Законы, теории, принципы и модели, которые полезно знать разработчику.
- 🇺🇸 English Version / Версия на Английском - оригинальная версия о Dave Kerr.
- 🇨🇳 中文 / Версия на Китайском - спасибо Steve Xu!
- 🇰🇷 한국어 / Версия на Корейском - спасибо Doughnut!
- Вступление
- Законы
- Закон Амдала
- Закон Брукса
- Закон Конвея
- Число Данбара
- Бритва Хэнлона
- Закон Хофштадтера
- Цикл хайпа и закон Амара
- Закон Хайрама (Закон неявных интерфейсов)
- Закон Мура
- Закон Паркинсона
- Закон Путта
- Закон сохранения сложности (закон Теслера)
- Закон негерметичных абстракций
- Закон тривиальности
- Философия Unix
- Модель Спотифай
- Закон Вадлера
- Принципы
- Список литературы
- TODO
Существует много законов, которые люди обсуждают, говоря о разработке. Этот репозиторий собрал в себе ссылки и обзоры наиболее распространённых. Пожалуйста, делитесь им и присылайте PR'ы!
❗: Этот репозиторий содержит объяснения некоторых законов, принципов и паттернов, но не агитирует ни за один из них. Вопрос о том, стоит ли их применять, всегда будет предметом споров, и ответ на него в значительной степени зависит от того, над чем вы работаете.
Ну, поехали!
Закон Амдала - это формула, которая показывает потенциал увеличения скорости вычислительных задач, которого можно достичь путём увеличения ресурсов системы. Обычно используется в параллельных вычислениях. Он может предсказать реальную выгоду от увеличения числа процессоров, учитывая ограничения распараллеливания программы.
Лучше всего привести пример. Если программа состоит из двух частей: части А, которая должна выполняться одним процессором, и части Б, которая может выполняться параллельно, тогда мы увидим, что добавление нескольких процессоров в систему может иметь ограниченное преимущество. Это потенциально может ускорить выполнение части Б, но скорость выполнения части А останется неизменной.
Диаграмма ниже показывает несколько примеров потенциального увеличения скорости:
(Источник изображения: авторство Daniels220, взято из Английской Википедии, Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported, https://en.wikipedia.org/wiki/File:AmdahlsLaw.svg)
Как можно видеть, программа с возможностью распараллеливания на 50% принесет очень мало пользы, всего 10 процессорных единиц, тогда как программа с возможностью распараллеливания на 95% может привести к значительному улучшению скорости на более чем тысячу процессорных единиц.
В то время как Закон Мура замедляется, а скорость отдельных процессоров уменьшается, распараллеливание является ключом к повышению производительности. Графическое программирование является отличным примером — с современными вычислениями на основе шейдеров отдельные пиксели или фрагменты могут отображаться параллельно — вот почему современные графические карты часто имеют много тысяч процессорных ядер (графических процессоров или шейдерных блоков).
Читайте также:
Если проект не укладывается в сроки, то добавление рабочей силы задержит его ещё больше
Этот закон предполагает, что часто попытка ускорить сдачу проекта, неукладывающегося в сроки, за счёт добавления людей в команду, приведёт к ещё более позднему сроку сдачи. Брукс поясняет, что это излишнее упрощение. Тем не менее, основная мысль заключается в том, что, с учетом роста рабочего времени программистов и издержек коммуникации, в краткосрочной перспективе скорость значительно снижается.
Распространённое выражение «Девять женщин не могут выносить ребёнка за один месяц» отсылает нас как раз к закону Брука. В частности, к тому факту, что некоторые виды работ нельзя поделить на части и запараллелить.
Эта мысль является центральной темой книги «The Mythical Man Month».
Читайте также:
Этот закон предполагает, что технические рамки системы будут отражать структуру организации. Этот закон обычно упоминают в контексте улучшения организации. Закон Конвея предполагает, что, если органиазция разделена на небольшие отдельные команды, то и программное обеспечение будет разделено подобным образом. Если организация выстроенна вокруг «вертикалей», которые ориентированы на улучшение и сервис, то система программного обеспечения будет отражать это.
Читайте также:
Число Данбара — ограничение на количество постоянных социальных связей, которые человек может поддерживать. О каждом человеке, включёном в это число связей, вы точно можете сказать, кто это и как он связан с другими людьми. Есть разногласия с точным числом.
Данбар предполагал, что человек может комфортно поддерживать только 150 стабильных связей. Он описал жизненную ситуацию, которая поможет определить число таких связей в вашей жизни: количество людей, которые не смутят вас своим появлением и кому вы будете рады в качестве собутыльника, если случайно столкнётесь в баре. Это число будет лежать где-то между 100 и 250.
Подобно отношениям между людьми, отношения разработчика с кодовой базой требуют усилий для поддержания. Когда мы сталкиваемся с большим проектом или занимаемся ведением нескольких проектов, мы опираемся на соглашения, политику и смоделированную процедуру масштабирования. Число Данбара важно принимать во внимание не только в вопросах роста офиса, но и при определении размера команды или для принятия решения о том, в какой момент структура должна инвестировать в инструментарий для поддержки и автоматизации логистических издержек. В контексте работы инженера число указывает на количество проектов (или на усреднённую сложность одного проекта), которые вы можете уверенно поддерживать единовременно.
Читайте также:
Никогда не приписывайте злому умыслу то, что адекватно объясняется глупостью.
Роберт Джей Хэнлон
Этот принцип предполагает, что действие, приведшее к негативному результату, не является результатом злого умысла. Скорее, негативный результат связан с тем, что это действие и/или его последствия были не до конца ясны.
Любое дело всегда длится дольше, чем ожидается, даже если учесть закон Хофштадтера.
Дуглас Хофштадтер
Кто-нибудь мог ссылаться на этот закон, глядя на оценку сроков выполнения чего-либо. Кажется трюизмом, что мы не очень хороши в оценке сроков разработки.
Из книги «Gödel, Escher, Bach: An Eternal Golden Braid».
Читайте также:
Мы склонны переоценивать эффект от технологии в краткосрочной перспективе и недооценивать эффект в долгосрочной перспективе.
Рой Амара
Цикл хайпа является визуализацией кривых волнения и развития технологии во времени. Впервые был представлен команией Gartner. Лучше показать на примере:
(Источник изображения: авторство Jeremykemp, взято из Английской Википедии, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10547051)
Если коротко, этот цикл предполагает, что вкруг новой технологии обычно наблюдается взрыв ажиотажа относительно её потенциального воздействия. Команды часто поспешно прыгают с головой в эту новую технологию, но в итоге разочаровываются результатом. Это может быть связанно с тем, что технология ещё недостаточно развита, или приложения в реальном мире ещё не до конца реализованы. По прошествии времени возможности технологии возрастают, и практическая польза от неё увеличивается. Что позволяет командам продуктивно использовать эту технологию. Рой Амара сформулировал это наиболее ёмко: «Мы склонны переоценивать эффект от технологии в краткосрочной перспективе и недооценивать эффект в долгосрочной перспективе».
При достаточном количестве пользователей API не имеет особого значения, что вы пишите в документации: любые наблюдаемые варианты поведения вашей системы будут на кого-то влиять.
Хайрам Райт
Закон Хайрама гласит, что, когда у вас есть достаточно большое количество пользователей API, любое действия этого API (даже неопределеные в рамках публичной документации) в конечном итоге повлияют на кого-то. Тривиальный пример: нефункциональный элемент, такой, как время ответа API. Менее значительный пример: пользователи, которые опираются на использование регулярных выражений при определении типа ошибки API. Даже если публичная документация API не говорит ничего о тексте сообщения ошибки, явно указывая, что нужно смотреть на код ошибки, некоторые пользователи могут использовать текст сообщения, и изменение этого текста приводит к поломке API у таких юзеров.
Читайте также:
Количество транзисторов в интегральной схеме удваивается примерно каждые два года
Часто используемый для иллюстрации скорости, с которой улучшаются технологии производства полупроводников и чипов, прогноз Мура был очень точным с 1970-х и до 2000-х годов. В последние годы эта тенденция немного изменилась, в частности из-за физических ограничений на степень миниатюризации компонентов. И тем не менее, достижения в области распараллеливания и потенциальные революционные изменения в технологии полупроводников, а также квантовые компьютеры могут означать, что закон Мура останется актуальным на протяжении следующих десятелетий.
Работа заполняет всё время, отпущенное на неё
В оригинальном контексте этот закон был сформулирован в ходе изучения бюрократии. Это может иметь пессимистичный подтекст в случае применения к области разработки программного обеспечения. Теория заключается в том, что команда будет неэффективна вплоть до близкого дедлайна. Затем будет стремиться закончить работу к крайнему сроку.
Если этот закон совместить с законом Хофштадтера, то картина окажется ещё более пессимистичной — работа заполнит всё отведённое на неё время и всё равно займёт больше времени, чем ожидалось.
Читайте также:
В технологиях доминируют два типа людей: те, кто понимает, что им не удается, и те, кто управляет тем, что они не понимают.
Закон Путта часто сопровождается следствием Путта:
Каждая техническая иерархия со временем развивает инверсию компетенций.
Из этого закона следует, что из-за разницы в критериях отбора и тенденциях в процессах организации групп, на разных рабочих уровнях технических организаций будет некоторое число высококвалифицированных людей и людей, занимающих руководящие позиции, которые не будут понимать сложности и проблемы той работы, которой занимаются. Это можно связать с Принципом Парето и Законом Дилберта.
Впрочем, стоит подчеркнуть, что подобные законы являются обобщениями и могут применяться лишь к организациям некоторых типов и не применяться к другим.
Читайте также:
Закон сохранения сложности в Википедии
Закон гласит, что в системе существует определённый уровень сложности, который невозможно уменьшить.
В системе изначально существует «непреднамеренная» сложность. Это следствие плохой структуры, ошибок или плохого моделирования решения проблемы. Непреднамеренная сложность может быть уменьшена (или полностью устранена). Однако определённая сложность является «естественной» и связана со сложностью решаемой проблемы. Этот вид сложности может перемещаться, но её нельзя устранить полностью.
Одна интересная особенность этого закона: предполагается, что даже при упрощении всей системы целиком, естественная сложность не уменьшается, а перекладывается на плечи пользователя. Из-за этого усложнается поведение, ожидаемое от пользователя.
Закон негерметичных абстракций в Википедии
Все нетривиальные абстракции, в какой-то степени, негерметичны.
Джоэл Спольски
Этот закон гласит, что абстракции, используемые в некоторых случаях для упрощения сложных систем, могут «вытекать» из элементов базовой системы. Это заставляет абстракцию вести себя неожиданным образом.
Примером может служить процесс загрузки файла и чтение его содержимого. API файловой системы является абстракцией низкоуровневых систем ядра, которые, в свою очередь, являются абстракциями над физическими процессами изменения данных на диске (или флеш-памяти SSD). В большинстве случаев абстракция обработки файла в виде потока двоичных данных будет работать. Однако для магнитного накопителя последовательное чтение данных будет значительно быстрее чем рандомный доступ (из-за увеличения количества служебных ошибок). Но в случае с SSD-диском такие издержки отсутствуют. Для понимания этого примера потребуется разобраться с основами. Например, каталоги файлов в базе данных структурированы таким образом, чтобы снизить издержки при рандомном доступе. «Утечки» абстракций должны быть предусмотренным разработчиком при реализации.
Пример выше становится тем сложнее, чем больше абстракций вводится. Операционная система Linux позволяет получать доступ к файлам по сети, но локально представлена в виде «нормальных» файлов. Эта абстракция «протечёт», если в сети произойдёт сбой. Если разработчик будет рассматривать файлы как «нормальные» при работе через сеть, не предусмотрев возможность сбоев и задержек, его решения будут в корне неверны.
В статье, описывающей данный закон, говорится, что исходная проблема потенциально усложняется в случаях черезмерной зависимости от абстракций и плохого понимания основных процессов.
Читайте также:
Реальный пример:
- Медленный запуск Photoshop - проблема, с которой я столкнулся. Photoshop медленно запускался, иногда это занимало несколько минут. Похоже, проблема была в том, что программа при запуске считывала информацию о дефолтном принтере. Если принтер был сетевым, то этот процесс мог занимать неприлично много времени. Абстракция работы с сетевым принтером была той же, что для работы с локальным принтером. Не был предусмотрен сценарий ситуации с плохим качеством подключения у клиента.
Закон тривиальности в Википедии
Этот закон предполагает, что группы будут тратить больше времени на тривиальные или косметические задачи, нежели на серьёзные и существенные.
В качестве примера приводится вымышленный комитет, работа которого заключалась в согласовании проекта атомной электростанции. Члены комитета проводят большую часть своего времени за обсуждением структуры велосипедного навеса, а не гораздо более важного проекта самой электростанции. Бывает трудно внести ценный вклад в дискуссию на очень большие и сложные темы без высокой степени предметной экспертизы или подготовки. Тем не менее, люди хотят вносить ценный вклад. Отсюда возникает тенденция уделять слишком много времени мелким деталям, которые легко обосновываются, но не обязательно имеют особое значение.
Вымышленный пример, рассмотренный выше, привел к использованию термина «Bike Shedding» (если переводить дословно, то получится что-то вроде «сарая для велосипедов») в качестве выражения для траты времени на тривиальные детали.
Философия Unix заключается в том, что компонент программного обеспечения должен быть небольшого размера и сфокусирован на идеальном исполнении одной специфичной задачи. Это может упростить создание систем путем компоновки небольших, простых, четко определенных модулей, а не путём использования больших, сложных, многоцелевых программ.
Современные практики, такие как «Архитектура Микросервисов», могут рассматриваться как применение этого закона. Сервисы небольшие, сфокусированы на одной специфичной задаче, что позволяет создать сложное поведение путём составления простых строительных блоков.
Модель Спотифай - это подход к организации команды и структуре компании, которая была популяризирована компанией-разработчиком Spotify. В этой модели команды организованы вокруг функций, а не технологий.
Модель Спотифай также популяризирует концепты Племён, Гильдий и Отделов, которые являются компонентами их организационной структуры.
Читайте также:
Закон Вадлера на wiki.haskell.org
В любой конструкции языка время, затрачиваемое на обсуждение функции из этого списка, пропорционально двойке, возведённой в степень позиции в списке.
- Семантика
- Синтаксис
- Лексический синтаксис
- Лексический синтаксис комментариев
(Короче говоря, на каждый час, потраченный на семантику, придётся 8 часов обсуждения синтаксиса комментариев).
Аналогично Закону тривиальности закон Вадлера гласит, что при проектировании языка время, потраченное на структурные особенности, непропорционально велико в сравнении с важностью этих функций.
Читайте также:
Принципы больше похожи на гайдлайны для дизайна системы.
Большинство вещей в жизни распределяются неравномерно.
Принцип Парето предполагает, что в некоторых случаях основной результат достигается небольшими ресурсами:
- 80% от общего объёма кода при разработке программного обеспечения пишется за 20% от выделяемого времени (и напротив, самые сложные 20% кода отнимают 80% времени)
- 20% усилий дают 80% результата
- 20% работы обеспечивают 80% дохода
- 20% багов приводят к 80% поломок
В 1940-х американо-румынский инженер доктор Джозеф Юран, которому приписывают создание контроля качества, начал применять принцип Парето в вопросах качества.
Этот принцип также известен как правило 80/20.
Примеры из реальной жизни:
- В 2002 г. Майкрософт сообщила, что после исправления 20% багов, о которых сообщалось чаще всего, 80% связанных ошибок и поломок в Windows и MS Office просто пропадёт (Источник).
Принцип устойчивости в Википедии
Будьте консервативны в том, что вы делаете и либеральны в том, что принимаете от других.
Этот принцип часто применяется при разработке серверных приложений. То, что вы посылаете другим, должно быть минималистичным и совместимым насколько это возможно. Но вы должны предусмотреть обработку несовместимого ввода.
Целью этого принципа является построение прочных систем, которые могут обработать плохо форматированный ввод, если смысл этого ввода понятен. Впрочем, приём неправильного ввода имеет потенциальные последствия для безопасности. Особенно если процесс обработки такого ввода плохо протестирован.
Это акроним, который расшифровывается следующим образом:
- S: Принцип единственной ответственности
- O: Принцип открытости/закрытости
- L: Принцип подстановки Барбары Лисков
- I: Принцип разделения интерфейса
- D: Принцип инверсии зависимостей
Это ключевые принципы Объектно-ориентированного программирования. Такие принципы проектирования должны помочь разработчикам создавать более простые в поддержке и обслуживании системы.
Принцип единственной ответственности в Википедии
Каждый модуль или класс должен иметь одну единственную ответственность.
Первый из пяти принципов SOLID. Этот принцип гласит, что модуль или класс должен делать всего одну вещь. В практическом смысле это означает, что одно маленькое изменение при доработке программы должно требовать изменения только в одном компоненте. Например, изменение в механизме проверки сложности пароля должно потребовать изменения только в одной части программы.
Теоретически это должно делать код более надёжным и простым для изменений. Знание, что изменённый компонент несёт на себе единственную ответственность, означает, что тестирование этого изменения будет простым. Возвращаясь к предыдущему примеру, изменения в компоненте проверки сложности пароля должны повлиять только на часть программы, отвечающую за проверку пароля. Гораздо сложнее рассуждать о влиянии изменения в компоненте, у которого сразу несколько функций.
Читайте также:
Принцип открытости/закрытости в Википедии
Сущности должны быть открыты для расширения, но закрыты для изменения.
Второй из пяти принципов SOLID. Этот принцип говорит, что сущности (классы, модули, функции и прочее) должны иметь возможность расширять своё поведение, но их существующее поведение не должно изменяться.
В качестве гипотетического примера представьте модуль, который превращает разметку Markdown в HTML-документ. Если можно добавить в модуль обработку новых возможностей Markdown без изменения основного поведения модуля, то он будет считаться открытым для расширения. Если пользователь не может изменить в модуле стандартную обработку синтаксиса Markdown, то такой модуль будет считаться закрытым для изменений.
Этот принцип имеет особое значение для объектно-ориентированного программирования, в рамках которого мы можем создавать модули, простые в расширении, но должны избегать создания объектов, поведение которых меняется неожиданным образом.
Читайте также:
Принцип подстановки Барбары Лисков в Википедии
Должна быть возможность заменить тип на подтип без поломки системы.
(от редактора)
Наследующий класс должен дополнять, а не замещать поведение базового класса.
Третий из пяти принципов SOLID. Этот принцип указывает, что, если компонент зависит от определённого типа, то должна быть возможность использовать продтип этого типа (производную от типа) без поломки всей системы или необходимости знать детали того, что это за подтип.
В качестве примера представьте, что у нас есть метод, который читает XML-документ из файла. Если метод ипользует в качестве основы тип 'file', то мы должны иметь возможность использовать в функции и любое производное от 'file'. Если 'file' поддерживает поиск в обратном порядке, а парсер XML использует эту возможность, и при этом подтип 'network file' выдаёт ошибку при попытке поиска в обратном порядке, тогда подтип 'network file' нарушает описываемый принцип.
Этот принцип имеет особое значение для объектно-ориентированного программирования, где иерархия типов должна проектироваться аккуратно, чтобы не запутать пользователей системы.
Читайте также:
Принцип разделения интерфейса в Википедии
Программные сущности не должны зависеть от методов, которые они не используют.
Четвёртый из пяти принципов SOLID. Этот принцип говорит, что клиенты компонента не должны зависеть от функций этого компонента, если они не используют их непосредственно.
Представьте, например, что у нас есть компонент, читающий XML из файла. Он должен только читать байты, двигаясь вперёд или назад по файлу. Если этот метод потребуется изменить потому, что в файловую структуру внесены несвязанные с ним изменения (например, обновление системы безопасности для доступа к файлу), тогда принцип будет нарушен.
Этот принцип особо актуален для объектно-ориентированного программирования, где интерфейсы, иерархии и абстрактные типы должны стремиться к минимизации зацепления между разными компонентами. Утиная типизация — методология, которая обеспечивает соблюдение этого принципа при помощи исключения явных интерфейсов.
Читайте также:
Принцип инверсии зависимостей в Википедии
Высокоуровневые модули не должны зависеть от низкоуровневой реализации.
Пятый из принципов SOLID. Из этого принципа следует, что высший уровень управляющих компонентов не должен знать о деталях реализации зависимостей.
В качестве примера представьте, что у нас есть программа, которая считывает мета-данные с сайта. Мы предполагаем, что главный компонент должен знать о компоненте, занимающимся скачиванием контента с сайта, а затем и о компоненте, считывающем мета-данные. Если мы примем во внимание инверсию зависимостей, то основной компонент будет зависеть только от абстрактного компонента, который может извлекать байтовые данные, а затем от абстрактного компонента, который мог бы считывать метаданные из байтового потока. Основной компонент не будет знать о TCP/IP, HTTP, HTML и прочем.
Этот принцип сложный. Может показаться, что он «инвертирует» вероятные зависимости системы (отсюда и название). На практике это также означает, что отдельный управляющий компонент должен гарантировать, что используются правильные реализации абстрактных типов (например, в предыдущем примере нечто должно по-прежнему предоставлять компоненту чтения метаданных загрузчик файлов HTTP и средство чтения метатегов HTML). Это также касается таких шаблонов, как Инверсия управления и Внедрение зависимости.
Читайте также:
Каждая часть знания должна иметь единственное, непротиворечивое и авторитетное представление в рамках системы
DRY это акроним от фразы Don't Repeat Yourself («Не повторяй себя»). Этот принцип призван помочь разработчикам избежать повторений в коде и хранить информацию в одном месте. Был впервые описан в 1999 году в книге The Pragmatic Developer Эндрю Ханта и Дейва Томаса.
Принципу DRY полностью противоположен принцип WET — Write Everything Twice или We Enjoy Typing (Пиши всё дважды или Мы любим печатать).
На практике, если у вас есть два одинаковых куска кода в двух или более местах, то вы можете воспользоваться принципом DRY и объединить их в один, переиспользуя там, где он необходим.
Читайте также:
Если вас заинтересовали перечисленные концепции, то вам могут понравиться следующие материалы:
- Закон Амдала, Supercomputer Software Department
- Закон Амдала, Герман Горелкин, 11 декабря 2018
- The Mythical Man Month - Frederick P. Brooks Jr. - Классический труд о разработке ПО. Закон Брукса в центре повествования.
- Gödel, Escher, Bach: An Eternal Golden Braid - Douglas R. Hofstadter. - Эту книгу сложно классифицировать. Закон Хофштадтера описан именно в этой книге.
- Spotify engineering culture
- The Pragmatic Developer
Привет! Если вы это читате, то вы перешли по ссылке на статью, которая ещё не написана. Простите за это! Я работаю над этим.
Не стесняйтесь заводить issue с пожеланиями или присылайте Pull Request со своими правками или новыми темами.
Большое спасибо этим прекрасным людям (что значат emoji?):
 Alexandr Kizilow 🖋 |  Natalia Ryzhova 🖋 |