Двадцать два порядка – очень большое число. Это число ангстремов от Земли до альфы Центавра. Это количество электронов в мелких монетах в вашем кармане или кошельке. И еще это число описывает, во сколько раз (как минимум) увеличилась вычислительная мощность компьютеров на моем веку.
А как влиял рост вычислительной мощности на программы, которые мне приходилось писать? Определенно они стали больше. Раньше я думал, что 2000 строк – это большая программа. В конце концов, такая программа занимала полную коробку перфокарт и весила 4,5 килограмма. Однако теперь программа считается по-настоящему большой, только если объем кода превысит 100 000 строк.
Программное обеспечение также стало значительно более производительным. Сегодня мы можем быстро выполнять такие вычисления, о которых и не мечтали в 1960-х. В произведениях The Forbin Project[2 - Фильм, вышедший в США в 1970 году, в нашей стране известный под названием «Колосс: Проект Форбина». – Примеч. пер.], The Moon Is a Harsh Mistress[3 - «Луна жестко стелет», роман Роберта Хайнлайна. – Примеч. пер.] и 2001: A Space Odyssey[4 - Фильм, вышедший в 1968 году, в нашей стране известный под названием «2001 год: Космическая одиссея». – Примеч. пер.] была сделана попытка изобразить наше текущее будущее, но их авторы серьезно промахнулись. Все они изображали огромные машины, обладающие чувствами. В действительности мы имеем невероятно маленькие машины, которые все же остаются машинами.
И еще одно важное сходство современного программного обеспечения и прошлого программного обеспечения: и то и другое сделано из того же материала. Оно состоит из инструкций if, инструкций присваивания и циклов while.
Да, вы можете возразить, заявив, что современные языки программирования намного лучше и поддерживают превосходящие парадигмы. В конце концов, мы программируем на Java, C# или Ruby и используем объектно-ориентированную парадигму. И все же программный код до сих пор состоит из последовательностей операций, условных инструкций и итераций, как в 1950-х и 1960-х годах.
Внимательно рассмотрев практику программирования компьютеров, вы заметите, что очень немногое изменилось за 50 лет. Языки стали немного лучше. Инструменты стали фантастически лучше. Но основные строительные блоки компьютерных программ остались прежними.
Если взять программиста из 1966 года, переместить ее[5 - Именно «ее», потому что в те годы программистами были в основном женщины.] в 2016-й, посадить за мой MacBook, запустить IntelliJ и показать ей Java, ей потребовались бы лишь сутки, чтобы оправиться от шока. А затем она смогла бы писать современные программы. Язык Java не сильно отличается от C или даже от Fortran.
И если вас переместить обратно в 1966-й год и показать, как писать и править код на PDP-8, пробивая перфокарты на телетайпе, поддерживающем скорость 10 символов в секунду, вам также могут понадобиться сутки, чтобы оправиться от разочарования. Но потом и вы смогли бы писать код. Сам код мало бы изменился при этом.
В этом весь секрет: неизменность принципов программирования – вот причина общности правил построения программных архитектур для систем самых разных типов. Правила определяют последовательность и порядок компоновки программ из строительных блоков. И поскольку сами строительные блоки являются универсальными и не изменились с течением времени, правила их компоновки также являются универсальными и постоянными.
Начинающие программисты могут подумать, что все это чепуха, что в наши дни все совсем иначе и лучше, что правила прошлого остались в прошлом. Если они действительно так думают, они, к сожалению, сильно ошибаются. Правила не изменились. Несмотря на появление новых языков, фреймворков и парадигм, правила остались теми же, как во времена, когда в 1946-м Алан Тьюринг написал первый программный код.
Изменилось только одно: тогда, в прошлом, мы не знали этих правил. Поэтому нарушали их снова и снова. Теперь, с полувековым опытом за плечами, мы знаем и понимаем правила.
Именно об этих правилах – не стареющих и не изменяющихся – рассказывает эта книга.
Благодарности
Ниже перечислены все (не в каком-то определенном порядке), кто сыграл важную роль в создании этой книги:
Крис Гузиковски (Chris Guzikowski)
Крис Зан (Chris Zahn)
Мэтт Хойзер (Matt Heuser)
Джефф Оверби (Jeff Overbey)
Мика Мартин (Micah Martin)
Джастин Мартин (Justin Martin)
Карл Хикман (Carl Hickman)
Джеймс Греннинг (James Grenning)
Симон Браун (Simon Brown)
Кевлин Хенни (Kevlin Henney)
Джейсон Горман (Jason Gorman)
Дуг Бредбери (Doug Bradbury)
Колин Джонс (Colin Jones)
Гради Буч (Grady Booch)
Кент Бек (Kent Beck)
Мартин Фаулер (Martin Fowler)
Алистер Кокберн (Alistair Cockburn)
Джеймс О. Коплиен (James O. Coplien)
Тим Конрад (Tim Conrad)
Ричард Ллойд (Richard Lloyd)
Кен Финдер (Ken Finder)
Крис Ивер (Kris Iyer (CK))
Майк Карев (Mike Carew)
Джерри Фицпатрик (Jerry Fitzpatrick)
Джим Ньюкирк (Jim Newkirk)
Эд Телен (Ed Thelen)
Джо Мейбл (Joe Mabel)
Билл Дегнан (Bill Degnan)
И многие другие.
Когда я просматривал книгу в окончательном варианте и перечитывал главу о кричащей архитектуре, передо мной стоял образ улыбающегося Джима Уэрича (Jim Weirich) и в ушах слышался его звонкий смех. Удачи тебе, Джим!
Об авторе
Роберт С. Мартин (Robert C. Martin), известный также как «дядюшка Боб» (Uncle Bob), профессионально занимается программированием с 1970 года. Сооснователь компании cleancoders.com, предлагающей видеоуроки для разработчиков программного обеспечения, и основатель компании Uncle Bob Consulting LLC, оказывающей консультационные услуги и услуги по обучению персонала крупным корпорациям. Служит мастером в консалтинговой фирме 8th Light, Inc. в городе Чикаго. Опубликовал десятки статей в специализированных журналах и регулярно выступает на международных конференциях и демонстрациях. Три года был главным редактором журнала C++ Report и первым председателем Agile Alliance.
Мартин написал и выступил редактором множества книг, включая The Clean Coder[6 - Роберт Мартин. Идеальный программист. Как стать профессионалом разработки ПО. СПб.: Питер, 2016. – Примеч. пер.], Clean Code[7 - Роберт Мартин. Чистый код: создание, анализ и рефакторинг. СПб.: Питер, 2013. – Примеч. пер.], UML for Java Programmers, Agile Software Development[8 - Роберт Мартин. Быстрая разработка программ. Принципы, примеры, практика. М.: Вильямс, 2004. – Примеч. пер.], Extreme Programming in Practice, More C++ Gems, Pattern Languages of Program Design 3 и Designing Object Oriented C++ Applications Using the Booch Method».
I. Введение
Чтобы написать действующую программу, не нужно много знать и уметь. Дети в школе делают это постоянно. Юноши и девушки в колледжах начинают свой бизнес, вырастающий до стоимости в миллиарды долларов, написав несколько строк кода на PHP или Ruby. Начинающие программисты в офисах по всему миру перелопачивают горы требований, хранящихся в гигантских баг-трекерах, и вносят исправления, чтобы заставить свои системы «работать». Возможно, они пишут не самый лучший код, но он работает. Он работает, потому что заставить что-то работать – один раз – не очень сложно.
Создать программу, которая будет работать правильно, – совсем другое дело. Написать правильную программу сложно. Для этого необходимы знания и умения, которые молодые программисты еще не успели приобрести. А чтобы приобрести их, требуется мыслить и анализировать, на что у многих программистов просто нет времени. Это требует такой самодисциплины и организованности, которые не снились большинству программистов. А для этого нужно испытывать страсть к профессии и желание стать профессионалом.
Но когда создается правильный программный код, происходит что-то необычное: вам не требуются толпы программистов для поддержки его работоспособности. Вам не нужна объемная документация с требованиями и гигантские баг-трекеры. Вам не нужны огромные опенспейсы, работающие круглые сутки без выходных.
Правильный программный код не требует больших трудозатрат на свое создание и сопровождение. Изменения вносятся легко и быстро. Ошибки немногочисленны. Трудозатраты минимальны, а функциональность и гибкость – максимальны.
Да, такое представление кажется утопическим. Но я видел это воочию. Я участвовал в проектах, где дизайн и архитектура системы упрощали их создание и сопровождение. У меня есть опыт работы в проектах, потребовавших меньшего числа участников, чем предполагалось. Мне довелось работать над системами, в которых ошибки встречались удивительно редко. Я видел, какой невероятный эффект оказывает хорошая архитектура на систему, проект и коллектив разработчиков. Я был на земле обетованной.
Но я не прошу верить мне на слово. Оглянитесь на свой опыт. Случалось ли у вас что-то противоположное? Доводилось ли вам работать над системами с настолько запутанными и тесными связями, что любое изменение, независимо от сложности, требовало недель труда и было сопряжено с огромным риском? Испытывали ли вы сопротивление плохого кода и неудачного дизайна? Приходилось ли вам видеть, как дизайн системы оказывал отрицательное влияние на моральный дух команды, доверие клиентов и терпение руководителей? Доводилось ли вам оказываться в ситуации, когда отделы, подразделения и целые компании становились жертвами неудачной архитектуры их программного обеспечения? Были ли в аду программирования?
Я был, и многие из нас были там. В нашей среде чаще встречается опыт борьбы с плохим дизайном, чем получение удовольствия от воплощения хорошо продуманной архитектуры.
1. Что такое дизайн и архитектура?
За долгие годы вокруг понятий «дизайн» и «архитектура» накопилось много путаницы. Что такое дизайн? Что такое архитектура? Чем они различаются?
Одна из целей этой книги – устранить весь этот беспорядок и определить раз и навсегда, что такое дизайн и архитектура. Прежде всего, я утверждаю, что между этими понятиями нет никакой разницы. Вообще никакой.
Слово «архитектура» часто используется в контексте общих рассуждений, когда не затрагиваются низкоуровневые детали, а слово «дизайн» обычно подразумевает организацию и решения на более низком уровне. Но такое разделение бессмысленно, когда речь идет о том, что делает настоящий архитектор.
Возьмем для примера архитектора, спроектировавшего мой новый дом. Этот дом имеет архитектуру? Конечно! А в чем она выражается? Ну… это форма дома, внешний вид, уступы, а также расположение комнат и организация пространства внутри. Но когда я рассматривал чертежи, созданные архитектором, я увидел на них массу деталей. Я увидел расположение всех розеток, выключателей и светильников. Я увидел, какие выключатели будут управлять теми или иными светильниками. Я увидел, где будет находиться узел отопления, а также местоположение и размеры водонагревательного котла и насоса. Я увидел подробное описание, как должны конструироваться стены, крыша и фундамент.
Проще говоря, я увидел все мелкие детали, поддерживающие все высокоуровневые решения. Я также увидел, что низкоуровневые детали и высокоуровневые решения вместе составляют дизайн дома.
То же относится к архитектуре программного обеспечения. Низкоуровневые детали и высокоуровневая структура являются частями одного целого. Они образуют сплошное полотно, определяющее форму системы. Одно без другого невозможно; нет никакой четкой линии, которая разделяла бы их. Есть просто совокупность решений разного уровня детализации.
Цель?
В чем состоит цель таких решений, цель хорошего дизайна программного обеспечения? Главная цель – не что иное, как мое утопическое описание:
Цель архитектуры программного обеспечения – уменьшить человеческие трудозатраты на создание и сопровождение системы.
Мерой качества дизайна может служить простая мера трудозатрат, необходимых для удовлетворения потребностей клиента. Если трудозатраты невелики и остаются небольшими в течение эксплуатации системы, система имеет хороший дизайн. Если трудозатраты увеличиваются с выходом каждой новой версии, система имеет плохой дизайн. Вот так все просто.
Пример из практики
В качестве примера рассмотрим результаты исследований из практики. Они основаны на реальных данных, предоставленных реальной компанией, пожелавшей не разглашать своего названия.
Сначала рассмотрим график роста численности инженерно-технического персонала. Вы наверняка согласитесь, что тенденция впечатляет. Рост численности, как показано на рис. 1.1, должен служить признаком успешного развития компании!
Рис. 1.1. Рост численности инженерно-технического персонала. Воспроизводится с разрешения автора презентации Джейсона Гормана (Jason Gorman)
Теперь взгляните на график продуктивности компании за тот же период, измеряемой в количестве строк кода (рис. 1.2).
