Kiến trúc tiến hóa và thiết kế nổi dần: Ngôn ngữ, tính biểu cảm và thiết kế, Phần 1 pps

Kiến trúc tiến hóa và thiết kế nổi dần: Ngôn ngữ, tính biểu cảm và thiết kế, Phần 1 Tính biểu cảm trong mã lệnh của bạn tạo khả năng cho thiết kế nổi dần như thế nào Neal Ford, Kiến trúc phần mềm, ThoughtWorks Tóm tắt: Khả năng xem và thu lượm các mẫu (pattern) diễn đạt đặc trưng là rất quan trọng đối với thiết kế nổi dần. Và điều quan trọng sống còn đối với thiết kế là tính biểu cảm của mã lệnh. Trong loạt bài viết gồm hai phần, Neal Ford sẽ bàn về chỗ giao nhau giữa tính biểu cảm và mẫu diễn đạt đặc trưng, giải thích các khái niệm này bằng cả mẫu diễn đạt đặc trưng lẫn mẫu thiết kế hình thức hóa. Ông viết lại một số mẫu cổ điển của Gang of Four trong các ngôn ngữ động cho JVM để cho bạn thấy rằng các ngôn ngữ biểu cảm hơn cho phép bạn thấy các phần tử thiết kế bị che khuất bởi các ngôn ngữ mờ tối hơn như thế nào. (N.D: Gang of Four hay GoF - Nhóm bốn người - là cuốn sách của bốn tác giả : Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson và John Vlissides, được coi là nền tảng của các mẫu thiết kế khác, được phân loại làm 3 nhóm: tạo lập (Creation), cấu trúc (Structure) và hành vi (Behavior)). Một trong những điều chính yếu cho phép thiết kế nổi dần là khả năng xem và thu lượm các mẫu diễn đạt đặc trưng: các quy trình, các cấu trúc và các đặc ngữ, chúng lặp lại một cách không tầm thường trong cơ sở mã lệnh của bạn. Tuy nhiên, đôi khi các mẫu ấy bị ẩn đi. Trong phần đầu tiên của loạt bài viết Kiến trúc tiến hóa và thiết kế nổi dần tôi đã mô tả các vấn đề che khuất tầm nhìn của các mẫu này, chẳng hạn như vấn đề khái quát quá đáng. Việc xây dựng các ứng dụng nhiều tầng có thể có hiệu lực tốt cho các dạng tách biệt mối quan tâm nhằm cho phép khả năng mở rộng và phân đoạn, nhưng nó che giấu các mẫu diễn đạt đặc trưng bởi vì bây giờ bạn phải tìm chúng xuyên qua nhiều tầng. Muốn trở thành một nhà thiết kế và một kiến trúc sư giỏi thì bạn phải phát triển các "con mắt" để phân biệt các mẫu đó. Về loạt bài viết này Loạt bài viết này nhằm cung cấp một phối cảnh tươi mới về các khái niệm thường được thảo luận nhưng khó nắm bắt về kiến trúc và thiết kế phần mềm. Thông qua các ví dụ cụ thể, Neal Ford mang đến cho bạn một nền tảng vững chắc cho cách làm thực tế lanh lẹn của kiến trúc tiến hóa và thiết kế nổi dần. Bằng cách trì hoãn các quyết định quan trọng về thiết kế và kiến trúc cho đến thời điểm chịu trách nhiệm cuối cùng, bạn có thể ngăn ngừa được những phức tạp không cần thiết không để chúng ngầm phá hoại các dự án phần mềm của bạn Một điều khác ức chế việc thu lượm các mẫu là khả năng biểu cảm của chính ngôn ngữ lập trình. Ví dụ, ta rất khó thu lượm các mẫu từ hợp ngữ (assembly language) bởi vì các đặc tính của ngôn ngữ này đối chọi với tính biểu cảm. Ngay cả khi bạn đã học được cách để đọc hợp ngữ như tiếng mẹ đẻ của bạn, thì các hạn chế khắc nghiệt về cách viết mã lệnh che khuất khả năng để bạn có được một cái nhìn toàn diện. Ví dụ: việc chuyển các biến vào và ra khỏi các thanh ghi thay vì có thể tạo ra các biến và các phương thức có tên phù hợp có nghĩa là bạn tốn nhiều thời gian để xử lý các gánh nặng công việc cố hữu trong ngôn ngữ này. Việc so sánh ngôn ngữ Java™ với hợp ngữ là đòi hỏi quá đáng (stretch), nhưng tính biểu cảm của các ngôn ngữ máy tính xếp dọc theo một dải phổ. Một số ngôn ngữ có tính biểu cảm hơn các ngôn ngữ khác, làm cho việc xem các bản mẫu hiệu quả trở nên dễ dàng hơn. Nhằm mục đích đó, bài viết này — là bài viết đầu tiên của loạt bài viết gồm hai phần — sử dụng một ngôn ngữ động cho JVM (ngôn ngữ Groovy) để giải thích các triển khai thay thế của một số mẫu Gang of Four. Ôn lại về các mẫu thiết kế Một trong những cuốn sách có ảnh hưởng sâu xa về phát triển phần mềm là cuốn Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software (Các mẫu thiết kế: Các phần tử phần mềm hướng đối tượng có thể sử dụng lại được) của các tác giả Eric Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson và John Vlissides (xem phần Tài nguyên). Cuốn sách này bao gồm hai phần riêng biệt: mô tả các vấn đề chung thường gặp trong quá trình phát triển phần mềm và các ví dụ về các giải pháp của chúng. Phần đầu tiên là có giá trị như là một danh mục liệt kê các vấn đề chung, nhưng việc triển khai thực hiện các mẫu nhất thiết phải thiên về một ngôn ngữ cụ thể. Các triển khai thực hiện mẫu có ở trong cả hai ngôn ngữ: C++ và Smalltalk, chúng tận dụng lợi thế của một vài tính năng ngôn ngữ tiên tiến của Smalltalk. Bằng nhiều cách, các triển khai làm rõ các hạn chế của ngôn ngữ C++ và cách khắc phục cần thiết để giải quyết các vấn đề cố hữu của ngôn ngữ này. Các khía cạnh thuật ngữ của cuốn sách Gang of Four ngày nay vẫn còn có giá trị, nhưng các triển khai thực hiện đã trở nên lỗi thời. Nhiều vấn đề mà các triển khai thực hiện ở đây đã giải quyết bằng biện pháp cấu trúc (bằng cách xây dựng một hệ thống phân cấp các lớp tương tác với nhau) hiện có những giải pháp đẹp đẽ hơn trong các ngôn ngữ mạnh hơn và biểu cảm hơn. Một sự thay đổi thú vị khác đã xảy ra từ khi xuất bản cuốn sách Gang of Four. Nhiều ngôn ngữ đã gộp các mẫu vào chính ngôn ngữ đó. Ví dụ: Ngôn ngữ Java đã thay đổi phong cách sưu tập-lặp tuần tự (collection-iteration) của nó khi chuyển từ phiên bản JDK 1.1 sang 1.2, thay thế giao diện Enumerator bằng giao diện Iterator để làm cho các trình lặp tuần tự (iterators) trong ngôn ngữ Java tuân thủ chặt chẽ hơn với mẫu Iterator của Gang of Four. Các ngôn ngữ có xu hướng kết hợp các mẫu diễn đạt đặc trưng và các đặc ngữ thông dụng khác, ở đây chúng biến mất, chỉ còn như là một phần trong trừu tượng hóa của ngôn ngữ. Mấy ví dụ đầu tiên cho thấy bằng việc tích hợp các mẫu Iterator và Command trực tiếp vào ngôn ngữ, các ngôn ngữ dựa trên Java hiện đại hơn đã ôm trọn chính xác các mẫu của Gang of Four. Mẫu Iterator Cuốn sách Gang of Four định nghĩa mẫu Iterator như sau: Mẫu Iterator cung cấp cách để truy cập vào các phần tử của một đối tượng gộp nhóm một cách tuần tự mà không lộ ra cách biểu diễn của nó ở bên dưới. Các trình lặp tuần tự của Groovy Để có một giới thiệu chi tiết về các trình lặp tuần tự của Groovy, xin xem bài viết "Reaching for each" (lấy từng cái một) trong loạt bài viết Practically Groovy trên trang developerWorks. Mẫu Iterator là một trong những mẫu đầu tiên xuất hiện như là một bổ sung cho ngôn ngữ Java, dưới hình thức là giao diện và triển khai thực hiện Iterator. Groovy đã tiến một bước xa hơn, bổ sung thêm các trình lặp tuần tự nội bộ làm một phần của API các sưu tập. Vì thế, bạn có thể lặp tuần tự qua một sưu tập khá dễ dàng bằng cách sử dụng phương thức each kết hợp với một khối mã lệnh, như được minh hoạ trong liệt kê 1. Liệt kê này minh hoạ một trình lặp tuần tự nội bộ (cũng được gọi là trình lặp đẩy (push iterator) bởi vì nó đẩy lần lượt mỗi phần tử vào trong khối mã lệnh). Liệt kê 1. Toán tử each của Groovy def numbers = [1,2,3,4] numbers.each { n -> println n } Groovy cho phép phép lặp làm việc đối với tất cả các loại sưu tập, kể cả một mớ hỗn độn, như trong liệt kê 2: Liệt kê 2. Phép lặp trên một sưu tập hỗn độn def months = [Mar:31, Apr:30, May:31] months.each { println it } Groovy cũng thực hiện hành vi mặc định rất tiện dụng là tự động cung cấp một tham số cho phép lặp của bạn có tên là it mà bạn có thể tham chiếu đến trong khối mã lệnh. Và Groovy hỗ trợ một trình lặp tuần tự bên ngoài (còn gọi là trình lặp kéo (pull iterator) vì bạn phải yêu cầu tường minh hạng mục kế tiếp trong bộ sưu tập), được hiển thị trong liệt kê 3. Đây chính là trình lặp tuần tự được xây dựng trong bản thân ngôn ngữ Java. Liệt kê 3. Trình lặp kéo iterator = numbers.iterator() while (iterator.hasNext()) { println iterator.next() } Trình lặp tuần tự quá phổ biến đến nỗi nó không còn là một mẫu chính thức nữa, nó chỉ là một đặc tính của ngôn ngữ. Đây là một điều phổ biến trong thiết kế nổi dần của bản thân các ngôn ngữ máy tính. Mẫu Command Cuốn Gang of Four định nghĩa mẫu Command như sau: Mẫu Command đóng gói một yêu cầu thành một đối tượng, do đó cho phép bạn tham số hoá các trình khách với các yêu cầu khác nhau, xếp hàng hoặc ghi lại các yêu cầu, và hỗ trợ các hoạt động có thể hoàn ngược lại (undoable). Triển khai thực hiện chung của mẫu này trong ngôn ngữ Java tạo ra một lớp Command có bao gồm phương thức execute(). Mẫu thiết kế Command có mặt trong Groovy như là một khối mã lệnh, đó là bất cái gì được định nghĩa bên trong cặp dấu ngoặc ôm, đứng riêng một mình ({ và }). Thay vì buộc bạn phải tạo một lớp mới và một phương thức tương ứng, bạn có thể thi hành khối mã lệnh hoặc bằng cách gọi ra phương thức call() của nó hoặc bằng cách đặt một cặp dấu ngoặc đơn sau tên biến đang nắm giữ khối mã lệnh (có kèm theo hoặc không kèm theo các tham số). Liệt kê 4 là một ví dụ: Liệt kê 4. Mẫu Command với các khối mã lệnh bằng ngôn ngữ Groovy def count = 0 def commands = [] 1.upto(10) { i -> commands.add { count++ } } println "count is initially ${count}" commands.each { cmd -> cmd() } println "did all commands, count is ${count}" Hỗ trợ phép hoàn ngược lại (undo) Một trong những ưu điểm của việc sử dụng khối mã lệnh so với một cơ chế tương tự ví dụ như các lớp bên trong vô danh là ở tính cô đọng của nó. Bởi vì việc xác định các hoạt động có thể hoàn ngược lại (undoable) là một nhu cầu phổ biến, nên cú pháp này trở nên quan trọng. Ta hãy xem mã lệnh của Groovy trong liệt kê 5, nó cho bạn thấy cách bạn có thể hỗ trợ các hoạt động có thể hoàn ngược lại bằng cách sử dụng các khối mã lệnh cùng với mẫu thiết kế Command như thế nào: Liệt kê 5. Sử dụng các khối mã lệnh để hỗ trợ các hoạt động có thể hoàn ngược lại class Command { def cmd, uncmd Command(doCommand, undoCommand) { cmd = doCommand uncmd = undoCommand } def doCommand() { cmd() } def undoCommand() { uncmd() } } def count = 0 def commands = [] 1.upto(10) { i -> commands.add(new Command({count++}, {count })) } println "count is initially ${count}" commands.each { c -> c.doCommand() } commands.reverseEach { c -> c.undoCommand() } println "undid all commands, count is ${count}" commands.each { c -> c.doCommand() } println "redid all command, count is ${count}" Việc chuyển các khối mã lệnh như các tham số là tầm thường, cho phép dùng cú pháp rút gọn commands.add(new Command({count++}, {count })), nhưng vẫn còn dễ đọc. Khối mã lệnh, tính biểu cảm và các mẫu diễn đạt đặc trưng [...]... nào đến tính dễ đọc và khả năng nhìn thấy (và do vậy thu lượm được) các mẫu đặc ngữ trong mã lệnh của bạn – đó là các phần tử thiết kế thực mà bạn muốn tìm thấy và sử dụng lại Tôi đã bàn về cách mà một số mẫu trong cuốn Gang of Four có thể được thực hiện như thế nào trong các ngôn ngữ diễn cảm hơn (ví dụ như Groovy) Trong Phần 2, tôi sẽ tiếp tục bàn luận về giao điểm của tính biểu cảm và ngôn ngữ, các... trả về một thành phần (ingredient) Các DSL có xu hướng tạo ra mã lệnh nhỏ gọn hơn, bỏ đi cú pháp dài dòng không cần thiết Việc loại bỏ cú pháp giúp ta dễ đọc hơn, và đến lượt nó, tính dễ đọc làm cho dễ thấy hơn các phần tử thiết kế ẩn trong mã lệnh của bạn, bị che khuất bởi cú pháp, cần thiết nhưng lộn xộn Kết luận cho phần 1 Trong bài viết này, tôi đã bàn về việc khả năng biểu cảm của ngôn ngữ ảnh hưởng... biểu cảm và ngôn ngữ, các cách thức mà trong đó các mẫu thiết kế chính thức có thể được thể hiện tốt hơn, và cách mà các ngôn ngữ cung cấp cho bạn các khả năng vốn không tồn tại theo nghĩa đen trong các ngôn ngữ ít diễn cảm hơn Mục lục  Ôn lại về các mẫu thiết kế  Mẫu Iterator  Mẫu Command  Mẫu Strategy  Mẫu Interpreter  Kết luận cho phần 1 ... nghĩa một họ của các thuộc tính pound Các thuộc tính mới xử lý phần đầu tiên của DSL của tôi, chỉ để nguyên phương thức of Phương thức of cũng là một phương thức được bổ sung vào Integer, có trong liệt kê 12 Phương thức này nhận một tham số duy nhất, gán tên của thành phần, đặt số lượng, và trả về đối tượng của thành phần mới được tạo ra Liệt kê 12 Phương thức of được bổ sung vào Integer Integer.metaClass.of... tác giả chủ trương từ bỏ ngôn ngữ lõi của bạn và xây dựng một ngôn ngữ hoàn toàn mới trên nó, tạo ra từ vựng, phân tích cú pháp, ngữ pháp của riêng bạn, v.v… Tuy nhiên, một giai đoạn trung gian của mẫu này đã nổi lên thành xu hướng chủ đạo trong một vài năm qua (mặc dù nó đã có từ thời của ngôn ngữ Lisp): làm cho ngôn ngữ của bạn trở nên biểu cảm hơn bằng cách xây dựng một ngôn ngữ đặc thù cho miền... dựng các DSL ở bên trên của ngôn ngữ Java rất khó khăn vì cú pháp của ngôn ngữ này khá cứng nhắc, và nó có ít điểm mở rộng ở mức ngôn ngữ Phổ biến hơn là xây dựng các DSL bằng các ngôn ngữ như Groovy và Ruby bởi vì cú pháp vừa mở rộng được vừa khoan dung hơn Liệt kê 10 là một ứng dụng trình diễn một công thức chế biến để làm DSL nhỏ được viết bằng ngôn ngữ Groovy: Liệt kê 10 Công thức chế biến DSL trong... các đặc tính của các ngôn ngữ mạnh mẽ hơn (như ngôn ngữ Lisp), mỗi lần một đặc tính, mà không nhận thấy điều đó Mẫu Interpreter là sự chấp nhận rằng ngôn ngữ cơ sở của bạn có lẽ không đủ cho tác vụ đang phải làm, và trong trường hợp đó thì giải pháp tốt nhất là sử dụng ngôn ngữ này để xây dựng một ngôn ngữ tốt hơn nằm bên trên nó Mẫu này cho ta thấy thời của cuốn sách Gang of Four và tư duy của nó Bốn... sự vật, ví dụ: 1 tuần, 2 pao , 6 đô la Việc thêm các phương thức vào Integer cho phép bạn tạo nhiều mã lệnh biểu cảm hơn bởi vì bạn có thể sử dụng các số thực để biểu diễn các giá trị số Các dòng mã lệnh trong DSL thường bắt đầu với một số lượng, gọi ra một số phương thức trung gian để hoàn tất công việc, và cuối cùng trả về một cá thể của kiểu cuối cùng đáng quan tâm Trong Liệt kê 10 , số lượng khởi... thành phần của công thức chế biến Groovy cho phép bạn thêm các phương thức mới vào bất kỳ lớp nào (bao gồm cả java.lang.Integer, là cách Groovy xử lý các trực kiện (literal) kiểu số) Đó là tại sao mà tôi có thể gọi các phương thức trên các giá trị số Để thêm một phương thức mới vào một lớp hiện có, bạn có thể sử dụng một cơ chế của Groovy có tên là ExpandoMetaClass, như trong liệt kê 11 : Liệt kê 11 Thêm... nhiều cú pháp bạn phải lội qua để xem các phần tử thiết kế, thì càng khó khăn để nhận ra rằng một mẫu đang hiện diện Phiên bản Groovy có số lượng cú pháp tối thiểu để thực hiện các mẫu, nó chỉ để lại nội dung thích hợp Mẫu Strategy Cuốn Gang of Four định nghĩa mẫu Strategy như sau: Mẫu Strategy định nghĩa một họ các thuật toán, đóng gói mỗi thuật toán đó, và làm cho chúng hoán đổi được cho nhau Mẫu . Kiến trúc tiến hóa và thiết kế nổi dần: Ngôn ngữ, tính biểu cảm và thiết kế, Phần 1 Tính biểu cảm trong mã lệnh của bạn tạo khả năng cho thiết kế nổi dần như thế nào Neal Ford, Kiến trúc. bắt về kiến trúc và thiết kế phần mềm. Thông qua các ví dụ cụ thể, Neal Ford mang đến cho bạn một nền tảng vững chắc cho cách làm thực tế lanh lẹn của kiến trúc tiến hóa và thiết kế nổi dần ngữ là đòi hỏi quá đáng (stretch), nhưng tính biểu cảm của các ngôn ngữ máy tính xếp dọc theo một dải phổ. Một số ngôn ngữ có tính biểu cảm hơn các ngôn ngữ khác, làm cho việc xem các bản mẫu