软件模块化设计的思路

最新推荐文章于 2024-10-06 13:37:27 发布

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分类专栏：架构文章标签：模块化设计软件

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【摘要】

本文讨论了软件模块化设计过程中的若干重要问题解决的一般思路。

【关键词】软件模块化设计、职责分离原则、可移植性、稳定性

一、问题的提出

软件模块化的目的是建立可重用的软件组件，在不需要修改或仅作少量修改的情况下，可再次用来组建新的软件系统，提高软件的开发周期和可靠性。由于软件模块有在不同的系统中使用的需求，决定了软件模块的设计和专用于单一系统的软件代码存在差别，这具体体现在以下方面：

1. 软件模块需要更好的弹性，增加适用范围；

2. 软件模块需要有更好的可移植性，增加适用范围；

3. 软件模块需要更清晰地定义接口，避免模糊含混；

4. 软件模块需要有更好的稳定性，避免错误影响范围扩散；

5. 软件模块需要有更好的独立性，避免引用牵连模块，形成依赖链。

二、解决思路

2.1如何提供更好的设计弹性

长期的软件实践表明，良好的弹性来自于抽象。引入更多的更高层次的抽象会增加软件的弹性。而一个抽象的层次高低来自于设计者对问题域的本质认识的深刻程度，所以要设计更有弹性的模块，首先需要提高自己对模块所解决的问题的认识。额外的抽象层次基本上都会带来性能损失，所以设计上应该考虑到性能和弹性的平衡，但在性能问题没有确证之前，弹性优先。弹性带来的另一个问题是复杂性，过于复杂的软件会带来理解和维护上的困难，所以过度的弹性设计也是不可取的。

改进模块弹性的一般的手段有：

1. 采用接口提供服务而非具体实例。通过不同的方案实现接口，可提供弹性，而对客户不产生影响；

2. 采用单一职责的简单模块而非复杂庞大的。实践证明细粒度的软件单元有更好的适用范围，不同职责的服务应该使用分离（物理的或逻辑上）的接口，不要在一个模块中提供2个以上的服务；

3. 提供可扩展机制，允许客户自行添加新的功能来强化模块；

4. 提供配置选项，允许客户定制模块的部分行为。

2.2如何提供更好的可移植性

可移植性是指让软件在不同平台上运行的难易程度，不需要任何修改就可以运行的就称为跨平台的。实际上真正跨平台的软件是不存在的，任何跨平台的软件必须有一个抽象的底层来支撑，这个支撑的部分是需要在不同的平台上重新实现的，也就是软件的需移植部分。认识到这一点，就可以看到，增加一个软件模块的可移植性，需要做两件事：分离不需要移植和需要移植的部分、减小需要移植部分的复杂度以方便移植。

要确定一个软件模块是否是可移植的，首先需要确定这个模块的目标平台。必须仔细分析所有目标平台的异同，才能够确定哪些是可以在所有平台上都支持的，这些就是不需要移植（可移植）的部分，而并非所有平台都支持（只要有一个不支持）的部分则是需要移植的。选择技术方案时，优先选择可移植方案。对模块中无可移植方案的部分，采用接口抽象出一个可移植层，在不同的平台上分别实现此接口，此接口的实现就是整个模块的需要移植部分，在做移植工作时，只要将关注点放在这里即可。

通常，采用C语言开发的软件，标准C库是很好的可移植库；采用C++开发的软件，选择STL也会获得很好的可移植性；对于网络编程，socket api 也是受绝大多数系统平台支持的，有很好的可移植性。不同的编译器之间也会存在差异，编码时采用标准C/C++语法，避免使用特定编译器的扩展语法，也会改进可移植性。采用一些跨平台第三方库一般也能带来较好的可移植性，但在采用之前需要考虑是否开放源代码、是否收费等因素。

总之，一个软件模块的可移植性好坏，也是取决于设计者对所有目标编译/运行平台的熟悉程度。增加对各个目标的平台了解，有助于设计出具有更好可移植性的模块。

2.3如何提供更清晰的接口定义

当一个模块不考虑可重用时，有时可能不会对接口考虑得非常仔细，接口说明可能就以口头约定或项目内部约定为准。这在单一项目内部一般不会造成很大问题，但一旦模块需要重用到其他项目，这种不太严谨的方法就会带来诸如语义含混、理解困难、功能定义不明确等问题。因此可重用模块的接口的定义需要比内部使用的模块更严格，一般需要考虑以下方面：

1. 该模块提供的具体服务的详细描述，清晰地阐明该模块提供了哪些服务，以及如何提供；

2. 每一个接口函数（操作）的语义说明，包括所有的参数的含义、传递方向、有效范围、异常处理、前提/后置条件等；

3. 在多任务环境下的并发访问安全性的说明，这对多任务开发非常重要；

4. 模块本身的适用范围需要详细描述，清晰界定模块可以工作的环境；

5. 提供完整的示例代码演示正确的使用方法，很多时候demo是最好的文档。

2.4如何提供更好的稳定性

稳定性体可细分了功能上的稳定性和设计上的稳定性。功能上的稳定性表现为模块多次运行不会出现错误；设计上的稳定性表现为多次复用不会需要修改。

功能上的稳定性可以通过单元测试等手段来达到。根据接口设计足够多的测试用例，可以在很大程度上保证功能。同时，注重编程规范、严格检查各种前提/后置条件、编写更多的保护性代码、采用更好的错误处理机制，这些手段都有利于提升模块的功能稳定性。

设计上的稳定性则需要设计者对问题域有深刻的认识，在设计时采用更多的前瞻性、考虑跟多的兼容性、兼顾更多的可移植性。这对设计者提出了更高的要求。很多时候，完全不要修改而直接复用的可能性是比较小的，但一般通过努力分析问题域，可以做到基本框架和接口的设计不做任何修改，而只需要针对新的应用环境做移植和扩展。这种比较稳定的框架设计可以通过在若干个复用过程中反复重构而获得，但需要设计者善于从旧有的设计中提炼总结。参考一些成熟框架也是提升设计稳定性的不错的选择。