如何进行优雅的程序设计，使软件的架构更加的富有弹性，更加灵活，易于扩展和易于维护，是软件架构师的一个重要工作职责。本文分析了编程语言的实质，梳理软件编程方法的演变过程，总结面向对象编程的特征，目的，指导原则，以及如何遵循这些原则来进行框架设计。

1. 编程语言的实质及演变过程

1.1 编程的本质

• 编程的目的是：用计算机来解决现实世界的问题。

• 编程的过程即：在计算机所能理解的“模型”（解空间）和现实世界（问题空间）之间， 建立一种联系。

• 问题领域（问题空间）：包含与系统所要解决的问题相关的实物和概念的空间。

• 编程语言是一种“抽象”的机制，其编程方法的演进如下机器代码和汇编语言：对基础机器指令进行抽象非结构化的高级语言：对计算处理逻辑的抽象结构化的程序设计：开始对问题领域进行一定程度的抽象。比如开关函数面向对象程序设计：直接表达问题空间内的元素。比如电灯对象及其开关方法

1.2 编程的核心要素和编程语言的发展脉络

• 编程的核心要素包括：人，计算机，客观业务领域

• 编程方法的演进方向也是围绕这三个要素发展的，从面相机器的思维方式，到面向人的思维方式，最后到面向业务领域问题的编程，也就是我们现在使用的面向对象的编程。展现了事物发展的必然规律，面向对象编程更符合我们对问题的理解，也更符合我们对编程的认知。

• 面向业务领域也可以进行细分，业务领域对象可以是实体对象，在大数据时代，业务领域对象也可以是数据，我们需要面向数据进行编程，这时一些新的编程语言或特性会出现，使面向对象编程的关注点关注到了数据里，如函数式编程，反应式编程等等。

2. 面向对象编程的特征，目的，指导原则

面向对象编程的定义（第一个成功的面向对象的语言 Smalltalk 描述）：

• 万物皆为对象

• 程序是对象的集合，它们通过发送消息来告知彼此所要做的

• 每个对象都有自己的由其他对象所构成的存储

• 每个对象都拥有其类型

• 某一特定类型的所有对象都可以接收同样的消息

面向对象编程的三要素（关键特征）

• 封装性 - 隐藏实现

• 继承性 - 接口的重用

• 多态性 - 对象互换的魔法

面向对象设计的目的和原则

• 目的：实现系统的强内聚、松耦合的特性，从而实现系统的易扩展，更强壮，可移植，更简单的特性

• 原则：主要包括一些设计原则，贯彻设计原则的设计模式，以及基于这些设计原则、设计模式构建出来的一些框架、工具。

• 设计原则，设计模式

• 基于设计原则开发一个框架

• 基于设计模式对代码进行重构

• 框架，工具

• 框架是用来实现某一类应用的结构性的程序，是对某一类架构方案可复用的设计与实现，程序必须要依附在框架上面进行进一步的开发和实现，框架决定了程序的整体结构和主体流程，程序由框架调用完成程序的整体结构

• 作为架构师，能够理解框架背后的规律和框架设计的方法，要开发出自己的框架，或对现有框架进行自己的改进，基于框架的特点，使框架更加符合你要开发的系统的应用场景

• 框架调用代码，代码调用工具，架构师用框架（如 Tomcat，Spring）保证架构落地，保证整体的程序运行流程和整体的结构，用工具（如 Log4j）来提高开发效率，可复用的一些操作可通过提供一些工具来复用

3. 设计原则与框架设计

软件设计敏捷和软件过程敏捷

• 对于一个软件开发而言，要想实现敏捷的软件开发，并不只在于敏捷的软件过程保证，更重要的是设计本身是敏捷的（灵活强大）。当我们有需求变更的时候，当我们要快速迭代的时候，这些设计能够快速的支撑我们进行变更和迭代；而不是耦合在一起，僵硬的编程一团，脆弱的，不可移植的，难以使用的，让我们无从下手，再好的软件过程保证，也难以实现一个敏捷的软件开发。

设计的好坏如何评断？软件设计如何应对不断的需求变更（上下文环境）？

• 软件设计的最终目的，是使软件达到“强内聚、松耦合”，从而使软件：

• 易扩展 － 易于增加新的功能

• 更强壮 － 不容易被粗心的程序员破坏

• 可移植 － 能够在多样的环境下运行

• 更简单 － 容易理解、容易维护

• 与之相反，一个“不好的”软件，会发出如下特征：

• 僵硬 － 不易改变

• 脆弱 － 只想改 A，结果 B 被意外破坏

• 不可移植 － 不能适应环境的变化

• 导致误用的陷阱 － 做错误的事比做正确的事更容易，引诱程序员破坏原有的设计

• 晦涩 － 代码难以理解

• 过度设计、copy-paste 代码

3.1 设计原则 1：开闭原则（OCP）

开闭原则（OCP，Open/Closed Principle）：对扩展功能开放，对修改代码封闭，不修改代码实现功能的扩展，靠的是抽象，对抽象进行编程

• 方法一：继承或实现接口

• 方法二：使用策略模式：不直接依赖目标对象，而是依赖策略接口，目标对象实现策略接口，但是是目标对象脆弱了

• 方法三：适配器模式：目标对象通过适配器实现策略接口，变化的需求通过不同的适配器来实现

• 方法四：观察者模式：优化策略接口，将策略接口改成 Listener 接口，可通过内部类的方式实现适配器进行事件监听

3.2 设计原则 2：依赖倒置原则（DIP）

依赖倒置原则（DIP，Dependency Inversion Principle）：高层模块不能依赖低层模块，而是大家都依赖于抽象，抽象不能依赖实现，而是实现依赖抽象。倒置开发顺序和职责，先开发接口，接口属于高层模块，低层模块实现接口。高层模块根据自己使用场景进行接口设计。软件层次化，高层决定低层，高层被重用。

• 框架设计的核心，框架不依赖于代码，但是却可以调用代码，高层（框架）定义一组接口，我们（代码程序）实现接口。

• 好莱坞原则：Don’t call me，I’ll call you.倒转了层次依赖关系。

3.3 设计原则 3：里氏替换原则（LSP）

里氏替换原则（LSP，Liskov Substitution principle）：用来解决继承合理性的问题，如果在编写程序中，子类可以替换父类，则继承是合理的，针对父类编写的程序可以用子类替换。在应用场景中看子类能否替换父类，替换后程序能否正常运行，能正常运行就是合理的继承，不能正常运行就是不合理的继承。同时也可以判断抽象接口使用是否合理。

3.4 设计原则 4：单一职责原则（SPR）

单一职责原则（SPR，Single Responsibility Principle）：内聚性原则，一个类只有一个引起它变化的原因，如果原因很多，说明类是不单一的，导致类的职责很多，设计复杂，难以维护。

3.5 设计原则 5：接口隔离原则（ISP）

接口隔离原则（ISP，Interface Segregation Principle）：职责不好分清时，如何优化？不应该强迫客户程序依赖它们不需要的方法

• 通过拆分接口进行隔离，从而保证应用程序不依赖它们不需要的方法

• 隔离方法：通过适配器隔离通过多继承隔离

4. 框架设计案例 - 反应式编程Flower

一般 web 服务器设计：

反应式编程 Flower 设计

• 通过网络异步 IO 编程多路复用改善系统性能：用有限线程（容器线程）处理多个并发请求，交给 Flower 运行环境处理，Flower 负责创建工作线程（通过 Akka Actor 实现），处理服务消息，线程不会被阻塞，所以可以用来处理其他消息。

项目 github 链接：https://github.com/zhihuili/flower

注：本文大量参考 piercebn 学员的总结，原文链接[https://xie.infoq.cn/article/ce00a4d6fbf91eef42bebbafd]