Kiến trúc tiến hóa và thiết kế nổi dần: Ngôn ngữ, tính biểu cảm và thiết kế, Phần 2 pot

Cái trang trí truyền thống Liệt kê 1 cho thấy một lớp Logger cùng với hai cái trang trí dành cho nó TimeStampingLogger và UpperLogger, cả hai cái trang trí này được thực hiện bằng ngôn

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

Phần 2

Tiếp tục khám phá 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

có tính biểu cảm hơn như ngôn ngữ Ruby, mà JRuby là một biến thể JVM của

ngôn ngữ đó; hoặc của những ngôn ngữ cũ hơn nhưng đã được tân trang lại

(reimagined) như là ngôn ngữ Clojure, là ngôn ngữ Lisp hiện đại trên JVM (xem mục Tài nguyên) Trong bài viết này tôi tiếp tục phần giải thích mà tôi đã bắt đầu trong Phần 1 — triển khai thực hiện các mẫu truyền thống của Gang of Four từ

cuốn Mẫu thiết kế bằng các ngôn ngữ có tính diễn cảm hơn

Mẫu Decorator

Cuốn Gang of Four định nghĩa mẫu Decorator (cái trang trí) như sau:

Mẫu Decorator gắn thêm các trách nhiệm bổ sung cho đối tượng theo phương thức động Các mẫu Decorators cung cấp một lựa chọn linh hoạt để tạo lớp con nhằm

mở rộng chức năng

Nếu bạn đã từng sử dụng các gói java.io.* thì bạn ý thức được một cách sâu sắc về mẫu Decorator Rõ ràng là các nhà thiết kế các thư viện I/O đã đọc phần Decorator của cuốn Gang of Four và thực sự đã yêu thích nó! Đầu tiên, tôi sẽ cho bạn xem việc thực hiện theo cách truyền thống cho một mẫu Decorator bằng ngôn ngữ Groovy, sau đó làm cho nó trở nên động hơn trong các ví dụ tiếp theo

Cái trang trí truyền thống

Liệt kê 1 cho thấy một lớp Logger cùng với hai cái trang trí dành cho nó (

TimeStampingLogger và UpperLogger), cả hai cái trang trí này được thực hiện bằng ngôn ngữ Groovy:

Liệt kê 1 Lớp Logger và hai cái trang trí

class TimeStampingLogger extends Logger {

private Logger logger

TimeStampingLogger(logger) {

this.logger = logger

}

def log(String message) {

def now = Calendar.instance

logger.log("$now.time: $message")

}

}

class UpperLogger extends Logger {

private Logger logger

Liệt kê 2 Sử dụng các cái trang trí để bọc một trình ghi nhật ký

Tue May 22 07:13:50 EST 2007: GROOVY ROCKS

Cho đến đây, điều khác thường duy nhất về cái trang trí này là việc thực hiện nó bằng Groovy Nhưng tôi có thể thực hiện một cái trang trí mà không cần thêm cấu trúc phụ như trong cách tiếp cận dựa trên lớp

Trang trí tại chỗ

Các mẫu thiết kế truyền thống trong cuốn Gang of Four giả định rằng giải pháp cho mọi bài toán đều yêu cầu xây dựng thêm các lớp Tuy nhiên, các ngôn ngữ hiện đại trên JVM có những phương tiện khác, chẳng hạn như các lớp mở, cho phép bạn mở lại các lớp hiện có và thêm các phương thức mới cho chúng mà không đòi hỏi tạo lớp con Điều này đặc biệt tiện dụng khi bạn cần thay đổi hành

vi của một lớp được sử dụng một phần bởi cơ sở hạ tầng (ví dụ: Các sưu tập API), đòi hỏi một lớp nhất định Bạn có thể sửa đổi một lớp hiện có, chuyển nó như một tham số và tận dụng các API mà không đòi hỏi API cơ sở phải khai báo một lớp trừu tượng hay một giao diện Các lớp mở cũng cho phép bạn thực hiện sửa đổi

“tại chỗ” mà không cần phải tạo lớp con

Tuy nhiên, việc thay đổi định nghĩa cho toàn bộ lớp nghe có vẻ đáng sợ: bạn có thể không muốn thay đổi ở tất cả mọi nơi May mắn thay, cả hai ngôn ngữ Groovy

và Ruby cho phép bạn thêm các phương thức mới vào các cá thể đơn lẻ của lớp

Nói cách khác, bạn có thể thêm một phương thức mới chỉ vào một cá thể của lớp Logger mà không làm ảnh hưởng đến tất cả các cá thể khác của nó Liệt kê 3 cho thấy việc sử dụng lớp ExpandoMetaClass trong Groovy ghi đè lên phương thức log() trên một cá thể đơn lẻ của lớp Logger:

Liệt kê 3 Ghi đè lên phương thức log() của một cá thể của lớp Logger

def logger = new Logger()

logger.metaClass.log = { String m ->

println m.toUpperCase()

}

logger.log "this log message brought to you in upper case"

Một khi bạn hiểu cơ chế hoạt động như thế nào, thì việc đọc mã này trở nên đơn giản hơn nhiều so với việc đọc mã tương ứng khi sử dụng các lớp bổ sung Tất cả các mã trang trí liên quan sẽ xuất hiện ở một nơi thay vì bị phân tán rải rác trong vài tệp tin (vì trong ngôn ngữ Java, mỗi lớp công cộng (public) phải nằm trong một tệp tin riêng của mình)

Khả năng này cũng tồn tại trong Ruby bằng cách sử dụng một tính năng của Ruby

được biết đến như là phương thức đơn độc singleton method (là một cái tên hay gây nhầm lẫn vì chữ (singleton) được sử dụng với quá nhiều nghĩa) hoặc như là lớp riêng (eigenclass) tùy từng chỗ Cùng mã đó được thực hiện trong JRuby có

trong liệt kê 4:

Liệt kê 4 Trang trí tại chỗ bằng cách sử dụng eigenclass của Ruby

class Logger

def log(msg)

puts msg

l.log "this log message brought to you in upper case"

Phiên bản Ruby không sử dụng phương tiện thêm ngoài chẳng hạn như

ExpandoMeta Class Trong Ruby, bạn có thể định nghĩa một phương thức nội tuyến cho một cá thể cụ thể bằng cách đặt tên biến ở phần đầu của khai báo

phương thức Ruby có sự linh hoạt tuyệt vời về cú pháp, áp đặt ít quy tắc hơn về khi nào và ở đâu bạn có thể định nghĩa phương thức

Tính năng này cũng áp dụng được với các lớp Java được xây dựng sẵn Ví dụ: Lớp ArrayList đáng lẽ phải có định nghĩa phương thức first() và last(), nhưng than ôi,

nó đã không được làm như vậy Tuy nhiên, thật dễ dàng để thêm các phương thức

đó trong Groovy, như được thể hiện trong liệt kê 5:

Liệt kê 5 Việc thêm phương thức first() và last () của Groovy cho lớp ArrayList

ArrayList emptyList = new ArrayList()

println emptyList.first

println emptyList.last

Phương tiện ExpandoMetaClass cho phép bạn định nghĩa các thuộc tính mới của lớp (bằng cách sử dụng mẫu đặt tên get/set quen thuộc của Java) Một khi bạn đã định nghĩa các thuộc tính mới cho lớp, thì bạn có thể gọi chúng ra như bạn có thể làm với các thuộc tính bình thường

Và bạn có thể làm tương tự như vậy trong JRuby, như trong liệt kê 6, bằng cách sử dụng các lớp JDK hiện có:

Liệt kê 6 Thêm các phương thức vào lớp ArrayList bằng cách sử dụng Jruby

require 'java'

include_class 'java.util.ArrayList'

class ArrayList

def first

size != 0 ? get(0) : nil

Bạn đừng rơi vào cái bẫy khi nghĩ rằng giải pháp cho mọi vấn đề là cần phải có thêm các lớp Siêu lập trình thường cung cấp các giải pháp “sạch” hơn cho các vấn

đề

Trang trí bằng móc nối lời gọi

Đôi khi bạn cần trang trí phủ lên không chỉ một vài lớp Ví dụ, bạn có thể muốn trang trí tất cả các hoạt động của cơ sở dữ liệu của bạn bằng các kiểm soát giao dịch Việc tạo một cái trang trí đơn giản, truyền thống cho từng trường hợp như vậy là quá cồng kềnh, và nó sẽ thêm rất nhiều cú pháp vào mã của bạn đến nỗi sẽ rất khó để xác định đơn vị công việc mà bạn đang nhắm đến

Ta hãy xem cái trang trí được hiển thị trong liệt kê 7, được thực hiện bằng ngôn ngữ Groovy:

Liệt kê 7 Lớp GenericLowerDecorator trong ngôn ngữ Groovy

class GenericLowerDecorator {

private delegate

GenericLowerDecorator(delegate) {

this.delegate = delegate

}

def invokeMethod(String name, args) {

def newargs = args.collect{ arg ->

if (arg instanceof String) return arg.toLowerCase()

else return arg

}

delegate.invokeMethod(name, newargs)

}

}

Lớp GenericLowerDecorator hoạt động như một cái trang trí phổ quát để buộc tất

cả các tham số dạng chuỗi ký tự thành chữ thường Lớp GenericLowerDecorator

thực hiện việc này bằng cách sử dụng một phương thức móc nối Khi bạn gọi ra

cái trang trí này, bạn bao bọc nó xung quanh bất kỳ cá thể nào Phương thức invokeMethod() đón bắt tất cả các cuộc gọi phương thức đến lớp này, cho phép bạn thực hiện bất cứ hành động gì mà bạn thích Trong trường hợp này, tôi chặn từng cuộc gọi phương thức và duyệt qua tất cả các tham số của phương thức Nếu bất kỳ tham số nào có kiểu chuỗi ký tự, thì tôi sẽ thêm phiên bản chữ thường của

nó vào một danh sách các đối số mới, và để nguyên các đối số khác Tại phần cuối của phương thức móc nối, tôi gọi phương thức ban đầu trên đối tượng đã được

trang trí và sử dụng danh sách mới của tôi Cái trang trí này chuyển tất cả các tham

số chuỗi ký tự thành chữ thường, bất kể phương thức hoặc tham số của chúng Liệt

kê 8 là một ví dụ về việc sử dụng mẫu đó, gói một trong những logger từ Liệt kê 1:

Liệt kê 8 Sử dụng mẫu GenericLowerDecorator trên một Logger

logger = new GenericLowerDecorator(

Tue May 22 07:27:18 EST 2007: important message

Bạn lưu ý rằng dấu ấn thời gian không được đặt ở dạng chữ thường nhưng tham số String thì ở dạng chữ thường Có thể thực hiện điều này trong ngôn ngữ Java,

nhưng rất khó Thực vậy, sử dụng các khía cạnh (aspects) (thông qua AspectJ chẳng hạn), là cách duy nhất để đạt được hiệu ứng này trong ngôn ngữ Java (xem phần Tài nguyên) Để nhận được kiểu trang trí này, bạn phải chuyển sang một ngôn ngữ khác với trình biên dịch riêng của nó và thiết lập việc hậu xử lý

(postprocessing) mã Java của bạn Dù không phải là không thể thực hiện được, nhưng quy trình này sẽ rất rườm rà đến nỗi bạn sẽ không bao giờ muốn bận tâm

Mẫu Adaptor

Cuốn Gang of Four mô tả các mẫu Adaptor như sau:

Mẫu Adaptor chuyển đổi giao diện của một lớp thành một giao diện khác mà các trình khách mong đợi Trình tiếp hợp (adapter) cho phép các lớp làm việc cùng nhau mà nếu không thì không thể được vì các giao diện không tương thích

Nếu bạn đã từng sử dụng bộ xử lý sự kiện trong Swing, thì bạn đã có những kiến thức sâu sắc về mẫu Adaptor Nó được sử dụng để tạo ra các lớp tiếp hợp với các giao diện xử lý sự kiện có chứa nhiều phương thức sao cho bạn không cần phải tạo

ra lớp riêng của mình, thực hiện các giao diện, và bao gồm rất nhiều phương thức rỗng Các lớp tiếp hợp của Swing cho phép bạn tạo lớp con và chỉ cần ghi đè lên các phương thức mà bạn cần để xử lý sự kiện

ngôn ngữ Cách thực hiện đầu tiên sử dụng Groovy; trong liệt kê 9 có ba lớp và một giao diện liên quan đến:

Liệt kê 9 Các chốt gỗ hình vuông và các lỗ tròn

Liệt kê 10 Kiểm thử mẫu adaptor nội tuyến

@Test void pegs_and_holes() {

là tên của thuộc tính (getRadius()) và giá trị là một khối mã thực hiện chức năng tôi cần cho trình tiếp hợp của tôi Toán tử as trong Groovy thực hiện nốt điều kỳ diệu Khi tôi sử dụng toán tử as trên một khối mã, thì Groovy tạo ra một lớp mới, lớp này thực hiện các giao diện RoundThing; các lời gọi phương thức của lớp này thực hiện tìm kiếm trong bảng băm, so khớp tên của phương thức với giá trị của khoá và thi hành khối mã tương ứng Kết quả cuối cùng là một lớp tiếp hợp rất gọn nhẹ thực hiện các chức năng mà giao diện RoundThing yêu cầu

Mặc dù việc thực hiện cuối cùng ở mức lớp cũng giống như cách tiếp cận truyền thống, nhưng mã (một khi bạn đã biết ngôn ngữ Groovy) trở nên dễ đọc và dễ hiểu hơn nhiều Groovy cho phép bạn tạo các lớp bao bọc (wrapper) nhẹ xung quanh các giao diện dành cho chính tình huống này

Mẫu Adaptor trong JRuby

Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn không muốn tạo ra một lớp bổ sung thêm cho trình tiếp hợp của bạn một chút nào? Cả hai ngôn ngữ Groovy và Ruby đều hỗ trợ các lớp

mở, cho phép bạn bổ sung phương thức cần thiết trực tiếp vào lớp đang xét Liệt

kê 11 là triển khai thực hiện chốt vuông và lỗ tròn trong ngôn ngữ Ruby (thông qua JRuby):

Liệt kê 11 Cái tiếp hợp bằng lớp mở trong ngôn ngữ Ruby

class SquarePeg

attr_reader :width

end

Định nghĩa thứ hai của lớp SquarePeg trong Liệt kê 11 không phải là một sai sót:

Cú pháp của lớp mở của Ruby trông giống như một định nghĩa lớp thông thường Khi bạn sử dụng một tên lớp, Ruby sẽ kiểm tra xem nó đã nạp một lớp với chính tên này từ đường dẫn lớp (classpath) chưa, và nếu đã được nạp rồi, thì cá thể thể hiện thứ hai sẽ mở lại lớp Tất nhiên, trong trường hợp này tôi có thể chỉ cần bổ sung phương thức radius() trực tiếp vào lớp, nhưng tôi giả định rằng lớp

SquarePeg ban đầu đã có trước mã này Liệt kê 12 là phép kiểm thử đơn vị cho trình tiếp hợp dùng lớp mở:

Liệt kê 12 Kiểm thử trình tiếp hợp dùng lớp mở

Trong trường hợp này, tôi có thể gọi ra phương thức radius trực tiếp từ lớp

SquarePeg bởi vì nó bây giờ đã có một phương thức radius Việc thêm một

phương thức thông qua một lớp mở hoàn toàn loại bỏ sự cần thiết phải có một lớp tiếp hợp riêng biệt, cho dù viết thủ công hay tạo ra một cách tự động Tuy nhiên,

có một vấn đề tiềm tàng trong mã này: Điều gì sẽ xảy ra nếu lớp SquarePeg đã có phương thức radius mà không có gì để làm với các lỗ tròn? Khi sử dụng các lớp

mở sẽ ghi đè lên lớp ban đầu đó, gây ra hành vi không mong muốn

Đây là nơi mà sức mạnh của một ngôn ngữ có tính biểu cảm thật sự phát huy đầy

đủ hiệu lực Ta hãy xem mã của ngôn ngữ Ruby trong liệt kê 13:

Liệt kê 13 Chuyển giao diện

class SquarePeg

end

end

Mã này hoàn toàn không thể viết được bằng ngôn ngữ Java hay Groovy Bạn lưu ý rằng tôi đã định nghĩa hai phương thức cùng có tên radius Trong Groovy, trình biên dịch sẽ không biên dịch mã này Tuy nhiên, Ruby (và do đó JRuby) là một ngôn ngữ thông dịch, cho phép bạn thi hành mã vào thời điểm thông dịch Khi bạn nghe một số môn đồ của Ruby nói đến các cấu kiện trong Ruby như là “các công dân hạng nhất”, nghĩa là tất cả các bộ phận của ngôn ngữ này có sẵn tại mọi thời điểm Điều kỳ diệu ở đây nằm trong lời gọi phương thức def_interface (giống như

từ khóa) Đây là một phương thức của siêu lập trình được định nghĩa trên lớp Class, được thi hành vào thời điểm thông dịch Mã này cho phép bạn định nghĩa một giao diện cụ thể cho một phương thức, cho phép phương thức đó chỉ tồn tại trong một phạm vi nhất định Phạm vi này được định nghĩa bởi lời gọi phương thức with_interface, như được thể hiện trong liệt kê 14:

Liệt kê 14 Kiểm thử chuyển giao diện

def test_pegs_switching

hole = RoundHole.new( 4.0 )

4.upto(7) do |i|

Liệt kê 15 Điều kỳ diệu của chuyển giao diện

raise "Interface for #{self.inspect} not understood."

end

i_hash = self.class.instance_eval "@ interface [interface]"

i_hash.each do |meth|

class << self; self end.class_eval <<-EOF

def #{meth}(*args, &block)

send(: #{meth}_#{interface} , *args, &block)

Mục đích của bài tập này không nhất thiết phải là đi sâu vào các phù phép siêu lập trình trong Ruby, mà là để chứng tỏ những gì có thể làm được trong các ngôn ngữ

có tính biểu cảm rất cao Các ngôn ngữ thông dịch luôn luôn có một lợi thế hơn các ngôn ngữ biên dịch, vì chúng có thể thi hành mã vào các thời điểm mà các ngôn ngữ biên dịch không thể làm được Thực vậy, Groovy đã đưa vào một cơ chế siêu lập trình thời gian biên dịch được gọi là AST Transformations (Phép chuyển đổi AST), nhờ đó mà bạn có thể viết mã để giao tiếp với trình biên dịch (xem phần Tài nguyên)