02 | 架构设计的历史背景

02 | 架构设计的历史背景

如果想要深入理解一个事物的本质，最好的方式就是去追寻这个事物出现的历史背景和推动因素。

软件开发进化的历史

机器语言（1940 年之前）

最早的软件开发使用的是“机器语言”，直接使用二进制码 0 和 1 来表示机器可以识别的指令和数据。

主要问题是三难

太难写、太难读、太难改！

汇编语言（20 世纪 40 年代）

为了解决机器语言编写、阅读、修改复杂的问题，汇编语言应运而生。

汇编语言又叫“符号语言”，用助记符代替机器指令的操作码，用地址符号（Symbol）或标号（Label）代替指令或操作数的地址。

汇编语言虽然解决了机器语言读写复杂的问题，但本质上还是面向机器的，因为写汇编语言需要我们精确了解计算机底层的知识。例如，CPU 指令、寄存器、段地址等底层的细节。这对于程序员来说同样很复杂，因为程序员需要将现实世界中的问题和需求按照机器的逻辑进行翻译。

另外一个复杂的地方

不同 CPU 的汇编指令和结构是不同的。例如，Intel 的 CPU 和 Motorola 的 CPU 指令不同，同样一个程序，为 Intel 的 CPU 写一次，还要为 Motorola 的 CPU 再写一次，而且指令完全不同。

高级语言（20 世纪 50 年代）

为了解决汇编语言的问题，计算机前辈们从 20 世纪 50 年代开始又设计了多个高级语言

最初的高级语言（至今仍在使用）

Fortran：1955 年，名称取自”FORmula TRANslator”，即公式翻译器，由约翰·巴科斯（John Backus）等人发明。LISP：1958 年，名称取自”LISt Processor”，即枚举处理器，由约翰·麦卡锡（John McCarthy）等人发明。Cobol：1959 年，名称取自”Common Business Oriented Language”，即通用商业导向语言，由葛丽丝·霍普（Grace Hopper）发明。

为什么称这些语言为“高级语言”呢？原因在于这些语言让程序员不需要关注机器底层的低级结构和逻辑，而只要关注具体的问题和业务即可。

通过编译程序的处理，高级语言可以被编译为适合不同 CPU 指令的机器语言，因此只需要编写一遍

解放了程序员

第一次软件危机与结构化程序设计（20 世纪 60 年代~20 世纪 70 年代）

随着软件的规模和复杂度的大大增加，20 世纪 60 年代中期开始爆发了第一次软件危机

典型表现有软件质量低下、项目无法如期完成、项目严重超支等

例如，1963 年美国（http://en.wikipedia.org/wiki/Mariner_1）的水手一号火箭发射失败事故，就是因为一行 FORTRAN 代码错误导致的。

最典型的例子： IBM System/360操作系统开发

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布鲁克斯后来基于这个项目经验而总结的《人月神话》一书，成了畅销的软件工程书籍。

为了解决问题，在 1968、1969 年连续召开两次著名的 NATO 会议，会议正式创造了“软件危机”一词，并提出了针对性的解决方法“软件工程”。

结构化程序设计

作为另外一种解决软件危机的方案被提了出来

艾兹赫尔·戴克斯特拉（Edsger Dijkstra）于 1968 年发表了著名的《GOTO 有害论》论文，引起了长达数年的论战，并由此产生了结构化程序设计方法。

同时，第一个结构化的程序语言 Pascal 也在此时诞生，并迅速流行起来。

主要特点是抛弃 goto 语句，采取“自顶向下、逐步细化、模块化”的指导思想。

本质上还是一种面向过程的设计思想

成为了 20 世纪 70 年代软件开发的潮流。

一种编程典范。它采用子程序、代码区块、for循环以及while循环等结构，来取代传统的 goto。希望借此来改善计算机程序的明晰性、品质以及开发时间，并且避免写出面条式代码。

根源在于软件的“逻辑”变得非常复杂

第二次软件危机与面向对象（20 世纪 80 年代）

根本原因还是在于软件生产力远远跟不上硬件和业务的发展。

主要体现在软件的“扩展”变得非常复杂。

结构化程序设计对于业务变化带来的软件扩展却无能为力，在这种背景下，面向对象的思想开始流行起来。

面向对象

早在 1967 年的 Simula 语言中就开始提出来了，但第二次软件危机促进了面向对象的发展。

真正开始流行是在 20 世纪 80 年代，主要得益于 C++ 的功劳，后来的 Java、C# 把面向对象推向了新的高峰。到现在为止，面向对象已经成为了主流的开发思想。

软件架构的历史背景

早在 20 世纪 60 年代，戴克斯特拉这位上古大神就已经涉及软件架构这个概念了

但软件架构真正流行却是从 20 世纪 90 年代开始的，由于在 Rational 和 Microsoft 内部的相关活动，软件架构的概念开始越来越流行了。

卡内基·梅隆大学的玛丽·肖（Mary Shaw）和戴维·加兰（David Garlan）对软件架构做了很多研究，他们在 1994 年的一篇文章《软件架构介绍》（An Introduction to Software Architecture）中写到：

简单翻译一下：随着软件系统规模的增加，计算相关的算法和数据结构不再构成主要的设计问题；当系统由许多部分组成时，整个系统的组织，也就是所说的“软件架构”，导致了一系列新的设计问题。

只有规模较大的软件系统才会面临软件架构相关的问题，例如：

系统规模庞大，内部耦合严重，开发效率低；系统耦合严重，牵一发动全身，后续修改和扩展困难；系统逻辑复杂，容易出问题，出问题后很难排查和修复。

历史必然性

20 世纪 60 年代第一次软件危机引出了“结构化编程”，创造了“模块”概念；

20 世纪 80 年代第二次软件危机引出了“面向对象编程”，创造了“对象”概念；

到了 20 世纪 90 年代“软件架构”开始流行，创造了“组件”概念。

“模块”“对象”“组件”本质上都是对达到一定规模的软件进行拆分，差别只是在于随着软件的复杂度不断增加，拆分的粒度越来越粗，拆分的层次越来越高。