設(shè)計模式在系統(tǒng)設(shè)計及管理中的應(yīng)用

涂喬逵

(福建廣電網(wǎng)絡(luò)集團股份有限公司福州分公司,福建福州 350000)

設(shè)計模式在系統(tǒng)設(shè)計及管理中的應(yīng)用

涂喬逵

(福建廣電網(wǎng)絡(luò)集團股份有限公司福州分公司,福建福州 350000)

現(xiàn)時代,在系統(tǒng)的組建、管理過程中,多元化的需求,使得代碼復(fù)用、流程復(fù)用被越來越關(guān)注,越來越需要,設(shè)計模式在這種環(huán)境下應(yīng)運而生。本文探討了在深化抽象體系的過程中,設(shè)計模式作為一種經(jīng)驗論與方法論,經(jīng)過大量的實踐檢驗與科學(xué)的分析、總結(jié)與整理,對系統(tǒng)的設(shè)計與管理能夠起到很好的指導(dǎo)作用,它有效解耦了系統(tǒng)設(shè)計與管理間的強關(guān)聯(lián),從而實現(xiàn)了靈活的擴展與應(yīng)用,保證了系統(tǒng)設(shè)計與管理的穩(wěn)定性、可靠性、延續(xù)性。

設(shè)計 模式 系統(tǒng) 管理 抽象 復(fù)用

數(shù)據(jù)膨脹，系統(tǒng)以飛速發(fā)展，在系統(tǒng)組建的過程中，從面向過程的設(shè)計，到面向?qū)ο蟮脑O(shè)計及其后，越來越繁復(fù)的編碼對編程效率、代碼測試及品質(zhì)控制，對抽象的內(nèi)容和層次都有了越來越高的要求。

函數(shù)式的出現(xiàn)帶來了代碼復(fù)用的劃時代進步，隨后，復(fù)用編碼、復(fù)用程序、復(fù)用設(shè)計的思路與理念的要求不斷出現(xiàn)，同時，為了保證這些應(yīng)用的高度復(fù)用與可靠，增加其可擴展與維護的空間與可能，縮小在其中變更時所產(chǎn)生的代價，設(shè)計模式應(yīng)運而生。雖然設(shè)計模式本身并不作為一種硬性的指標與要求，但卻如同構(gòu)建大廈一般，能夠充分借鑒前人的經(jīng)驗，簡單方便地復(fù)用成功的設(shè)計和體系結(jié)構(gòu)，并使新進的管理者能夠快速理解和融入，從而構(gòu)筑可靠的系統(tǒng)，穩(wěn)固管理，形成全面穩(wěn)定的系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)和管理體系。從應(yīng)用的角度看，設(shè)計模式作為一種經(jīng)驗論與方法論，以實踐證明了其工程化、規(guī)范化整體系統(tǒng)框架的重要意義。

1 設(shè)計模式內(nèi)涵

1.1 設(shè)計原則

面向?qū)ο蟮脑O(shè)計，遵循六個基本原則，分別是：開閉原則、里氏代換原則、依賴倒轉(zhuǎn)原則、接口隔離原則、合成與聚合復(fù)用原則、最小知識原則。通過這些原則，保證了系統(tǒng)內(nèi)的模塊解耦與高度的代碼復(fù)用：

(1) 開閉原則：強調(diào)了核心結(jié)構(gòu)的簡單與清晰思路，能夠為其后的應(yīng)用擴展奠定堅實的基礎(chǔ)。

(2) 里氏代換原則：強調(diào)了抽象與細節(jié)的使用關(guān)系，在任何基類使用場景下，都可以替換為子類，這是繼承與復(fù)用的基石。

(3)依賴倒轉(zhuǎn)原則：定義了抽象與細節(jié)的關(guān)系：抽象不依賴于細節(jié)，細節(jié)應(yīng)當(dāng)依賴于抽象。在進行IOP(面向接口的編程)時，通過高度的抽象與針對核心邏輯的明確思考，界定清楚管理邊界和內(nèi)在聯(lián)系，并將泛化、衍生的過程交由細節(jié)實現(xiàn)。

(4)接口隔離原則：使模型、模塊能夠?qū)Ｗ⒂趯俚膬?nèi)容，充分解耦，以實現(xiàn)有效的組裝。在產(chǎn)生變更時，不至于牽一動百，甚至影響不同服務(wù)對象的需求。

(5)合成與聚合復(fù)用原則：對象化關(guān)系的發(fā)展，使得繼承關(guān)系被廣泛使用，甚至到了濫用的地步。然后，基類的變更往往會影響到子類的諸多實現(xiàn)，抽象是一個過程，尤其是一個迭代化的過程，在形成最完美的抽象層次之前，過多的變更也會帶來巨大的代價。因而，適當(dāng)?shù)貙⒗^承關(guān)系轉(zhuǎn)化為聚合關(guān)系，從而降低耦合度，形成韌性擴展。從而使擴展與基礎(chǔ)分離，使得系統(tǒng)變更波動只需要處于一個盡可能小的范圍內(nèi)，以保證系統(tǒng)的整體穩(wěn)定，降低變更成本，并有利于控制風(fēng)險。

(6)最小知識原則：對于無法界定的輸入，不要給予響應(yīng)，從而保證輸出的可靠性。

1.2 要素

如之前所說，設(shè)計模式作為一種經(jīng)驗論、方法論，其本身是為了解決問題而存在的，因而，其主要因素就包含了四點：名稱、問題、解決方案、效果。這本身就是作為一種設(shè)計思路而被倡導(dǎo)的基本要求。

1.3 模式

目前的設(shè)計模式主要被分為三種類型，分別是：創(chuàng)建型模式、結(jié)構(gòu)型模式、行為型模式。

(1)創(chuàng)建型模式：主要用于對象創(chuàng)建，形成統(tǒng)一的對象接口，封裝對象產(chǎn)生的各種條件。包含了：單例模式、抽象工廠模式、建造者模式、工廠模式、原型模式。

(2)結(jié)構(gòu)型模式：主要用于處理類或?qū)ο蟮慕M合。包含了：適配器模式、橋接模式、裝飾模式、組合模式、外觀模式、享元模式、代理模式。

(3)行為型模式：主要用于描述類或?qū)ο笾g的交互及職責(zé)分配。包含了：模版方法模式、命令模式、迭代器模式、觀察者模式、中介者模式、備忘錄模式、解釋器模式、狀態(tài)模式、策略模式、職責(zé)鏈模式、訪問者模式。

2 設(shè)計模式的應(yīng)用

一個系統(tǒng)，只有充分規(guī)范，并且具備足夠的抽象層次，才能從思想上給管理者一個統(tǒng)籌的概念，在這樣的基礎(chǔ)上，無論是開發(fā)，還是運維管理都不容易脫離方向，不會落入一些無度、無規(guī)則的設(shè)計和管理行為中。

以設(shè)計模式為指導(dǎo)的系統(tǒng)設(shè)計，能夠使代碼間、模塊間具備充分規(guī)范的設(shè)計接口，遵循清晰的模式結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)的運維管理，也同樣可以借鑒這樣的做法，使得每一個模塊的管理都相對獨立，盡可能地通過模式應(yīng)用解耦管理的層次和水平，從而形成靈活的管理策略，使系統(tǒng)不致偏倚于某些特定的部分或者特定的人，從而為今后的開發(fā)設(shè)計，甚至運維管理埋下隱患。

2.1 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)的整體設(shè)計是一個從下而上的抽象，從上而下的實現(xiàn)過程。

前面說到，設(shè)計模式本身是為了解決問題而產(chǎn)生的。問題的產(chǎn)生，就是通過需求分析進行界定的，通過需求分析對要解決的問題進行詳細的剖析，弄清問題的范圍、定義與要求，弄清解決辦法中輸入、輸出的情況，弄清解決該問題最終要達到什么樣的目的，從而明確“要做什么”。但是，需求分析也存在重大的困難點，例如：供需交流困難、需求動態(tài)化、后續(xù)影響復(fù)雜。這也造成了：在每個時期、每個階段，甚至于不同的場景下，系統(tǒng)需求都會有所不同。要適應(yīng)這種千變?nèi)f化的需求，如果只是單靠傳統(tǒng)過程式、函數(shù)式的設(shè)計思路與組建策略，無疑將使系統(tǒng)本身越來越臃腫，而管理上也被迫基于零散的需求而形成冗余的應(yīng)用指導(dǎo)與文檔堆積。

以廣電系統(tǒng)所使用BOSS系統(tǒng)最核心的產(chǎn)品模型而論，豐富的產(chǎn)品線與高度抽象的產(chǎn)品、設(shè)備概念，即是最顯而易見的建造者模式：產(chǎn)品包含名稱、活動計劃、價格計劃、服務(wù)內(nèi)容等重要因素，設(shè)備包含：名稱、型號、價格計劃等重要因素。在抽象化的產(chǎn)品與設(shè)備之上，再使用橋接模式，將二者聯(lián)系起來，形成一個抽象化的結(jié)構(gòu)，解除了抽象和實現(xiàn)之間固有的綁定關(guān)系，從而實現(xiàn)了在業(yè)務(wù)操作場景中，產(chǎn)品和設(shè)備在各自維度上可以沿各自的軌跡進行靈活擴展，解除了產(chǎn)品與設(shè)備之間的耦合關(guān)系，有效降低了不同產(chǎn)品與不同設(shè)備在配對時的復(fù)雜度。如果專注于每一個產(chǎn)品的實現(xiàn)，而不去進行充分的抽象與整理，那么，復(fù)雜的市場策略，在面對形形色色的產(chǎn)品與設(shè)備的組合要求時，將使得系統(tǒng)的設(shè)計和運作陷入一個困難的境地：高頻度的產(chǎn)品上線將使開發(fā)不得不為每一個產(chǎn)品耗盡所有的心力，并且不斷重復(fù)這樣的過程；而每一個產(chǎn)品的管理，也變得單一而零散，系統(tǒng)的業(yè)務(wù)操作更無法合理、統(tǒng)一、有效地進行流轉(zhuǎn)——為每一個單一產(chǎn)品生成一整個業(yè)務(wù)的操作鏈，那么使用者得有相當(dāng)厚的手冊指導(dǎo)每一項操作內(nèi)容，并且不得不面對各種錯誤操作的后果。

通過備忘錄模式，保留業(yè)務(wù)操作過程中的資源狀態(tài)、產(chǎn)品狀態(tài)、工單狀態(tài)等，從而將這些資料進行充分備份，以保證業(yè)務(wù)操作過程中，在因意外中斷而產(chǎn)生問題時，能夠恢復(fù)到一個健康的歷史場景中。

在任務(wù)或工作流過程中使用觀察者模式，將已完成的任務(wù)或工單以主動的方式進行發(fā)布和通知給相應(yīng)的觀察者，例如：下一個處理環(huán)節(jié)，以使觀察者能夠及時獲悉被觀察者的狀態(tài)變化，并作出響應(yīng)，而使整體的處理流程通暢有序。

在服務(wù)開通的過程中，則使用命令模式。服務(wù)開通關(guān)聯(lián)到不同的網(wǎng)元的管理實現(xiàn)，例如：廣電系統(tǒng)中的標清、高清電視、寬帶、互動等業(yè)務(wù)的開通、關(guān)斷授權(quán)等等。通過命令模式，實現(xiàn)服務(wù)開通前后客戶關(guān)系管理與網(wǎng)元管理的松耦合。

2.2 系統(tǒng)管理

在系統(tǒng)管理的范疇中主要包含：硬件，例如網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器，與軟件，例如需求分析、開發(fā)設(shè)計、測試、管理支持等；軟件：需求分析、開發(fā)設(shè)計、測試。

保證每個管理成員職責(zé)部分的獨立性，實現(xiàn)松耦合的管理與協(xié)作，有助于簡化接口，發(fā)揮管理成員的專長，形成流程化的管理體系，同時，使系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計，盡可能地復(fù)用已有的成果，在系統(tǒng)的整個流水上，使每一塊的結(jié)構(gòu)都能形成規(guī)范與標準，從而應(yīng)用于各個管理鏈中，將成員變更而帶來的管理波動控制在最小的范圍內(nèi)。

通過適配器模式，使得管理組成員對外接口簡化，并且使用善于溝通的人作為接口人，使得使用者和需求提出方能夠更易于接受，同時，也充分發(fā)揮了善于專心管理與技術(shù)的成員的專業(yè)能力。

采用職責(zé)鏈模式，在線上支持與管理渠道中，對線上問題進行及時和專門的處理，讓每一個問題能夠及時進行傳遞。

使用觀察者模式，在系統(tǒng)使用過程中的問題反饋上，將處理的結(jié)果進行迅速通知，使得處理結(jié)果能夠及時反饋到提出者。

在系統(tǒng)管理中，應(yīng)用設(shè)計模式的嘗試，使得整體職責(zé)在管理工作鏈中，能夠被有效解耦，并盡可能在不同的管理范圍中復(fù)用成員的職能，保證管理鏈的穩(wěn)定與持續(xù)工作。

總而言之，設(shè)計模式是被反復(fù)使用、經(jīng)過科學(xué)整理與分類的經(jīng)驗總結(jié)，它不僅有助于指導(dǎo)構(gòu)建復(fù)雜系統(tǒng)，深化復(fù)用概念，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定持續(xù)，作為一種思路與理念，也同樣能夠用于各類的場景模型。

[1]Gamma,E.等著,李英軍等譯.設(shè)計模式：可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)[M].機械工業(yè)出版社,2000.

[2]Freeman,E.等著,O’Reilly Taiwan公司譯.Head First設(shè)計模式[M].中國電力出版社,2007.

[3]程杰.大話設(shè)計模式[M].清華大學(xué)出版社,2007.