Органы управления вертолетом определенно не являются ортогональными.
Преимущества ортогональности
Как показывает пример с вертолетом, неортогональные системы сложнее изменять и контролировать. Если составляющие системы отличаются высокой степенью взаимозависимости, то невозможно устранить какую-либо неисправность лишь на локальном уровне.
Подсказка 13: Исключайте взаимодействие между объектами, не относящимися друг к другу
Мы хотим спроектировать компоненты, которые являются самодостаточными: независимыми, с единственным, четким назначением; в книге Йордона и Константина [YC86] это явление называется сцеплением (cohesion). Когда компоненты изолированы друг от друга, вы уверены, что можно изменить один из них. не заботясь об остальных. Пока внешние интерфейсы этого компонента остаются неизменными, вы можете быть спокойны, что не создадите проблем, которые распространятся по всей системе.
С созданием ортогональных систем у вас появятся два больших преимущества: увеличение производительности и снижение риска.
• Изменения в системе локализуются, поэтому периоды разработки и тестирования сократятся. Легче написать относительно небольшие, самодостаточные компоненты, чем один большой программный модуль. Простые компоненты могут быть спроектированы, запрограммированы, протестированы и затем забыты – не нужно непрерывно менять существующий текст по мере того, как к нему добавляются новые фрагменты.
• Ортогональный подход также способствует многократному использованию компонентов. Если компоненты имеют определенную, четкую сферу ответственности, они могут комбинироваться с новыми компонентами способами, которые не предполагались при их первоначальной реализации. Чем меньше связанность в системах, тем легче их перенастроить и провести их обратное проектирование.
• При комбинировании ортогональных компонентов происходит едва заметное увеличение производительности. Предположим, что один компонент способен осуществлять AJ, а второй – N различных операций. Если эти компоненты ортогональны и комбинируются, то в сумме они способны осуществить М х N различных операций. Но если два компонента не являются ортогональными, то они будут перекрываться и результат их действия будет меньшим по сравнению с ортогональными компонентами. Вы получаете большее количество функциональных возможностей в пересчете на единичное усилие, если комбинируете между собой ортогональные компоненты.
Ортогональный подход приводит к снижению уровня риска, присущего любой разработке.
• Ошибочные фрагменты текста программы изолируются. Если модуль содержит ошибку, то вероятность ее распространения на всю систему уменьшается. Кроме того, ошибочный фрагмент может быть извлечен и заменен новым (исправленным).
• Конечный продукт (система) становится менее хрупким. Проблемы, появляющиеся при внесении небольших изменений и устранении недочетов на определенном участке, не проходят дальше этого участка.
• Ортогональная система способствует повышению качества тестирования, поскольку облегчается проектирование и тестирование отдельных ее компонентов.
• Вы не будете слишком сильно привязаны к определенному субподрядчику, программному продукту или платформе, поскольку интерфейсы между компонентами, производимыми фирмами-субподрядчиками, не будут играть главенствующей роли в проекте.
Рассмотрим некоторые из способов, при помощи которых вы сможете внедрить принцип ортогональности в вашу работу.
Проектные группы
Приходилось ли вам замечать, насколько эффективно работают проектные команды, все члены которых знают, что делать, и полностью отдают себя делу, тогда как в других командах сотрудники постоянно препираются между собой и не собираются ни в чем уступать друг другу?
Зачастую это не что иное, как проблема ортогональности. Если команды организованы с большим числом перекрытий, то сотрудники путают свои должностные обязанности. Для любого изменения необходимо собирать всю команду, поскольку оно, может быть, затронет каждого.
Как разбить команду на группы с четкими обязанностями и минимальным перекрытием? На этот вопрос нет простого ответа. В некоторой степени это зависит от проекта и вашего анализа областей, которые в перспективе могут измениться. Это также зависит от людей, находящихся в вашем распоряжении. Мы предпочитаем отделять инфраструктуру от приложения. Каждому из основных инфраструктурных компонентов (база данных, интерфейс связи, промежуточное программное обеспечение и т. д.) приписывается только ему принадлежащая группа. Подобным образом производится и разделение функциональных возможностей приложения. После этого мы изучаем людей, которые имеются в нашем распоряжении на данный момент (или планируем их появление в будущем), и сообразно этому корректируем состав групп.
Вы можете неформально определить уровень ортогональности структуры проектной команды. Для этого просто посмотрите, скольких людей необходимо привлечь к обсуждению каждого изменения, требуемого со стороны. Чем больше эта цифра, тем ниже уровень ортогональности группы. Отсюда ясно, что ортогональная команда работает более эффективно. (Высказав это, мы тем самым поощряем стремление сотрудников более мелких подразделений постоянно общаться друг с другом.)
Проектирование
Большинство разработчиков знакомо с потребностью в проектировании ортогональных систем, хотя они наверняка используют термины «модульный», "компонентно-ориентированный" и «многоуровневый» для описания конкретного процесса. Системы должны быть скомпонованы из набора взаимодействующих модулей, каждый из который реализует функциональные возможности независимо от других. Иногда эти компоненты объединены в уровни, каждый из которых обеспечивает некий уровень абстракции. Данный многоуровневый подход является мощным методом проектирования ортогональных систем. Поскольку на каждом уровне используются только абстракции, обеспеченные на низших уровнях, можно легко изменить основные реализации, не затрагивая самой программы. Иерархическое представление также уменьшает риск появления неконтролируемых зависимостей между модулями. Иерархическое представление часто показываются с помощью диаграмм, как на рисунке 2.1.
Рис. 2.1. Типичная диаграмма иерархической структуры
Существует простой тест на ортогональность проектирования. Как только вы составили схему компонентов, спросите себя: "Сколько модулей подвергнутся воздействию, если я резко изменю требования по конкретной функции?" В ортогональной системе ответ должен быть «один» [8]. Перемещение кнопки на панели графического интерфейса пользователя не должно требовать внесения изменений в схему базы данных. Добавление контекстно-зависимой справки не должно изменить подсистему выставления счетов.
Рассмотрим сложную систему контроля и управления отопительной установкой. Первоначально требовалось наличие графического интерфейса, но затем требования были изменены, с тем чтобы добавить систему речевого ответа и управления установкой при помощи телефона с тональным набором. В ортогонально спроектированной системе для этого вам пришлось бы изменить только модули, связанные с интерфейсом пользователя, а основная логика управления предприятием остается неизменной. На самом деле, если вы тщательно структурируете систему, то у вас должна быть возможность поддержки обоих интерфейсов при наличии одной и той же программной базы. В разделе "Всего лишь представление" говорится о написании программ, в которых отсутствует связанность, используя парадигму "модель-представление-контроллер" (Model-View-Controller), подходящую в данной ситуации.