小例子背后的大道理——用户需求+设计原则+正确应用 =设计方案

上回问题回顾
      上回的最后，来了两个用户，分别提出了两个不同的需求。一个要求用两个开关控制一个灯，一个要求用一个开关控制所有的灯。本回将就这两个需求进行分析。我写这段话的时候并没有想出这个需求的具体方案，重要的过程，思路有时候比结果更重要。所以，我的方案可能会"跑偏"；但是如果你能从过程中体会到些什么，那这篇就没有白写。
   
      两个开关控制一个灯。这个问题好像很简单，把两个Switcher的Switchee都设置为同一个灯不就结了吗？画个对象图会是这个样子。
   

  图1 由双开关控制的灯
      有问题吗？
  用户的真实需求
       考虑一下这个问题。如果你用Switcher1开了灯，再去开一下Switcher2，灯应该是保持开着还是关了呢？从技术人员的角度来讲，调用的Switcher的开，当然应该保持开啦。但是策划会说，这两个开关应该是相互作用的，还拿出了电路图给我看。这是的确是张真实情况下的双开关电路图。
  

  图2 双路开关电路
       Switcher1的开关，拨到左边是开还是关，取决于Switcher2现在是拨在左边儿还是右边。电路图的天然连通性就自然而然地做到了这一点。现实中的Switcher1不会去问Switcher2：嘿，哥们，你现在是个啥状态？而我们的代码中的两个Switcher间也不应该有什么交集。
       总而言之，在这个需求的要求下，用户要做的，就是拨一下开关而已（图3中JustSwitch方法的作用）。
  对当前设计的改进
       在以上需求的约束下，就第一篇开始所写的Switcher而言，就会存在着一个问题。先不说双开关，单单一个开关我们的设计就是不符合产品策划的要求。因为之前写的Switcher类是有两个函数作开关控制的。
  public class Switcher
  {
      public ISwitchable Switchee { get; set; }
      public void TurnOn() { Switchee.TurnOn(); }
      public void TurnOff() { Switchee.TurnOff(); }
  }
  代码1
       这是有问题的。因为Switcher是直接给用户用的。你觉得用户是想用哪种开关呢？
  是

还是

呢？
       总不能让用户根据现在灯是开着还是关着让用户按不同的按钮。（使用不同的函数。）所以Switcher的代码应该是这个样子的。
  public class Switcher
  {
      private bool isOn;
      public ISwitchable Switchee { get; set; }
   
    public void JustSwitch()
    {
      // 根据当前状态选择正确的操作。
      if (isOn)
      {
          Switchee.TurnOff();
          isOn = false;
      }
      else
      {
          Switchee.TurnOn();
          isOn = true;
      }
    }
  }
  代码2
       Switcher自己保存最后一次操作的结果（当前状态），并自动选择正确的操作。
  支持双开关
       当每个灯只有一个开关的时候，这个代码没有任何问题。但是出现两个开关的话就没这么好办了，自己保存的状态是无效的，可能会被另一个开关改掉。如果要达到和电路图一样的效果，Switcher1要么问Switcher2现在是什么状态，要么问Light是什么状态。
       直觉上，问Switcher2这事儿不是个好选择，因为以后还可能会有Switcher3、4。但灯就一个。但是等等，我们现在的接口是什么样的？
   

  图3. 现在的设计
        ISwitchable接口只定义了TurnOn和TurnOff两个函数，没有可以用于查询灯的当前状态的方法。这太糟糕了，这意味着接口要改了。改接口永远是最糟糕的事情。《软件框架设计的艺术》里说"API就如同恒星，一旦出现，便与我们永恒存在。"，听上去接口写了就不能改，但是我们的情况要好很多，这个接口是公司自己定义的，没有别人用过。所以改改无妨。J只要小小的加一个方法就可以了。
  

 
  图4. 添加查询接口以支持双开关
        Switcher的代码会是这样的。Switcher暴露给用户的应该只有 一个接口。
  public interface ISwitchable
  {
      void TurnOn();
      void TurnOff();
      bool IsOn();
  }
   
  public class Switcher
  {
      public ISwitchable Switchee { get; set; }
   
      public void JustSwitch()
      {
          // 根据当前状态选择正确的操作。
          if (Switchee.IsOn())
              Switchee.TurnOff();
          else
              Switchee.TurnOn();
      }
  }
  代码3
  另一个极品方案
       软件开发与建筑施工的最大区别是，软件开发可以选择先盖地下室还是天花板。
  ——我
       当我们把要做的事情抽象一下，就能很容易地从更高的层次思考问题。比如上面，开关要知道灯的状态。可以抽象为：
  

  图5. 开关开灯例子的高度抽象
       各位可以想到什么设计上的问题？比较明显的问题有两个。
  

   

• 拉模式 VS推模式。既然图中为拉模式，那么另一个思路就是推模式。也许你听说一个说法，就是推模式比拉模式要好。但是如果真把推模式用在开关开灯的例子上，就成了灯的亮与熄，要去通知开关，以便开关下次Switch的时候，能做出正确地动作。想到这里，我邪恶地笑了。这得多蛋痛啊？模式的应用，永远要看上下文。为了抚慰一些推模式死忠们脆弱的心灵，下面会介绍一个可行的推模式开灯设计。   
  
• A依赖B。虽然我们有ISwitchable接口，开关不直接依赖灯，但是你看，我们为什么要在ISwitchable接口里加入IsOn函数呢？因为开关需要知道灯的状态。所以说，他们之间不但存在着依赖，而且还直接决定了接口的定义。但是与我第一篇文章中介绍的DIP原则是否冲突呢？这取决于你对开关的定位。如果只是单纯的开关，那么IsOn函数的引入，就是对灯的功能的抽象，也就违反了DIP原则；如果你希望开关有点儿AI，那么显然它得知道更多的信息（但是这违反了单一责任原则）。所以看上去，无论从哪个角度来讲，IsOn的引入都是要违反XXXX原则的。
  

       好，为了不违反所有现有的原则。构想出设计出如下的设计：
   

  图6. 引入AI系统对开关操作进行决策（拉模式）
   
       理智一些吧，我们的开关公司没有上市，既没有资本做AI系统，也没有卡马克这种不要钱只要汉堡和网络的技术狂人，我们的用户也不会像暗黑的死忠一样傻等10年，然后等到一个需要接网线才能使用的电灯开关还能用得很愉悦。在这个发展阶段要做的，只是尽快满足当前的需求。
       在达成需求前，技术方案的完美度，永远是第二位的。第一位的，是有效率地执行 + 新颖的思路和方向。思路放后面，是因为对99.9%的情况来说，最不值钱的就是点子，你能想到的，别人可能都已经做出来了。即使是Jobs这种用新意折服世界的人，也要靠"现实扭曲力场"的帮助把自己的观点有效地推行下去。
  所以，这个方案虽然很不错，但是我不愿意继续讨论了，因为这在现实中没有意义，脱离现实的例子也就不再是好例子了。
       我还想说一句，做项目和做人，都不能走极端。另一个极端是：以敏捷之名，无视一切编码前的设计。我猜这在群人眼中，这个系列的文章没有任何意义。
  ———————————————————牢骚的休止符—————————————————————
  再一个方案
       有人可能会说，让灯自己控制自己的状态，也可以解决问题。像下面这样。
   

  图7 另一种解决方案
       然后把Light类实现成这个样子：（多酷啊，目前为止代码量最少的方案）
  public class Light : ISwitchable
  {
      private bool isGlowing;
   
      public void JustSwitch()
      {
          isGlowing = !isGlowing;
      }
  }
  代码 4
       这个设计的确可行，但是哪个方案更好呢？这个问题就留给各位读者吧。就拿几个Principle逐个分析下应该就可以分析出个所以然来。（下一节有简单提示）
  设计思想（原则）及技术方案的滥用
        每种设计都有他的思路和道理。你觉得不可理喻的设计可能恰恰是别人深思熟虑的结果，只是每个人的思路不一样，结果自然也不相同。但是如果设计思路被某种设计思想占据了绝对主导的地位，就可能会出现设计上的偏差。
       我把滥用大体上总结成如下三种：
  

   

•      单纯的滥用。因为我会这么做，所以就顺便这么做了。他们的理论基础是：虽然现在没有这要的需求，谁知道以后有没有呢？我多做一点儿还不好？最典型的症状是，所有的类，都有相应的接口，全部使用Dependency Injection来实例化。这不是有病么？            这会引出一个比较大的话题，就是怎样的设计算是过度设计？这需要单独写一节来讨论这个问题。就不在这里展开了。
     
  
• 程度上的滥用。图7的设计，就体现了一个叫做"Tell, Don't Ask"的原则，或者说是为了将这个原则"发挥到极致"而形成的设计。而在这个原则之下写出的代码4又是如此简洁和优美；以至于让想出这个方案的人，很难主动抛弃这个方案。直到看到这个方案不能满足的需求才肯承认问题。   
  
• 适用范围滥用。把某个原则或是技术方案当万金油。只要能用得上，就一定要用上一用。导致一叶蔽目，不愿意寻求其它更加合适的技术方案（项目时间紧是个最常见的借口，一知道某个方案可行，就马上付诸行动）。一时兴起，画了个漫画。
  

  

  图8. 因为熟悉或懒惰而舍近求远
        第一篇就说过，优秀的设计不是藉由几个原则、模式就可以保证的。何况是某一个原则呢？物极必反。今天就不再啰嗦了。大家也都懂。设计过程中对某个特定的设计思想或是技术过于执着，往往会形成一个虽可行、却畸形的设计。图7即是一个例子。
  一个真实的案例
       有一家著名的咨询公司，2009年接了一个银行的大单，为期一年，预计可以赚到五个亿。但是这个项目现在都还没有结束，项目延期不仅要给银行赔偿，还要继续免费给银行把这个项目做完。（想想国内公司会怎么做？）2010-2011年度，公司接的其它项目赚的钱几乎全部贴给了这个项目。当年全公司员工没有奖金，部分相关高层降职降薪。
       为什么？一个可以赚到五个亿的项目却亏了几个亿？
       目前项目内员工的工作效率极低，一个普通开发者要两天才能完成一个报表的修改。（现阶段是修改，不是全新开发）。所以说人员成本非常大。项目拖上一个月，数百万就打了水漂。
       那么效率为什么这么低？他们所有的业务逻辑都用PL-SQL实现，大的报表，涉及到的PL-SQL动辄上万行，而且层层调用，加之整个系统有数千个表。代码的测试，都要先去数据库造假数据。效率能高就怪了。
       为什么要这么搞？因为一开始做系统设计的人，对PL-SQL比较熟悉，对Java不熟悉，所以就把Java当成了UI Wrapper来用。狗屎吧。当然还会有很多其它的因素，但是在技术层面，这绝对是重要因素之一。因为自己对某个技术比较熟悉，而不愿意在项目中了解和应用更适合的其它技术方案的人套上CTO之类的外衣，恒等于搅屎棍。
  支持开关控制多个灯
       简单而言，要让一个开关去控制所有的灯。听上去很简单，而且有很多种实现方式。但是如果仔细想想，会发现有很多问题。
  需求分析，不同于简单的需求整理
       用户给出的需求总会是很概括甚至模糊的，不是用户懒得说，而是用户觉得自己已经说清楚了。以开灯为例，用户需求就是："要有一个统一开关。"，你如果再去追问用户，要怎么个统一法？用户可能就会不高兴了，因为他觉得这是你应该解决的问题。但是如果简单地把"要有统一开关"这个用户需求直接写进需求文档的话，就等着项目失败或是延期吧。
      需求分析的第一步，就是要对用户的需求进行分解、细节，找出合理用例。比如：用户要求的是，要有统一开关，但是并没有说每个灯就没有自己的开关。如果每个灯又都有自己的开关，统一开关应该如何与各个专属开关协作呢？从这个角度，就可以找到一些用例。
  

   

• 两个灯，都开着。这时去按统一开关，应该是全关对吧。也就是说，统一开关应该知道当前灯的状态。并按当前灯的状态去执行操作。   
  
• 三个灯，两个开着。这时去按统一开关呢？统一开关的意思就是要有统一的行为，用户肯定不会希望这个统一开关的行为是：把开着的灯关掉，把关着的灯打开。怎么办？统计现在开着的比率？开着的多就全关？那如果是两个灯，一个开着，一个关着呢？还有一个办法是，让统一开关使用代码2的方案：自己记住上次的操作结果。上次是全关，这次就全开；反之亦然。
  

        也就是说，用例1和用例2都是合理的，但却是冲突的。这种冲突甚至是一种逻辑上的冲突，已经不是技术局限性的问题了。这种情况，在软件开发中也是很常见的。这时，我们拿着自己的分析、自己的想法去询问用户的意见，用户就会很乐意了。人们都喜欢做选择题，而不是做问答题。不是么？
  现实中的电路
       现实中的电路图有两种做法。（非标准电路，请意会。强弱电相关专业也许可以参考这里）
   

  图9. 现实中的两种简单的总控加分支开关电路
       前一张图，分支开关有绝对的控制权；后一张图中开关中有一个二极管，开关的开合用于控制二极管的极性，总开关的作用就是：把开着的关掉，把关着的打开。
       看上去就是两种开关嘛。
  基于派生类的方案
       为了让一个开关可以控制多个灯，对现有程序设计上的改动很小。类图如下：
   

  图10. 多控开关设计
       通过派生新的Switcher，来提供不同的功能。在当前的需求下，这个方案是可行的。未来的需求，就留给未来去解决吧。
  小结
        本节本来是想讲讲需求决定设计这个理念，从两个需求引出两个互不兼容的设计方案。所以找了两个需求一起讲，但是最后这两个需求并没多大的冲突，也就没有达到预期的目标。不过想说的倒是说出来了。就是项目的设计，最终还是要依赖于需求，任何要做出能够适应未来需求的设计的想法，都是不切实际、劳民伤财的。（不知道有多少人会把这句话曲解为"设计无用论"，如果我认为设计无用，还会写这个系列吗？）
        这个系列并不是要讲设计模式，也不是用小例子做各种分析。只是想通过最简单的例子讲一些大道理（原则）。如果没有合适的大道理可说，分析出一百个需求、做出一百个设计，也只是鱼，而非我想说的渔。
        距上节的发布也已经很久了，因为每回发表时，都会先想好下回写什么、怎么写，并结尾留个引子。这次很可惜，想好了下回写什么，却死活想不出合适的、简单的需求来引出这个问题，也就不知道怎么写了。所以下回什么能写好我也不知道。大体上，也许还会有下而一些道理希望能和大家分享：
  

   

• 过度设计及关于"过度"的度量。   
  
• 局部设计最优化与全局次优化之间的权衡。   
  
• 什么是设计经验及如何正确地借鉴。
  

  新的用户
       下一回讲哪个还没有讲好，但是用户的需求却如潮水般涌来。先权且记下：
  

   

• 在开关上加一个小灯，表示现在的灯是开还是关。（因为开关和灯可能并不在一起）   
  
• 通过开关调节灯的亮度。   
  
• 在开关上显示灯的耗电量、温度、预期寿命等。   
  
• 定时开关。   
  
• 开关声控、手势控。   
  
• 开关权限控制。
  

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