[北京網(wǎng)站制作]API設(shè)計(jì)新思維:用流暢接口構(gòu)造內(nèi)部DSL
API設(shè)計(jì)新思維:用流暢接口構(gòu)造內(nèi)部DSL
程序設(shè)計(jì)語言的抽象機(jī)制包含了兩個(gè)最基本的方面:一是語言關(guān)注的基本元素/語義;另一個(gè)是從基本元素/語義到復(fù)合元素/語義的構(gòu)造規(guī)則。在C、C++、Java、C#、Python等通用語言中,語言的基本元素/語義往往離問題域較遠(yuǎn),通過API庫的形式進(jìn)行層層抽象是降低問題難度最常用的方法。比如,在C語言中最常見的方式是提供函數(shù)庫來封裝復(fù)雜邏輯,方便外部調(diào)用。(北京網(wǎng)站制作)
不過普通的API設(shè)計(jì)方法存在一種天然的陷阱,那就是不管怎樣封裝,大過程雖然比小過程抽象層次更高,但本質(zhì)上還是過程,受到過程語義的制約。也就是說,通過基本元素/語義構(gòu)造更高級抽象元素/語義的時(shí)候,語言的構(gòu)造規(guī)則很大程度上限制了抽象的維度,我們很難跳出這個(gè)維度去,甚至可能根本意識不到這個(gè)限制。而SQL、HTML、CSS、make等DSL(領(lǐng)域特定語言)的抽象維度是為特定領(lǐng)域量身定做的,從這些抽象角度看問題往往最為簡單,所以DSL在解決其特定領(lǐng)域的問題時(shí)比通用程序設(shè)計(jì)語言更加方便。通常,SQL等非通用語言被稱為外部DSL(External DSL);在通用語言中,我們其實(shí)也可以在一定程度上突破語言構(gòu)造規(guī)則的抽象維度限制,定義內(nèi)部DSL(Internal DSL)。
本文將介紹一種被稱為流暢接口(Fluent Interface)的內(nèi)部DSL設(shè)計(jì)方法。Wikipedia上Fluent Interface的定義是:
A fluent interface (as first coined by Eric Evans and Martin Fowler) is an implementation of an object oriented API that aims to provide for more readable code. A fluent interface is normally implemented by using method chaining to relay the instruction context of a subsequent call (but a fluent interface entails more than just method chaining)。 |
下面將分4個(gè)部分來逐步說明流暢接口在構(gòu)造內(nèi)部DSL中的典型應(yīng)用。
1.基本語義抽象
如果要輸出0..4這5個(gè)數(shù),我們一般會首先想到類似這樣的代碼:
- //Java
- for (int i = 0; i < 5; ++i) {
- system.out.println(i);
- }
而Ruby雖然也支持類似的for循環(huán),但最簡單的是下面這樣的實(shí)現(xiàn):
- //Ruby
- .times {|i| puts i}
Ruby中一切皆對象,5是Fixnum類的實(shí)例,times是Fixnum的一個(gè)方法,它接受一個(gè)block參數(shù)。相比for循環(huán)實(shí)現(xiàn),Ruby 的times方式更簡潔,可讀性更強(qiáng),但熟悉OOP的朋友可能會有疑問,times是否應(yīng)該作為整型類的方法呢?在OOP中,方法調(diào)用通常代表了向?qū)ο蟀l(fā)送消息,改變或查詢對象的狀態(tài),times方法顯然不是對整型對象狀態(tài)的查詢和修改。如果你是Ruby的設(shè)計(jì)者,你會把times方法放入Fixnum類嗎?如果答案是否定的,那么Ruby的這種設(shè)計(jì)本質(zhì)上代表了什么呢?實(shí)際上,這里的times雖然只是一個(gè)普通的類方法,但它的目的卻與普通意義上的類方法不同,它的語義實(shí)際上類似于for循環(huán)這樣的語言基本語義,可以被視為一種自定義的基本語義。times的語義從一定程度上跳出了類方法的框框,向問題域邁進(jìn)了一步!
另一個(gè)例子來自Eric Evans的“用兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)構(gòu)造一個(gè)時(shí)間段對象”,普通設(shè)計(jì):
- 3 //Java
- TimePoint fiveOClock, sixOClock;
- TimeInterval meetingTime = new TimeInterval(fiveOClock, sixOClock);
另一種Evans的設(shè)計(jì)是這樣:
- 2 //Java
- TimeInterval meetingTime = fiveOClock.until(sixOClock);
按傳統(tǒng)OO設(shè)計(jì),until方法本不應(yīng)出現(xiàn)在TimePoint類中,這里TimePoint類的until方法同樣代表了一種自定義的基本語義,使得表達(dá)時(shí)間域的問題更加自然。
雖然上面的兩個(gè)簡單例子和普通設(shè)計(jì)相比看不出太大的優(yōu)勢,但它卻為我們理解流暢接口打下了基礎(chǔ)。重要的是應(yīng)該體會到它們從一定程度上跳出了語言基本抽象機(jī)制的束縛,我們不應(yīng)該再用類職責(zé)劃分、迪米特法則(Law of Demeter)等OO設(shè)計(jì)原則來看待它們。
2.管道抽象
在Shell中,我們可以通過管道將一系列的小命令組合在一起實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。管道中流動的是單一類型的文本流,計(jì)算過程就是從輸入流到輸出流的變換過程,每個(gè)命令是對文本流的一次變換作用,通過管道將作用疊加起來。在Shell中,很多時(shí)候我們只需要一句話就能完成log統(tǒng)計(jì)這樣的中小規(guī)模問題。和其他抽象機(jī)制相比,管道的優(yōu)美在于無嵌套。比如下面這段C程序,由于嵌套層次較深,不容易一下子理解清楚:
- 2 //C
- min(max(min(max(a,b),c),d),e)
而用管道來表達(dá)同樣的功能則清晰得多:
- 2 #!/bin/bash
- max a b | min c | max d | min e
我們很容易理解這段程序表達(dá)的意思是:先求a,b的最大值;再把結(jié)果和c取最小值;再把結(jié)果和d求最大值;再把結(jié)果和e求最小值。
jQuery的鏈?zhǔn)秸{(diào)用設(shè)計(jì)也具有管道的風(fēng)格,方法鏈上流動的是同一類型的jQuery對象,每一步方法調(diào)用是對對象的一次作用,整個(gè)方法鏈將各個(gè)方法的作用疊加起來。
- 2 //Javascript
- $('li').filter(':event').css('background-color', 'red');
3.層次結(jié)構(gòu)抽象
除了管道這種“線性”結(jié)構(gòu)外,流暢接口還可用于構(gòu)造層次結(jié)構(gòu)抽象。比如,用Javascript動態(tài)創(chuàng)建創(chuàng)建下面的HTML片段:
- <div id="’product_123’" class="’product’">
- <img src="’preview_123.jpg’" alt="" />
- <ul>
- <li>Name: iPad2 32G</li>
- <li>Price: 3600</li>
- </ul>
- </div>
若采用Javascript的DOM API:
- //Javascript
- var div = document.createElement('div');
- div.setAttribute(‘id’, ‘product_123’);
- div.setAttribute(‘class’, ‘product’);
- var img = document.createElement('img');
- img.setAttribute(‘src’, ‘preview_123.jpg’);
- div.appendChild(img);
- var ul = document.createElement('ul');
- var li1 = document.createElement('li');
- var txt1 = document.createTextNode("Name: iPad2 32G");
- li1.appendChild(txt1);
- …
- div.appendChild(ul);
而下面流暢接口API則要有表現(xiàn)力得多:
- //Javascript
- var obj =
- $.div({id:’product_123’, class:’product’})
- .img({src:’preview_123.jpg’})
- .ul()
- .li().text(‘Name: iPad2 32G’)._li()
- .li().text(‘Price: 3600’)._li()
- ._ul()
- ._div();
和Javascript的標(biāo)準(zhǔn)DOM API相比,上面的API設(shè)計(jì)不再局限于孤立地看待某一個(gè)方法,而是考慮了它們在解決問題時(shí)的組合使用,所以代碼的表現(xiàn)形式特別貼近問題的本質(zhì)。這樣的代碼是自解釋的(self-explanatory)在可讀性方面要明顯勝于DOM API,這相當(dāng)于定義了一種類似于HTML的內(nèi)部DSL,它擁有自己的語義和語法。需要特別注意的是,上面的層次結(jié)構(gòu)抽象和管道抽象有著本質(zhì)的不同,管道抽象的方法鏈上通常是同一對象的連續(xù)傳遞,而層次抽象中方法鏈上的對象卻在隨著層次的變化而變化。此為,我們可以把業(yè)務(wù)規(guī)則也表達(dá)在流暢接口中,比如上面的例子中,body()不能包含在div()返回的對象中,div().body()將拋出”body方法不存在”異常。(高端網(wǎng)站建設(shè))
4.異步抽象
流暢接口不僅可以構(gòu)造復(fù)雜的層次抽象,還可以用于構(gòu)造異步抽象。在基于回調(diào)機(jī)制的異步模式中,多個(gè)異步調(diào)用的同步和嵌套問題是使用異步的難點(diǎn)所在。有時(shí)一個(gè)稍復(fù)雜的調(diào)用和同步關(guān)系會導(dǎo)致代碼充滿了復(fù)雜的同步檢查和層層回調(diào),難以理解和維護(hù)。這個(gè)問題從本質(zhì)上講和上面HTML的例子一樣,是由于多數(shù)通用語言并未把異步作為基本元素/語義,許多異步實(shí)現(xiàn)模式是向語言的妥協(xié)。針對這個(gè)問題,我用Javascript編寫了一個(gè)基于流暢接口的異步DSL,示例代碼如下:
- //Javascript
- $.begin()
- .async(newTask('task1'), 'task1')
- .async(newTask('task2'), 'task2')
- .async(newTask('task3'), 'task3')
- .when()
- .each_done(function(name, result) {
- console.log(name + ': ' + result);})
- .all_done(function(){ console.log('good, all completed'); })
- .timeout(function(){
- console.log('timeout!!');
- $.begin()
- .async(newTask('task4'), 'task4')
- .when()
- .each_done(function(name, result) {
- console.log(name + ': ' + result); })
- .end();}
- , 3000)
- .end();
上面的代碼只是一句Javascript調(diào)用,但從另一個(gè)角度看它卻像一段描述異步調(diào)用的DSL程序。它通過流暢接口定義了begin when end的語法結(jié)構(gòu),begin后面跟的是啟動異步調(diào)用的代碼;when后面是異步結(jié)果處理,可以選擇each_done, all_done, timeout中的一種或多種。而begin when end結(jié)構(gòu)本身是可以嵌套的,比如上面的代碼在timeout處理分支中就包含了另一個(gè)begin when end結(jié)構(gòu)。通過這個(gè)DSL,我們可以比基于回調(diào)的方式更好地表達(dá)異步調(diào)用的同步和嵌套關(guān)系。
上面介紹了用流暢接口構(gòu)造的4種典型抽象,出此之外還有很多其他的抽象和應(yīng)用場合,比如:不少單元測試框架就通過流暢接口定義了單元測試的DSL。雖然上面的例子以Javascript等動態(tài)語言居多,但其實(shí)流暢接口所依賴的語法基礎(chǔ)并不苛刻,即使在Java這樣的靜態(tài)語言中,同樣可以輕松地使用。流暢接口不同于傳統(tǒng)的API設(shè)計(jì),理解和使用流暢接口關(guān)鍵是要突破語言抽象機(jī)制帶來的定勢思維,根據(jù)問題域選取適當(dāng)?shù)某橄缶S度,利用語言的基本語法構(gòu)造領(lǐng)域特定的語義和語法。
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