模式的模式：从设计模式到元模式

原创 Phodal phodal

最近的一两个月里，我一直在研究各类的模式：设计模式、架构模式、容器模式，以及其它一些特定领域的模式（如并行计算模式）等等。

经历了一番买书、读论文、读代码，我发现了以前对于模式的理解不够深刻。也因此呢，这篇文章就是用来记录一些缺乏的东西，诸如于模式语言、模式的模式等。

PS：为了方便阅读，本文的书名使用都是简写模式，全称在最后的相关资料中。

模式重谈

为了避免出现类似于 Datum 是最好的语言这一类的问题，在那之前，我得先阐述一下对于模式的看法：

模式是对于惯用方式的总结，不限于编程，有相当多的人习惯了使用各种设计模式，但是他并不知道这是何种模式。它是一个概念字表，用于快速沟通。
模式是解决方案，满足锤子定律，只有遇到特定的问题时，你才会需要它。
模式是适用于特定场景的，大部分的模式对于当前所处的系统是无用的，往往只有少数的模式是适合的。
模式是知识体系的展现，掌握模式的多少，更多的说明见多识广，并不一定代表真实的代码水平和能力。
模式需要刻意练习，学习模式是一个漫长的过程，所以总会遇到理解解决、使用错误的情况，不要担心。
模式种类繁多，计算机行业普遍认同的是：模式的起源是亚历山大的《建筑的永恒之道》。在更早的时间里，也还有对应的总结，但是这里是最体系化的技巧。

除了设计模式之外，我们所处的行业还有大量的其它模式：

容器设计模式。应对于云原生应用下一系列复杂的分式场景，Google 的工程师发表了相关的论文对此进行总结，常见的有 Sidecar、Adapter、Ambassador 等。
架构模式。架构模式是在给定上下文中解决软件架构中常见问题的通用，可重用的解决方案。除此，一些常见的架构风格，如微服务、事件驱动架构等，从大类上来说也被归纳到架构模式中。
……

所以，你会发现这些模式只是人们对于惯用法的总结。

寻找模式

回过头来看，当我们会发现进入一个新的领域，进行相关领域的架构设计之时，我们会不断搜寻各类的资料，而后再去贴合到设计中去。实际上呢，我们是在寻找该领域的模式，有了这些模式，便可以照猫画虎的设计一个系统，而不会出现太大的问题。

运气好的情况下，我们甚至于能比在这个领域的大多数人做得更好 —— 因为我们所掌握的是解决这一类问题的模式。

这时，我们已经有一个很有优势性的套路，以帮助我们更好地进入新的领域。但是呢，作为一个新的领域的初来者，往往不知道到底应该采用哪一种模式，也不确定模式之间存在何种关系。

模式归类：目录、集合、仓库

在一个软件系统中，模式很少独立存在，往往是多个模式相互组合，用于解决特定的问题。而其中的一种组织方式的模式就是模式集合。随后，根据不同的需求，再对进行分门别类。如《POSA 5》所介绍的几种方式：

即时（ad hoc）组织。
根据层次划分：根据抽象、粒度和规模的层次划分。
根据领域组织：电信、金融、电子商务等。
根据分区组织：归属于架构的哪一部分。如层、阶层（tier）、组件和包都是分区的例子
根据意图组织：如 POSA、GoF 的 23 种设计模式、DDD
……

接着，让我们来看几个分类示例。

设计模式的组织

在《设计模式》一书中，引入的概念是『设计模式空间』，在这里它们被分为了三大类：

创建型模式：单例模式、抽象工厂模式、建造者模式、工厂模式、原型模式。
结构型模式：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。
行为型模式：模版方法模式、命令模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式、状态模式、策略模式、职责链模式、访问者模式

其划分的两条准分别是：目的准则，用来完成什么工作；范围准则，指定的模式是用于类还是用于对象。

DDD 的组织

《领域驱动设计》一书其中也是一本模式合集，这就是为什么这本书不易于读懂的原因之一。另外一个原因则是，翻译这本书的人没有理解好什么是统一语言。

在《领域驱动设计》一书以多种形式组织了模式，依次的四个部分是（PS：个人临时总结）：

运用领域模型 —— 『模型知识提取的模式』
模型驱动设计的构造块 —— 『模型设计的模式』
通过重构来加深理解 —— 『模型优化的模式』
战略设计 —— 『模型边界划分的模式』

而这个顺序其实也是我们在实施 DDD 过程中的设计过程，而后再进行层次化的组织，如『战略设计』部分根据不同的意图，又分为不同的合集：

保持模型的完整性，如限界上下文、上下文地图等
精炼：核心域、通用域等
大型结构：演化秩序（Evolving Order）、系统隐喻等

所以从结构上来看，《领域驱动设计》是一本由小而大的书，阅读难度略大，需要一定的经验。

模式分类的意图

我们把『如何应用设计模式看作是一个问题域』，那么模式分类就是在这个问题域里的一种解决方案。

在计算机的不同的复杂领域里，如并行编程、架构设计等等，它们本身是包含了大量的模式。而有了对于这些模式的进一步分类，对于我们应用模式会有更大的帮助 —— 至少在应对同一个次级问题时，我们可以寻找可能的替代模式。

不过呢，多数时候，我们往往不知道的是：我们遇到的问题是什么？

角落里的模式语言

如《POSA 5》所定义的一样：模式语言与具体领域高度相关，并且能对这一类系统提供具体而周全的引导，具体包括以下几项：

要解决的主要问题有哪些？
这些问题应该以什么样的先后次序解决？
解决一个给定问题，有什么可用的替代解决方案？
怎样处理问题之间的依赖性？
在有“周边” 问题存在的情况下，怎样最有效地解决单个问题？

简单来说，模式语言针对于某个特定的问题（如并行编程）所抽象的模式，并包含了他们之间的关系等，能用于系统性地解决这一类问题。

书中还提到了 Gerard Meszaros 的观点“模式语言可以用来指导生手创建系统”。Aha，这不就是我们想要的东西吗？作为一个进入新领域的新人，我们需要这么一个模式语言。尽管模式语言可以帮助我们解决这一类的问题，但是它也意味着它自身需要：充分覆盖、进展可持续、紧密集成。依照这一系列的前提，它意味着设计这个模式语言的人应该是业内专家，并且模式本身应该是不断演进的。

因此，当我们把如何实施和使用模式看作是我们的问题时，那么模式语言解决这一类问题的模式。

分布式计算的模式语言

《POSA》系列大概是在中文世界里，我们所能找到的最好的资料。因此，这里再次以《POSA 4》作为例子，《POSA 4》全称是《面向模式的软件架构：分布式计算的模式语言》。

先来看图（图中的圈内表示的是问题域，连续表示的是他们的关系，每个问题域下包含了相关的模式）：

POSA Pattern Language

举例来说开头的『From Mud to Structure』（从混沌到结构）就是一个大的问题域，对应于这个问题域则包含了一系列的模式，如：MVC、分层、PAC、微内核等。同时，针对于这个问题题来说，如果我们还要数据库访问，那么我们从数据库访问中获得对应的模式，以此来完善我们的设计。

然后，在我们进入了具体的模式/问题域之后，它还详细介绍了如何实现对应的模式。如分层：

POSA Layer

有了这系列的配合，我们便可以完善整个系统的设计。

微服务的模式语言

接着，让我们来看看《微服务架构设计模式》中关于微服务的架构模式概述：

微服务模式语言

从上图中，我们可以看到由 Chris Richardson 整理的这个微服务模式语言，对语言进行了多层的分类，并指明了它们之间的关系。颇为遗憾的是这个模式语言只包含了关系，缺少了一些相关关系的描述。

虽然如此，但是从总体上来说，它还是能在一定程度上帮助我们设计微服务。

相关书籍：《POSA 4》、《POSA 5》、《微服务架构设计模式》

模式的模式

从模式再模式归类，再到模式语言，我们已经有了整套的方案。最后，我们就剩下一些有意思的问题，诸如于如何发现新的模式？如何对现有的模式进行一些抽象。

对于『模式的模式』的理解，有助于我们更好地理解好设计模式。对于设计模式的理解之后，只需要理解其背后的模式，就不需要再去熟记每个设计模式。

所以，我们就来到了元素模式，依据的它也是来自于一本书《元素模式》。

元素模式：设计模式的模式

模式是来源于对惯用法的总结，而诸如于元素模式则是对于设计模式的提取，即模式中的模式。元素模式（Elemental Design Patterns）的核心要义是一组面向对象的基本概念。

对 OO 中的设计模式进行更细致的拆分，我们就能得到位于其背后的模式。作为其中的核心元素模式便是：创建对象、检索、继承和抽象接口。于是，如书上所说，结合这四个 EDP，我们可以创建对，并实施特定的保证，在运行时建立自此的关联，并从一种类型出发建立其他类型，以及创建出声明，并带有关于未来的、未定的类型的保证。

而我们在实施方法调用时，也被抽象了四个 EDP：递归、委托、重定向和集聚，以此构成了设计的砌块。

架构模式的模式

最后就回到了我想抽象的问题，那么架构模式其背后的模式又有什么呢？我试着进行了简单的拆解：

契约。输入与输出、API 等。
分割。隔离变化、明确职责等。
约束。功能需求和非功能需求、性能等。
封装。接口封装。
协作。协作风格等
……

当然了，我还需要他们进行重新命名，以构建在架构模式领域的统一语言。

其它

尽管，它有些复杂，但是依旧很有意思。