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图片提供 - ByteByteGo

大家好，软件设计和系统设计是开发过程中至关重要的方面，它们可以显著影响项目的成功和可维护性。

虽然掌握软件设计需要时间和经验，但开发人员可以快速学习一些关键的最佳实践来提高代码质量。

之前，我已经解释了诸如API Gateway 与负载均衡器的区别、正向代理与反向代理的区别等关键系统设计概念，以及常见的系统设计问题，这些都是为了系统设计面试而准备的，但在本文中，我将讨论最佳实践。

你将学习在编码时可以使用的最佳实践，创建程序和软件时的编程最佳实践，以及在设计软件时可以考虑的更高层次的最佳实践。

顺便说一下，如果你正在准备系统设计面试，并且想要深入了解系统设计，你可以查看一些网站，如ByteByteGo，Design Guru，Exponent，Educative，Codemia.io 和 Udemy，这些网站有很多优秀的系统设计课程。

此外，掌握各种架构模式，如 Peer to Peer 模式和 API Gateway，对于设计能够经受住生产环境考验的系统非常有帮助。在此基础上，这里有一个来自 DesignGuru.io 的微服务架构图：

附：请读到最后。我有一个小礼物给你。

10 系统设计 + 编码 + 编程最佳实践以供学习

在本文中，我们将探索可以在10分钟内掌握的10个重要的软件设计最佳实践。

1. 模块化

模块化是指将复杂系统分解为更小的、可管理的和独立的模块。

当不遵循模块化时，代码会变得复杂，难以维护，并且缺乏适应变化的灵活性。

拥抱模块化可以使得代码更加有组织、可重用和可扩展，从而提高开发和维护的效率。

这里有一些方法可以帮助你在项目中实现模块化

• 将代码划分为小的、独立的模块。
• 每个模块应该有一个明确的职责或功能。
• 促进代码的重用性和可维护性。

示例: 考虑一个银行应用程序。与其有一个处理所有方面的单体代码块（例如，账户管理、交易、身份验证），不如将其拆分成模块化的组件，如AccountManager、TransactionProcessor 和 AuthenticationService。每个模块负责特定的功能，促进代码的组织和重用。

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2. 封装

封装是面向对象编程中的一个基本概念，它将数据（属性）和操作数据的方法捆绑到一个称为类的单一单元中。

关键思想是将对象的内部细节封装或屏蔽起来，使其对外界不可见，从而实现对对象功能的受控访问。

访问对象的内部状态通常受到限制，与对象的交互是通过定义良好的接口来实现的。

封装通过限制直接访问对象的内部状态来促进更安全、更易维护和更易理解的代码库。遵循封装原则可以使得代码更容易管理、更新和调试。

缺乏封装会导致行为不可预测，增加依赖关系，并且随着时间的推移会增加维护和演进软件的难度。

以下是你可以采取的措施来实现更好的封装

• 将模块的内部细节封装起来，只暴露必要的部分。
• 使用访问修饰符来控制可见性（例如，public、private、protected）。
• 减少依赖并隔离更改。

示例

考虑一个 **BankAccount** 类。如果没有封装，所有的属性（例如余额、账号）和方法（例如存款、取款）都可能是公共的，允许外部代码直接操作这些变量。

然而，通过应用封装，这些属性被设为私有，并提供了方法来与它们交互。例如，withdraw 方法会在更新余额之前执行必要的验证。

这种封装确保了BankAccount对象的内部状态受到保护，并且通过受控方法进行交互。

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3. 一致的命名规范

一致的命名约定是一套用于统一和标准化命名变量、函数、类和其他代码实体的指南。

在整个代码库中采用一致的命名约定可以增强代码的可读性、可维护性和开发人员之间的协作。T

这些约定定义了一种表达每个代码实体的目的和角色的通用语言，使开发人员更容易理解和操作代码。

示例:

考虑一个场景，在一个电子商务应用中有一个表示客户的类。通过一致的命名约定，与客户相关的属性和方法可能会遵循这样的模式：customerId、customerName 和 getCustomerDetails()**。

没有一致的命名规范，你可能会遇到诸如 custID、cust_Name 和 fetchDetailsForClient() 这样的命名差异。前者提供了一个清晰、标准化的方法，而后者则可能导致混淆并增加开发者的认知负担。

以下是你可以采取的措施来实现项目中一致的命名：

• 为变量、函数和类采用一致的命名约定。
• 提高代码的可读性，使其他人更容易理解你的代码。
• 遵循你所使用的编程语言或框架中的命名约定。

简而言之，一致的命名约定对于创建 可维护、可读性强和易于协作的代码 至关重要。

通过建立并遵守一套代码实体命名的标准规则，开发团队可以促进对代码库的共同理解，简化协作，并提高整体软件质量。

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4. SOLID 原则

SOLID 是一个首字母缩略词，代表面向对象编程中的一组五个设计原则，旨在创建更易维护、可扩展和灵活的软件。

这些原则是由 Robert C. Martin 在他的经典著作 Clean Code 中提出的，并被认为是构建稳健的面向对象系统的基础。

这里有一些方法可以在你的项目中实现SOLID原则：

• 学习并应用SOLID原则（单一职责、开闭、里氏替换、接口隔离、依赖倒置）。
• 有助于创建更可扩展、更灵活和更易维护的软件。

遵循SOLID原则有助于创建高质量、易于维护和可扩展的软件。

这些原则为设计灵活且模块化的系统提供了指导，这些系统能够随着需求的变化而演变，并且随着时间的推移更容易被理解和扩展。

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5. DRY（不要重复自己）

DRY，即“不要重复自己”，是一种软件开发原则，鼓励消除代码重复。

想法是通过确保某一部分知识（代码、逻辑或功能）只在代码库中的一个地方表达，来促进代码的重用性和可维护性。

DRY 目的是减少冗余，提高一致性，并使代码库更高效。

示例:

想象一下你有一个 web 应用程序，在多个地方需要验证用户信息——在用户注册、登录和更新个人资料时。

如果不遵循DRY原则，你可能会在每个场景中重复类似的验证逻辑。

然而，通过应用DRY原则，你可以创建一个集中化的验证模块或函数，这个模块或函数可以在所有这些上下文中重复使用。

任何对验证规则的更改或更新都可以在一处进行，确保一致性并最小化由于规则不一致而导致错误的可能性。

这里有一些方法可以帮助你在项目中实现DRY：

• 避免代码重复，而是创建可重用的函数或类。
• 减少错误的风险，并使代码更容易维护。

总之，DRY 是一个基本原则，它促进了代码的效率、一致性和可维护性。

通过消除冗余和集中知识，开发人员创建了更易于阅读、更新和扩展的代码，最终导致更健壮和可持续的软件。

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6. 职责分离

职责分离（SoC）是一种软件设计原则，主张将计算机程序划分为独立且互不依赖的各个部分，每个部分负责特定的功能或方面。

目标是隔离不同的职责，确保每个组件专注于单一任务，从而使系统更加模块化、易于维护和理解。

示例:

**考虑一个处理用户认证和从数据库检索数据的 web 应用程序。

没有分离关注点，负责认证的代码和处理数据库查询的代码可能会紧密交织在一起。**

然而，通过应用 SoC（关注点分离），这些关注点被分离到不同的模块中。认证模块处理用户认证逻辑，而数据检索模块管理与数据库的交互。

这种分离使得维护更加容易，因为一个方面的更改不会影响到另一个方面。

这里有一些方法可以帮助你在软件中更好地实现关注点分离：

• 将代码划分为不同的部分，每一部分处理特定的功能。
• 改善代码组织，使其更容易理解和维护。

总之，关注点分离是一个基本原则，有助于提高软件的清晰性、可维护性和可扩展性。

通过将不同的关注点隔离到独立的模块或组件中，开发人员可以创建更容易理解、修改和扩展的系统，从而产生更健壮和灵活的软件架构。

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7. 错误处理

错误处理是软件开发中的一个关键方面，涉及管理和响应程序执行过程中出现的意外情况或错误。

适当的错误处理确保软件应用程序可以优雅地处理异常，为用户提供有意义的反馈，并防止灾难性的失败。

有效的错误处理包括预见潜在问题，识别错误点，并实施策略来管理和从错误中恢复。

示例:

想象一个网页应用，它与数据库交互以获取用户信息。如果没有适当的错误处理，当数据库连接失败或查询出现问题时，应用程序可能会崩溃或向用户显示一个晦涩的错误消息。

然而，通过强大的错误处理机制，应用程序可以捕获这些异常，记录错误详情以供调试，并向用户展示一个友好的消息，表明数据库连接存在问题。

这里有一些方法可以帮助你在应用程序中实现更好的错误处理：

• 实现适当的错误处理机制，优雅地处理意外情况。
• 使用 try-catch 块或类似的构造来处理异常。

总之，错误处理是软件开发中的一个基本方面，它增强了应用程序的健壮性、可用性和安全性。

忽略正确的错误处理会导致较差的用户体验、安全漏洞以及诊断和解决问题的困难。一个稳健的错误处理策略对于创建可靠且用户友好的软件至关重要。

8. 评论和文档

注释和文档是软件开发中的关键元素，它们能够增强代码的理解性、可维护性和协作性。

注释是代码中的注解，提供额外的信息、解释或上下文，而文档则指外部对代码的目的、结构和用法的描述。

两者都有助于为开发人员、维护人员和其他利益相关者创建对软件的全面理解。

示例:

考虑一个涉及复杂逻辑以特定方式对数组进行排序的算法。如果没有注释和文档，其他开发人员可能很难理解代码。

在这种情况下，你可以在代码中使用注释来解释每一步的目的、某些决策背后的理由，或任何潜在的边界情况。

此外，你还可以提供外部文档，概述如何使用排序算法、其时间复杂度以及任何性能考虑因素。

这里有一些方法可以帮助你在项目中实现更好的文档：

• 为代码中复杂的部分添加有意义的注释。
• 编写清晰简洁的代码文档。
• 帮助他人理解你的代码并加速入职流程。

总之，注释和文档在确保代码库的可维护性、可读性和协作性方面起着至关重要的作用。

虽然编写良好的代码至关重要，但通过添加注释和文档，可以为开发人员和利益相关者提供一个更全面和易于访问的资源。

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9. 测试驱动开发（TDD）

测试驱动开发（TDD）是一种软件开发方法，其中在实际代码实现之前先编写测试。

TDD 循环通常包括三个步骤：编写一个失败的测试，编写最少的代码以使测试通过，然后在确保测试仍然通过的情况下重构代码。

TDD 强调通过持续和自动化的软件单元测试来创建可靠、可维护的代码。

示例:

假设你被分配了一个任务，开发一个计算给定数字阶乘的函数。在测试驱动开发（TDD）中，你会从编写一个测试开始，该测试指定了此函数的预期行为。**

初始测试可能会断言5的阶乘等于120。这个测试会失败，因为你还没有实现阶乘函数。

接下来，你需要编写最少的代码以使测试通过。 在这种情况下，你需要实现阶乘函数，以正确计算给定数字的阶乘。

一旦测试通过，你可能会为一些边界情况编写额外的测试，例如0的阶乘或1的阶乘，并重复这个循环。

这里有一些遵循测试驱动开发的方法，可以在你的软件开发中实施：

• 在编写实际代码之前先写测试。
• 确保你的代码符合指定的要求，并且更容易重构。

总之，测试驱动开发是一种促进软件开发严谨性和系统性的方法论。

通过首先编写测试，开发人员为他们的代码创建了一个安全网，从而提高了代码的可靠性、可维护性和对软件正确性的信心。

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10. 性能考虑

在软件设计中，性能考虑至关重要，以确保应用程序高效运行并满足用户期望。

通过在算法选择、数据结构设计和资源管理方面做出明智的选择，开发人员可以创建在苛刻条件下也能表现良好的软件。

优化工作可以带来更快的响应时间，提高可扩展性，并提升整体用户体验。

这里有一些方法可以用来提升软件的性能：

• 设计软件时要注意性能影响。

• 选择合适的数据结构和算法。

• 定期对代码的关键部分进行性能分析和优化。

结论:

这就完了，各位和朋友们。只需10分钟，开发人员就可以熟悉这些基本的软件设计最佳实践。

虽然软件设计是一个广阔且不断发展的领域，采用这些实践将为编写干净、可维护和可扩展的代码打下基础。**

随着开发人员经验的增加，他们可以更深入地探索高级设计概念，但掌握这些基础知识对于构建稳健和高效的软件解决方案至关重要。

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