设计心得——稳定和性能

一、软件设计的目的

软件设计的目的是什么？不要被各种纷繁的表象迷惑。任何为人所使用的工具，其最终的目的都是为了解决人自身的问题。软件作为一种大脑智力上的延伸，也是一种工具的应用。正如荀子所言：“君子性非异也，善假于物也”。所以，作为一种工具，其目的就是解决问题，特别是解决各种复杂的、抽象的问题。
问题解决的方式有很多种，投入的代价和成本也各有不同。但最终的结果都要以最合理的代价换取最优的解决问题的办法。同样，软件也是如此。如何评价一个软件好与坏的标准呢？在抛开各种国际国内的各种通用标准外。对于开发者来，有两个最重要的标准即软件运行的稳定性和性能的高低。

二、稳定和性能的说明

在前面的各种设计文章分析中，曾对各种设计的原则进行了分析，重点分析过平衡和各种设计原则。其实，稳定和性能就是一对非矛盾而又必须存在的指标。既然要分析稳定和性能的关系，则需要首先了解稳定和性能的判断标准。
软件的稳定性判断标准：

1. 可靠性：这里不提具体的定义，只说大白话，就是靠谱，不能动不动无法工作
2. 容错性：能够自动检测故障、自动恢复、优雅降级。说直白的就是能够在遇到问题时自己解决而不是就不工作了
3. 健壮性：能够保证输入验证的处理、异常控制和资源管理等，即对内能控制对外能处理
4. 可恢复性：就是遇到问题恢复时耗费的时间，包括时间和数据的恢复
5. 性能稳定性：这个更容易理解，就是能够稳定连续的处理问题的时间。就如汽车的连续输出同一功率的时间
6. 代码质量：这个就更好理解了，就是代码的复杂度、可维护生和可扩展性等
7. 运维稳定性：就是在运维过程中的各种异常和事故的处理数量等，简单说就是不能把问题丢给下一个流程（开发到运维）

性能判断的标准：

1. 响应时间:简单一些，就是要快
2. 吞吐量：就是简单位时间内处理请求要多，越多越好单位时间内系统处理的请求数量
3. 并发数：就是能够同时处理请求的数量，当然也是越多越好
4. 资源利用率：即要高效的利用各种资源，包括CPU、内存和磁盘以及网络等
5. 可扩展性：这个非常重要，它包括软件本身以及对外部环境的适应能力
6. 效率：就是对请求消耗资源的控制能力
7. 容量：吞吐量是对外的处理，而容易是对内的处理，即在满足性能指标的前提下能处理的最大负载
8. 可靠性：能够保持标准性能情况下运行的时长
9. 负载测试：在预期负载下验证系统性能。
10. 可测试能力：包括压力测试、耐力测试以及Spike测试等

通过上面的指标分析，就可以很容易的理解稳定和性能是怎么回事了。但需要说明的是，上面的标准并不是严格的说明，如果想确定这些标准的详细定义和严格说明，可查阅相关的国际、国内的标准文档（包括ISO等）。

三、设计上的处理

既然明白了稳定和性能的具体内容，就自然出现一个问题，如何在开发设计中如何处理这二者的取舍呢？正如厨师之与食客，需求不同而具体的应对不同，即使同一需求也会因人而异，这才是真正的优秀之处。又或如医者之与病患，时与势变而处理药方不同。总之就是一句话，根据实际情况，选择最优的组合。
在实际的设计开发中，保证稳定性的设计方法有很多，主要有：

1. 良好的资源管理
   特别是内存管理，在软件设计中，几乎是无法回避和绕开的经典问题。如何能够保障资源的安全分配、应用和回收是重中之重。在C++中，利用智能指针，就是解决内存使用问题的一个重要手段。包括前面分析的RAII等技术，都可以加之利用，进而保证资源的安全管理。
2. 合理的算法选择和数据结构的实现
   就是要根据实际情况来匹配相关的算法和数据结构，尽量做到统筹兼顾，以实际需求一方为主的设计思想
3. 错误的处理
   任何软件不可能不会出现问题，那么出现问题后如何进行处理、恢复等等就是一个很重要的问题，这都需要设计者在一开始就要认真的思考并有提前的布局和安排
4. 合理的第三库的应用
   现代软件已经极少由一个人或一个单体技术实现，所以使用第三方的库已经成为了一种必然的选择。那么为了实现设计的目标，如何正确的选择第三库，也需要设计者有着一双慧眼，防止出现意想不到的情况。

而提高性能的方法也有很多，常见的有：代码级别的优化，比如使用编译期处理、移动语义以及内联函数等等；平台的优化，如内存、IO以及相关并发等等；编译期的优化，诸如此类，可参数前面的文章“优化的整体分析”。此处就不再赘述。

四、二者的关系

稳定和性能二者间是一个辩证的统一，稳定是基础，性能是目标。没有稳定的运行前提，性能必然是一个空中楼阁；反之，如果性能不够，稳定也没有什么意义。设计者的首要是达成需求目标，而达成目标的前提需要有一个稳定性的基础。
这和武侠小说中的“练功不练拳，练拳不练功”是一个道理。不过在实际的设计中，往往会出现稳定性或性能卡在某个关键节点上，它们互相影响互相牵制，这就需要设计者准确的把握其中的肯綮，综合考虑，完成设计。

五、总结

一般来说，在实际的应用中，追求极致的性能就必然牺牲一些稳定性；反之亦然。但问题的解决往往是只有一两处关键之处，至于这个关键映射到稳定还是性能上，就看实际的需求是什么样即可。既不能强调稳定和性能的对立，又不能否定二者之间的联系。设计者所作的应该是利用最合适的设计方法和技术，按照实际需求，实现在满足一方的基础上尽力提高另外一方的设计。