软件架构设计--“层间解耦和API接口设计”

1 软件架构设计之“层间解耦和API接口设计” 
1）北向接口设计本质就更大系统的架构设计的一部分。
2）接口设计需要解决耦合与依赖的问题，系统间接口更是如此。
3）接口与实现分离、控制反转、依赖倒置是实现层间解藕的几个方式。

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软件架构设计之“层间解耦和API接口设计”
                                                 钟振 00112298，2013-11-11
2 1      概述
“分层模式”是一种最常用的软件架构设计模式，采用分层模式时，要求层间低耦合，并且一般要求上层可调用下层服务、但不允许下层调用上层。那么当系统有这种需求（下层调用上层）时，应该如何设计呢？
本文主要参考[1] 文章，保留最精华的内容、补充部分方法和自己的理解、忽略“依赖注入”（有点晦涩），可结合[1]阅读本文。
其中“下层调用上层”的需求主要在“控制反转”一节给出解决方案。

3 2      接口和实现分离
4 2.1      面向过程的实现：函数库（函数调用）

5 2.2      面向对象的实现：类库（聚合关系）

6 3      依赖倒置（Dependency Inversion Principle）
7 3.1      原则说明
第一种描述（[3]）：
A. 上层模块不应该依赖于下层模块，它们共同依赖于一个抽象。
　　B. 抽象不能依赖于具象，具象依赖于抽象。
第二种描述：
       要针对接口编程，不要针对实现编程
8 3.2      解决方法一：类库设计者定义抽象接口（下层定义接口并实现）
当类库设计者难以和客户深入合作时，或者类库同时提供给很多客户使用时，这种方式比较合适。

9 3.3      解决方法二：调用方定义抽象接口（上层定义接口、下层实现）
如果是同一系统内的设计，优先使用方法二。这种方法也是面向对象设计推荐的方法。
10 3.3.1        Martin Flower给的例子

通常三层架构如上图(a)；
经常需要引入一个Mapper层用于Domain/DB之间解耦具体数据映射方式，因此Mapper要依赖于Domain/DB，如(b)图；
但是，Domain怎么读写数据到DB呢？如果Domain依赖于Mapper则出现了“循环依赖”，这是一种很不好的设计。

由Domain层定义一个 Mapper Interface 接口，由Database层实现这个接口，则可以解决上述问题。

如果想简化类设计，可以把接口直接合入Domain层中（上图是合入Store类）。
11 3.3.2        Robert Martin给的例子
下图是一个典型的三层设计模式：

下图是经过依赖倒置重构后的架构：

12 4      控制反转
13 4.1      一个反面的例子

这是一个典型的双向依赖关系。这种双向依赖关系有一个非常严重的缺陷：由于GUI框架调用了应用程序中的某个特定函数（MyWindowProc）， GUI框架根本无法独立存在；换一个新的应用程序，GUI框架多半就要做相应的修改。
14 4.2      解决方法一：面向过程设计中的“回调函数机制”

15 4.3      解决方案二：面向对象设计中的“模板方法模式”
16 4.3.1        王咏武给的例子

17 4.3.2        Craig Larman给的例子

18 4.4      解决方案三：面向对象设计中的“观察者模式”
19 4.4.1        Craig Larman给的例子

20 4.5      解决方案四：嵌入式软件中的“中断模式”
通过硬件中断主动上报事件，具体例子略。
21 5      参考资料
[1] 王咏武，《向依赖关系宣战——依赖倒置、控制反转和依赖注入辨析》，《程序员》杂志2005年1月
[2] Martin Flower，《Reducing Coupling》，2001，http://www.martinfowler.com/ieeeSoftware/coupling.pdf‎
[3] Robert Martin，《Agile Principles, Patterns, and Practices in C#》，2006
[4] Craig Larman，《Applying UML and Patterns》，2004