些要做的事情里面,只有Business Logic是独一无二的。,而其它都有框架。
  Presentation层。从古老的Delphi,Winform,WPF到现代化的AngularJS、ReactJS,演化得风生水起。
  Persistence层,从关系型数据库、存储过程,到ORM框架,以及各种NoSql……同样种类繁多。
  缓存,安全,系统集成,莫不如是。所有的东西都可以找到框架,这就是为什么写应用软件,跟写游戏,或者写操作系统等比起来,让人觉得是最没有技术含量的。
  然而唯独“业务逻辑”没有框架。正是这“业务逻辑”,让每个应用软件区别于其它应用软件。因此我们决定要做一个应用软件,我们要做的就是实现客户的业务逻辑,这是唯一真正的目的。持久化,UI,Cache……,都是手段。
  技术与设计
  上面提到技术含量的论断,当然是值得商榷的。在软件行业浸淫十多年后,我越来越倾向于把技术能力和设计能力分开。
  什么是技术?对RabbitMQ很精通,我们说这人技术不错。什么是设计?什么时候应该用RabbitMQ?什么时候不应该用?以及如何使用?对于所需的场景,用里面的什么模式?这些都是设计。另外一个例子,技术好的人对C#语言本身很精通,设计好的人则知道应该怎么写代码,代码应该封装到哪一层,哪个类中,类与类之间怎么协作,等等。    我把技术称为术,把设计称为道。道与术是互相促进的,对RabbitMQ越精通,才知道各种情况下如何使用它。反过来,越是熟悉各种情况下使用它的套路,换一个ZeroMQ,也越容易上手。
  我一直鼓吹道术双休,不是因为其中一个比另一个更重要,而是因为大部分的程序员,对道的关注都太少了。只关注术的结果,相信每个人都见识过,身边一定有无数这样的人:年纪越来越大,对术的学习能力越来越赶不上年轻人,所以要么转行做管理做业务,要么在技术这条路上慢慢被淘汰。
  为什么需要设计?
  先退一步,为什么需要设计?两个原因:
  需求会变。我们的设计就是为了适应可能的变化,我们不能低估需求变化的可能性,导致设计很难适应变化,又不能高估需求变化的可能性而引入过度设计,所以设计是一种平衡的艺术,而且设计的输入就是需求。
  这是这是程序员的自我需要。写代码的过程有点像写文章的过程,要前后连贯,后面的段落跟前面的段落要有逻辑关系。10分钟后写的代码,10分钟前写的代码能够呼应,我们需要重构10分钟前写的代码,来让现在的代码能按新的思路写下去。代码不是写出来的,代码是重构出来的。就像去看作家们的手稿,哪个不是修修改改无数次,曹雪芹一部红楼梦,是于悼红轩中披阅十载,增删五次而成。当然不排除有下笔即成的天才,但我们还是别认为自己是天才为好。我们需要好的设计是因为我们需要读昨天的代码来写今天的代码,我们不希望我们自己都看不懂昨天的代码了。
  架构与设计
  在技术这条路上一直走下去,终极目标基本是架构师,很酷的名字。然而,什么是架构?
  想想为什么需要架构?因为需求会变,因为这是程序员的自我需要。答案跟为什么需要设计是一样的。所以架构就是设计,我很喜欢Uncle Bob对架构的定义:
  架构是设计里不可逆的部分。
  一般的设计,如果错了,大不了重构,代价可以承担。但大的设计,比如决定了用AngularJS来写前端,并且建立了一套的框架,如果发现错了,重构的代价就大了。架构就是不可逆的设计,所以架构的要求高得多。反过来说,要做架构师,从注重设计开始。
  建筑与软件
  说了这么多,那么什么是软件开发中的设计?
  有一种把用建筑来隐喻软件开发的说法,建筑的设计师是指那些设计图纸的人,建筑工人依据这些设计图纸来实施。换到软件行业,架构师写出设计文档,程序员根据设计文档用代码实现出来。这是错误的隐喻。正确的隐喻是:写代码的程序员才是建筑里的设计师,MsBuild等编译工具才是建筑里的建筑工人。
  就是说,软件开发中,代码才是设计,MsBuild把代码build成exe才是实现。
  程序员是多么幸福,比较一下大楼的设计人员,当他们设计好的方案(设计图纸)一旦被建筑工人们开始“实现”的时候,他们的设计几乎就不能再改了,因为“实现”的成本太昂贵了。而作为软件设计师,我们的“建筑工人”MsBuild包工头以及它的团队(CPU,RAM等小兵)是多么的廉价和高效,几秒钟就把我们的设计给实现了。这就是我们能够利用“重构”技术的理由。(想象一下如果大楼设计人员也这么说:“你们先按照这方案盖起来,我看效果,然后再调整(重构)”……)
  与传统行业的设计师相比,我们软件设计师能得到的反馈更快更多(因为我们面对的是电脑),这就是我们幸福的地方,也是我们应该利用的地方。
  需求与架构
  刚刚讲了,需求是设计或者架构很重要的输入。我们来看一下有哪些需求?
  业务需求。
  UI需求,现在前端火的一个重要原因是手持终端的多样性突然爆发,完全吞噬了市场上可用的前端开发。
  存储需求,大数据时代,对数据的格式,数据的volume,都提出了新的挑战。
  性能需求。
  安全需求。
  等等...
  架构的一个重要使命,就是用好的设计来应对各种需求的各种可能变化。而第一步,就是要隔离这些不同的需求,架构里的每一块砖头,只负责实现一种需求,这样当某种需求变化时,只需要改其中一块砖头,而不是改整面墙。(这不就是面向对象里SOLID原则里的Single Responsibility Principal吗?再一次佐证架构就是设计。)
  如果对上面的需求进行分类,第一个我们成为功能性需求,其它则是非功能性需求。话题拉回来,满足功能性需求是软件的根源目的,满足非功能性需求则是为了让软件可用好用而衍生出来的其它目的。
  我们做的每一个系统,都在为客户交付独一无二的业务价值。同时,我们也在进化出不同的框架,来满足各个领域的非功能性需求。这些就解决了程序员们“存在的意义”的哲学问题。
  在哪里实现业务逻辑?
  以上都是铺垫。至此,我们厘清了两点:一是业务需求是软件的根源目的;二是代码是唯一的设计。现在让我们戴上架构师的帽子,想想如何用代码在哪里实现业务逻辑,有很多选择:
  前些年很常见如今被人很鄙视的一种是,存储过程。这种曾经非常流行的技术,自然有它产生的原因。存储过程是什么?是数据库里的东西,而且是关系型数据库里的东西。很多人的思维是这样的:当他试图理解一个业务逻辑时,他心里想的是表以及表与表之间的关系,这就是Database-Driven逻辑,在这种逻辑下,把业务逻辑写在存储过程里,是很自然的事情。如果把思维切换到Domain-Driven的模式中:业务逻辑是我的核心,持久化只是一个辅助的手段,我可以用关系型数据库,也可以用NoSql,而NoSql根本没有存储过程,如此,你把业务逻辑写在存储过程中让人情何以堪啊?
  写在UI里,这就要提到当年的RAD之王Delphi了。并不是说在Delphi里只能这么做,而是说Delphi里很多人就这么做,UI直接绑定DataSet,用户点击了某按钮,直接在IDE里双击该按钮,生成Btn1_Click方法,把业务逻辑通通写在那。这么做有一万种缺点,但有一个优点,就是RAD中的R(Rapid)。
  写在MVC的Controller里,其实等同于2。MVC/MVP/MVVM是类似的一组模式,但是要知道,它们属于Presentation Layer的pattern,不是属于Domain Layer的。
  最好的方式,当然是写在一个独立的Domain Layer里。别忘了业务逻辑是一个应用系统唯一独一无二的地方。
  如何实现Domain Layer?
  我做过几次技术面试,一般都会有个问题:“你能说说你对架构的理解吗?”得到的回答,第一句往往是:“关于架构,一般是分成3层,Presentation,Business Logic,Persistence……”。这句话即使是很Junior的人也能说得上来,可是再往下问就能问出有意思的东西了:3层之间的依赖关系是怎样的?
  一般的回答是:Presentation依赖于Business Logic, Business Logic依赖于Persistence。
  可是既然每个应用系统的“业务逻辑”才是应用系统存在的理由,才是开发它的目的所在。而UI展现、数据库存储、Cache等都是为了实现“业务逻辑”这个目的所提供的手段,都有成熟的框架、模式可用,都可以是雷同的。
  那么为什么“业务逻辑”要依赖于“存储技术”?为什么“目的”要依赖于“手段”?
  逻辑依赖与物理依赖
  其实“目的”依赖于“手段”并没有什么问题,但更准确的说法应该是“目的”受约束于“手段”,具体说就是“业务逻辑层”受约束于“数据存储层”,举个例子,如果使用NHibernate作为ORM框架,设计的“领域模型”一定是把所有属性都设置为virtual,为了迁就于NHibernate的LazyLoad实现技术。这种迁就或者依赖是无法消除的,然而这里说的是概念上或逻辑上的依赖。
  如果到了具体实现上,仍然存在这种依赖,就成了物理上的依赖,简单地说就是BLL这个assembly/package会对DAL这个assembly/package有个引用。物理依赖有什么问题?可以有很多答案,本文余下部分从单元测试自动化测试角度去佐证。
  反馈延迟带来的伤害
  先离题一下说说反馈。举个例子,我们拿着杯子去饮水机接水,随着水位的上升,我们知道何时应该停止,这就是眼睛看到水位后,大脑给出的反馈。如果反馈延迟(哪怕只延迟2秒)甚至根本没有反馈,会有什么后果?水溢出来了,大脑才反应过来,后果一定是手被烫到。
  简单的例子可以说明反馈被延迟带来的危害。然而在软件开发中,很多团队不断地被延迟的反馈所反复蹂躏伤害。此话怎讲呢?
  举个例子吧,“代码即设计”,如果代码就是我们的设计,那么如何保证我们的设计正确?很多团队最常见的办法是人肉测试。把代码打包成软件,然后丢给测试人员甚至客户。在我经历过的一个瀑布式软件过程里,今天写好的代码,也许要一个月后才会到测试人员手中,半年后到客户手中,也就是说,外界对我们设计(代码)的验证和反馈周期,需要几个月之久。这是多么大的延迟,2秒延迟就会烫伤我们的手,几个月,我们伤的起吗?
  如何加速反馈
  这就是“迭代开发”被引入的一个理由:缩小反馈周期。一个迭代(常见的是2周)内必须把反馈圈给结束掉,也就是2周内完成一个Feature的需求分析、设计、代码、测试等所有环节。从这个角度出发,如果一个迭代里不能getting things done(比如有些团队会在下一个迭代里测试上个迭代开发的用户故事),那不叫迭代,那就叫“两周”。
  对于一个Feature来说,两周的反馈周期是可以接受的,毕竟每两周有个功能点给客户看看,确保我们do the right thing,很不错了。
  然而如何保证我们do things right(比如,设计和可维护性等等足够好)呢?还有,这两周做的正确的东西,如何保证随着功能的不断增加而不会在将来被破坏呢(答案:回归测试)?如果每两周都人肉回归以前做过的所有功能,那就需要太多QA了。
  答案就是自动化测试。Unit Test保证do things right;验收测试/集成测试来保证do right things。
  自动化测试金字塔
  
  如图,意思是什么呢?如果一个项目的所有自动化测试用例是100,那么最下面的Unit Test应该占80个左右,中间的集成测试占15个左右,上面的UI驱动的验收测试占5个左右。(还有个最上面的人肉测试,那是浮云:))为啥呢?因为Unit Test的ROI(投资回报率)最高,它上手容易、运行快,UI驱动的验收测试的ROI最低,运行慢、维护成本高(因为UI是很易变的,UI一变,UI测试脚本就得改。)
  但是要注意,这个金字塔不代表下面的测试比上面的重要。它们都重要,处在“浮云”的人工测试也是很重要的,很大的比例是探索性测试。只不过最下层的Unit Test,实现起来是成本最低的,所以一个团队如果要开始自动化测试,最好从Unit Test开始。而最应该写Unit Test的地方是哪个地方呢?毫无疑问,是我们的“目的层”——“领域模型层”。    多说一个题外话:在有些人眼中(比如我),Unit Test不属于自动化测试的范畴,因为Unit Test首先是一种设计,其次才是测试。这里不展开了。
  Persistence Ignorance
  回到我们的问题,“领域模型层”对“数据存储层”有物理上的依赖,导致的不好的结果就是,很难写Unit Test。想象一下,有个Customer类,它的AddOrder()方法里面调用了DAL层的东西,也就是连接了数据库,那我跑我的UT时也一定要连数据库。连数据库的UT那不叫UT。
  怎么办呢?“依赖反转”,Inversion Of Control,IOC。具体做法是:本来BLL依赖于DAL,现在抽一个接口IDAL,让BLL依赖于IDAL,DAL从IDAL继承。从Assembly上来说,BLL和IDAL放到一个Assembly里,DAL放到另一个Assembly,那么DAL这个Assembly现在对BLL那个Assembly有个依赖了。——这样,就把依赖给反转了。然后通过Dependency Injection,在运行时把DAL作为IDAL的运行时实例,注入到BLL中。这就是IOC和DI的关系,他们其实不是一个东西,只不过很相关,有时就用IOC或DI泛指这项技术了。
  BLL对DAL的依赖,从编译期延迟到了运行期,编译期对DAL没有依赖,只对IDAL有依赖,这就是Persistence Ignorance。
  Unit Test
  总结下思路:领域模型裸奔的其中一个好处是可以写丰富的Unit Test,Unit Test不连接database,是为了让它跑起来更快,带来的反馈也就更快。
  每个unit test都用其方法名说明了我们的设计意图,甚至小片业务逻辑,比如有个测试用例,方法名叫“should_promote_to_VIP_when_customer_buying_platinum_card”,如果让你接手一个别人留下的代码,你不是很清楚里面的业务逻辑,你是愿意去看文档?还是愿意去看他留下的存储过程、或者100行又臭又长的方法?还是愿意看这样的一句话:“当客户买了白金卡后,应该把它提升为VIP”?
  unit test的覆盖率足够高时,我们读完所有一个类的所有unit test方法名(只是名字),我们就知道这个类是干嘛的了。
  事实上,一个项目的维护成本往往是开发成本的四五倍甚至几十倍(越差的代码,这个比例越高)。另外大家也深有体会:读代码比写代码难,我们90%的时间都花在读代码上而不是写代码上了。让代码可读,这是对人对己功德无量的事情。
  丰满的领域模型裸奔着向我们呼啸而来
  下图是敏捷宣言签署者之一的Alistair Cockburn的Hexagonal Architecture,很精彩的图,留作参考资料了。
 
  后记
  想看DDD的人可能会后悔,本文其实没怎么讲DDD,但如同我说的道与术,我们的思考模型、心智模型,我们对软件开发的理解,是道中之道,在这个级别,DDD本身也属于术的范畴了。比如DDD中的Repository模式,就是依赖反转的一个应用。    本文提到了Unit Test和测试金字塔,但对于TDD、BDD没有展开;另外,Unit Test是为了提高代码可读性和可维护性的,可是很多人都有困惑,他们的Unit Test只是让需要维护的代码Double了,本来只要维护生产代码,现在多了一套测试代码要维护,每次做点改动,都要两边改。为什么会这样?因为你的Unit Test写错了。应该怎么写?下篇分解。

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