组件设计
使用场景:workflow-system-design skill 在讨论 spec.md 4.2 组件设计 时加载本 skill。
第一性原理
组件设计的本质:把架构方案转化为可实现的代码结构,定义清晰的职责边界和交互契约。
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4.2.1 核心类/模块设计
SOLID 原则
| 原则 | 含义 | 检查点 |
|---|
| Single Responsibility | 类只做一件事 | 这个类能用一句话描述吗? |
| Open/Closed | 对扩展开放,对修改关闭 | 新增功能是否需要改现有代码? |
| Liskov Substitution | 子类可替换父类 | 子类是否违反父类契约? |
| Interface Segregation | 接口精简专一 | 调用方是否被迫依赖不需要的方法? |
| Dependency Inversion | 依赖抽象而非具体 | 高层模块是否直接依赖低层实现? |
设计原则
| 原则 | 说明 |
|---|
| 组合优于继承 | 继承紧耦合,组合松耦合易替换 |
| 面向接口编程 | 依赖抽象接口,而非具体实现 |
| 最小知识原则 | 避免链式调用暴露内部结构 |
常用设计模式
| 类型 | 模式 | 适用场景 |
|---|
| 创建型 | Factory | 封装对象创建逻辑 |
| 创建型 | Builder | 分步构建复杂对象 |
| 结构型 | Adapter | 接口转换 |
| 结构型 | Decorator | 动态添加职责 |
| 行为型 | Strategy | 可替换算法 |
| 行为型 | Template Method | 定义算法骨架,子类实现细节 |
| 行为型 | Iterator | 数据流处理、管道模式 |
Checklist
- [ ] 类职责是否单一清晰?
- [ ] 继承层次是否合理(不超过 2-3 层)?
- [ ] 依赖是否指向抽象而非具体实现?
- [ ] 模块边界是否明确?
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4.2.2 接口设计
接口设计关注对外暴露的 public API,内部接口在 4.2.1 中定义。
设计原则
| 原则 | 说明 |
|---|
| 最小化 | 只暴露必要的接口,隐藏实现细节 |
| 一致性 | 命名、参数顺序、错误处理风格统一 |
| 向后兼容 | 接口变更不破坏现有调用方 |
| 自描述 | 接口签名本身能表达意图 |
接口定义要素
// 示例:接口定义应包含
class StorageEngine {
public:
// 1. 方法签名:清晰的命名和参数
// 2. 参数约束:哪些可为空?取值范围?
// 3. 返回值:成功/失败如何表示?
// 4. 错误码:可能返回哪些错误?
// 5. 线程安全:是否可并发调用?
/**
* @brief 写入 KV 对
* @param key 键,不能为空
* @param value 值
* @return Status::OK 成功
* Status::KeyTooLong key 超过 64KB
* Status::IOError 写入失败
* @thread_safety 线程安全
*/
virtual Status Put(const Slice& key, const Slice& value) = 0;
};
版本兼容策略
| 变更类型 | 兼容性 | 处理方式 |
|---|
| 新增方法 | 向后兼容 | 直接添加 |
| 新增可选参数 | 向后兼容 | 提供默认值 |
| 删除方法 | 不兼容 | 先废弃,下个大版本删除 |
| 修改参数类型 | 不兼容 | 新增方法,废弃旧方法 |
Checklist
- [ ] 接口是否最小化(不暴露不必要的方法)?
- [ ] 参数和返回值是否清晰定义?
- [ ] 错误码是否完整列出?
- [ ] 线程安全性是否说明?
- [ ] 是否考虑了向后兼容?
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4.2.3 数据模型
何时需要:涉及数据存储、Schema 变更、新增数据结构时。
设计要素
| 要素 | 需要明确 |
|---|
| Schema | 字段定义、类型、约束 |
| 索引 | 查询模式决定索引设计 |
| 编码格式 | 序列化方式(protobuf/flatbuffers/自定义) |
| 存储位置 | 存哪里?生命周期? |
Schema 演进
| 策略 | 说明 |
|---|
| 向前兼容 | 新代码能读旧数据 |
| 向后兼容 | 旧代码能读新数据(需谨慎设计) |
| 迁移计划 | 如何从旧 Schema 迁移到新 Schema? |
Checklist
- [ ] Schema 字段是否完整定义?
- [ ] 索引是否满足查询需求?
- [ ] 是否考虑了 Schema 演进?
- [ ] 迁移/回滚方案是否明确?
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4.2.4 并发模型
何时需要:涉及多线程、异步操作、共享状态时。
设计要素
| 要素 | 需要明确 |
|---|
| 线程模型 | 哪些线程?职责是什么? |
| 共享状态 | 哪些数据被多线程访问? |
| 同步机制 | 用什么锁?锁的粒度? |
| 异步边界 | 哪里是同步/异步的边界? |
常见模式
| 模式 | 适用场景 |
|---|
| 单线程 + 事件循环 | I/O 密集、低延迟 |
| 线程池 + 任务队列 | CPU 密集、可并行 |
| Actor 模型 | 状态隔离、消息传递 |
| 读写锁 | 读多写少 |
Checklist
- [ ] 线程模型是否清晰?
- [ ] 共享状态是否明确,保护机制是否合理?
- [ ] 是否有死锁风险?
- [ ] 锁粒度是否合适(不过粗也不过细)?
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4.2.5 错误处理
何时需要:涉及外部依赖、I/O 操作、可能失败的场景时。
设计要素
| 要素 | 需要明确 |
|---|
| 失败模式 | 可能发生哪些错误? |
| 错误表示 | 错误码 / 异常 / Status 对象? |
| 重试策略 | 哪些错误可重试?退避策略? |
| 恢复机制 | 失败后如何恢复到一致状态? |
错误分类
| 类型 | 示例 | 处理方式 |
|---|
| 可重试 | 网络超时、临时不可用 | 指数退避重试 |
| 不可重试 | 参数错误、权限不足 | 直接返回错误 |
| 致命错误 | 数据损坏、不变量被破坏 | 记录日志 + panic/abort |
重试策略
// 指数退避 + 抖动
int delay_ms = min(base_delay * (1 << retry_count), max_delay);
delay_ms += random(0, delay_ms * 0.1); // 10% jitter
Checklist
- [ ] 所有可能的失败模式是否列出?
- [ ] 错误表示方式是否统一?
- [ ] 可重试 vs 不可重试是否区分?
- [ ] 失败后的清理/恢复逻辑是否考虑?
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反模式
| 反模式 | 问题 | 改进 |
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| God Class | 类承担过多职责 | 拆分为多个小类 |
| Feature Envy | 方法大量访问其他类数据 | 移动到数据所在类 |
| 过度设计 | 不需要的抽象层 | 简单优先,按需抽象 |
| 忽略错误 | 吞掉错误不处理 | 明确处理或向上传播 |
| 锁粒度过粗 | 整个操作加大锁 | 缩小临界区 |
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与其他 Skill 协同
| 场景 | 加载 Skill |
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| 涉及分布式场景(网络、一致性、故障) | bp-distributed-systems |
| 涉及性能优化 | bp-performance-optimization |