Текст книги "Дефрагментация мозга. Софтостроение изнутри"

Апплеты, Flash и Silverlight

Появившись в 1995 году, технология Java сразу пошла на штурм рабочих мест и персональных компьютеров пользователей в локальных и глобальных сетях. Наступление проводилось в двух направлениях: полноценные «настольные» (desktop) приложения и так называемые апплеты[24]24
  От английского термина «applet» – приложеньице.


[Закрыть], то есть приложения, имеющие ограничения среды исполнения типа «песочница» (sandbox). Например, апплет не мог обращаться к дискам компьютера.

Несмотря на значительные маркетинговые усилия корпорации Sun, результаты к концу 1990-х годов оказались неутешительны: на основной платформе пользователей – персональных компьютерах – среда исполнения Java была редким гостем, сами приложения можно было сосчитать по пальцам одной руки (навскидку вспоминается только Star Office), веб-сайтов, поддерживавших апплеты, было исчезающе мало, а настойчивые просьбы с их страниц скачать и установить 20 мегабайтов исполняемого кода для просмотра информации выглядели издевательством при существовавших тогда скоростях и ограничениях трафика. Несомненно, судебная тяжба Sun в 1997 году с Microsoft, тут же прекратившей распространение Java вместе с Windows, также сыграла свою роль. Но основными объективными причинами такого исхода были:

• универсальность и кроссплатформенность среды, обернувшаяся низким быстродействием и невыразительными средствами отображения под вполне конкретной и основной для пользователя операционной системой Windows;

• необходимость установки и обновления среды времени исполнения (Java runtime).

В 2007 году Sun утверждала, что среда исполнения Java установлена на 700 миллионах персональных компьютеров[25]25
  «Java Runtime Environment is found on over 700 million personal computers», пресс-релиз Sun, 2007.


[Закрыть], правда не уточнялась её версия. В декабре 2011 года уже новый владелец – корпорация Oracle – привёл данные о том, что Java установлена на 850 миллионах персональных компьютеров и миллиардах устройств в мире[26]26
  «Java runs on more than 850 million personal computers worldwide, and on billions of devices worldwide», пресс-релиз Oracle, 2011.


[Закрыть]. Но поезд ушёл, развитие приложений на десктопах сместилось далеко в сторону по пути начинённых скриптами веб-браузеров, а рост количества мобильных устройств положил конец монополии «персоналок» в роли основного пользовательского терминала.

Тем не менее необходимость в кросс-платформенных богатых интерактивными возможностями интернет-приложениях[27]27
  От англ. RIA – Rich Internet Applications.


[Закрыть] никуда не исчезла, поскольку браузеры, нашпигованные скриптовой начинкой, обладали ещё большими техническими ограничениями и низким быстродействием даже по сравнению с апплетами. Эта ниша к началу 2000-х годов оказалась плотно занятой Flash-приложениями, специализирующимися на отображении мультимедийного содержания. Учтя ошибки Java, разработчики из Macromedia сделали инсталляцию среды исполнения максимально лёгкой в загрузке и простой в установке.

Упомянутая специализация технологии на интерактивном мультимедийном содержании веб-сайтов, включая потоковое аудио и видео, с другой стороны, оказалась непригодной для использования в разработке корпоративных приложений, продолжавшей по этой причине использовать браузеры со скриптами.

К решению проблемы подключилась Microsoft. Первым «блином» в 2005 году стала технология ClickOnce развёртывания полноценных WinForms-приложений. По-прежнему клиентское рабочее место требовало предварительно установки среды исполнения. NET версии 2. Но развёртывание и автоматическое обновление приложения и его компонентов было полностью автоматизировано. Первоначально пользователь, не имеющий прав локального администратора, устанавливал необходимую программу, просто щёлкнув по ссылке в браузере, далее запуская её с рабочего стола или из меню. Sun отреагировала молниеносно, добавив аналогичную возможность под названием Java Web Start.

Но «блин» всё-таки вышел комом. По данным AssetMetrix[28]28
  «In Q1 2005 48 % of business PCs ran Windows 2000, 38 % ran Windows XP», исследование AssetMetrix, 2005.


[Закрыть], основной парк корпоративных компьютеров в 2005 году составляли «персоналки» под управлением Windows 2000 (48 %) и Windows XP (38 %). Имея полную возможность предустановить среду. NET 2 на все эти рабочие места вместе с очередным пакетом обновлений, Microsoft не решилась на такой шаг, тем самым фактически похоронив массовое использование новой технологии разработчиками, имевшими неосторожность надеяться на помощь корпорации в развёртывании тяжёлых клиентских приложений.

Возможно, одной из причин стала потеря интереса Microsoft к WinForms, чьё развитие было заморожено, и переход в. NET 3 к более общей технологии построения пользовательских интерфейсов WPF[29]29
  Windows Presentation Foundation – технология Microsoft построения Windows-приложений с богатыми возможностями отображения информации и графики.


[Закрыть], отличающейся универсальностью и большей трудоёмкостью в прикладной разработке, но позволяющей полностью разделить труд программистов и дизайнеров, что имело смысл в достаточно больших и специализированных проектах. Вот вам очередная иллюстрация к теме прогресса в производительности разработки.

Побочным продуктом WPF стал Silverlight. По сути, это реинкарнация Java-апплетов, но в 2007 году, спустя более 10 лет, и в среде. NET. Кроме того Silverlight должен был по замыслу авторов составить конкуренцию Flash в области мультимедийных интернет-приложений.

В отличие от WPF, Silverlight вызвал больший энтузиазм разработчиков корпоративных приложений. Во-первых, для развёртывания не требовалась вся среда. NET целиком, достаточно было установить её часть, размер дистрибутива которой составлял всего порядка 5 мегабайтов. Поэтому на очередные обещания Microsoft предустановить. NET 3 можно было не полагаться, тем более при уже анонсированном. NET 3.5. Во-вторых, приложение можно было запускать не только в окне браузера, но и автономно.

Наша контора среагировала достаточно быстро, и к 2009 году в софто-строительной фабрике уже имелся номинальный генератор кода по модели для Silverlight-приложений. Ожидая взросления и стабилизации технологии, периодически подступаясь к теме, я собирал мнения коллег о встретившихся им подводных камнях.

Прежде всего насторожили меня новости про отсутствие в Silverlight отличных от юникода[30]30
  От англ. unicode – международный стандарт кодирования символов, позволяющий представить знаки практически всех известных алфавитов, включая иероглифы.


[Закрыть] кодировок. Их нет в константах, а Encoding.GetEncoding (1251) выдаёт ошибку. Как корректно импортировать в приложение ASCII[31]31
  American Standard Code for Information Interchange – американская стандартная таблица кодов печатных символов.


[Закрыть]-файл? Никак. Из этого вытекала невозможность полноценной работы приложения с обыкновенным текстовым файлом данных, вроде CSV (comma separated values).

Прямой доступ к базам данных также отсутствовал. Можно было пойти окольными путями через COM interops и ADO, но для этого требовались очень серьёзные поводы.

И тут в корпорации, аккурат к октябрьской конференции разработчиков 2010 года, издали новый декрет: «Наша стратегия по Silverlight изменилась»[32]32
  См. пресс-релиз компании Microsoft «Our strategy with Silverlight has shifted».


[Закрыть]. Сессий по новой версии Silverlight 5 на мероприятии не было вовсе. Снова часы пробили полночь, и карета превратилась в тыкву. Приоритетом стал HTML 5.

Silverlight вырос до вполне взрослой версии 4, уже давно вышла Visual Studio 2010, где встроена поддержка разработки приложений под него. Но зададимся вопросом: «Может ли пользователь установить себе Silverlight-приложение, не будучи администратором на своем компьютере?» Ответ, мягко говоря, разочаровывающий: «Нет, не может».

Это значит, что развёртывать Silverlight-песочницы на машинах пользователей должны сами компании через своих специалистов, ответственных за инфраструктуру. Хотя в соответствующем официальном документе описано много способов облегчения администраторской деятельности, факт остаётся фактом: технология в своей 4-й (!) версии не может быть использована в корпоративной среде без серьёзных накладных расходов.

Итак, итог к 2012 году. Во-первых, «старые» технологии вроде автономного оконного кроссплатформенного приложения на Lazarus/FreePascal, Delphi XE или Qt/C++ по-прежнему позволяют сделать то, что нельзя сделать «новыми и прогрессивными». Во-вторых, ценность Silverlight по сравнению с полноценным. NET на уровне развёртывания практически нулевая. Видимо, по этой причине Microsoft недавно закрыла веб-сайт silverlight.net, в очередной раз оставив разработчиков в интересном положении.

Из продвигаемых Microsoft за последние 10 лет технологий для разработки полноценных пользовательских интерфейсов, не заброшенных на пыльный чердак, остался только WPF, имеющий весьма сомнительную ценность для небольших коллективов и отдельных разработчиков. WPF – это ниша крупных автономных Windows-приложений. Кроме того, сама по себе она невелика, в ней уже есть WinForms – более простой и быстрый в разработке фреймворк, к тому же переносимый под Linux/Mono. Поэтому при соответствующих ограничениях развёртывания выбор по-прежнему лежит между веб-браузером или условным Delphi, хочешь ты этого или нет…

ООП – неизменно стабильный результат

Говоря об объектно-ориентированном подходе и программировании, принято добрым словом вспоминать начало 1970-х годов и язык Smalltalk, скромно умалчивая, что понадобилось ещё почти 15 лет до начала массового применения технологии в отрасли, прежде всего, за счёт появления C++ и позднее – Объектного Паскаля. Потому что фактическим отраслевым стандартом был язык C, а Паскаль широко использовался для обучения и в основном для прикладного программирования, если не рассматривать исключения вроде первой версии Microsoft Windows. Религиозные войны 1970–80-х годов в новостных группах проходили под лозунгом «Си против Паскаля». По этой причине революционный переход сообществ на Smalltalk выглядел маловероятным, тогда как объектно-ориентированные расширения вышеупомянутых языков были восприняты положительно. Немудрено, что многие концепции Smalltalk были в них реализованы.

В начале широкой популяризации ООП, происходившей в основном за счёт языка C++, одним из главных доводов был следующий: «ООП позволяет увеличить количество кода, которое может написать и сопровождать один среднестатистический программист». Приводились даже цифры, что-то около 15 тысяч строк в процедурно-модульном стиле[33]33
  В языке C нет понятия модуля, поэтому этот показатель несколько ниже.


[Закрыть] и порядка 25 тысяч строк на C++.

Довод в целом правильный, хотя из него совсем не следовало, что десяти программистам на C++ будет легче сопровождать общую систему, чем десяти программистам на C. Про это как-то забыли, потому что существовало много автономных проектов, управляемых процессом типа бруксовской операционной бригады[34]34
  Ф. Брукс описывает софтостроение по принципу «операционной бригады» в своей книге «Мифический человеко-месяц»[0].


[Закрыть] с главным программистом, отвечающим за всё решение. Собственно, и Бьёрн Страуструп, создатель C++, прежде всего преследовал цели увеличения производительности своего программистского труда.

Как только «главным программистом» стал «коллективный разум» муравейника, неважно мечущийся ли на планёрках «гибкой» (agile) разработки, прозаседавшийся ли на совещаниях по тяжёлой поступи RUP[35]35
  Rational Unified Process – итеративная тяжеловесная методология софтостроения от компаний Rational и IBM.


[Закрыть], проблема мгновенно всплыла, порождая Ад Паттернов[36]36
  От англ. design pattern – шаблон проектирования.


[Закрыть], Чистилище нескончаемого рефакторинга[37]37
  От англ. refactoring – реструктуризация и факторизация программного кода. В экстремальных методиках при отсутствии концепции системы и анализа предметной области формально требуется постоянный рефакторинг кода, при помощи которого предполагается чудесным образом прийти к хорошему решению ничего не проектируя.


[Закрыть] и модульных тестов, недосягаемый Рай генерации по моделям кода безлюдного Ада.

Термин «Ад Паттернов» может показаться вам незнакомым, поэтому я расшифрую подробнее это широко распространившееся явление:

• слепое и зачастую вынужденное следование шаблонным решениям;

• глубокие иерархии наследования реализации, интерфейсов и вложения при отсутствии даже не очень глубокого анализа предметной области;

• вынужденное использование все более сложных и многоуровневых конструкций в стиле «новый адаптер вызывает старый» по мере так называемого эволюционного развития системы;

• лоскутная[38]38
  Термин широко используется в автоматизации предприятий и происходит от «лоскутного одеяла» – разрозненного набора программ и пакетов, решающих локальные задачи подразделений.


[Закрыть] интеграция существующих систем и создание поверх них новых слоёв API[39]39
  API (Application Programming Interface) – интерфейс программирования приложений, функциональность, которую предоставляет модуль, компонент или библиотека программисту.


[Закрыть].

В результате эволюционного создания Ада Паттернов основной ценностью программиста становится знание, как в данной конкретной системе реализовать даже простую новую функцию, не прибегая к многодневным археологическим раскопкам и минимизируя риски дестабилизации. Код начинает изобиловать плохо читаемыми и небезопасными конструкциями:

Services.Oragnization.ContainerProvider.ProviderInventory.InventorySectorPrivate.

Stacks[0].Code.Equals("S01")

Последствия от создания Ада Паттернов ужасны не столько невозможностью быстро разобраться в чужом коде, сколько наличием многих неявных зависимостей. Например, в рамках относительно автономного проекта мне пришлось интегрироваться с общим для нескольких групп фреймворком ради вызова единственной функции авторизации пользователя: передаёшь ей имя и пароль, в ответ «да/нет». Этот вызов повлёк за собой необходимость явного включения в. NET-приложение пяти сборок. После компиляции эти пять сборок притащили за собой ещё более 30, б€ольшая часть из которых обладала совершенно не относящимися к безопасности названиями, вроде XsltTransform. В результате объём дистрибутива для развёртывания вырос ещё на сотню мегабайтов и почти на 40 файлов. Вот тебе и вызвал функцию…

Разумеется, превратить код программы в тарелку спагетти можно без особого труда и в процедурно-модульной технологии. Разница в том, что распутывать процедурное спагетти гораздо легче, чем лапшу объектно-ориентированную. Потому что кроме вложенности вызовов процедур в ООП имеет место различного типа вложенность объектов – от наследования реализации до многоуровневых ассоциаций, и совмещение в классах собственно структур данных и процедурного кода.

Несомненно, C++ является мощным инструментом программиста, хотя и с достаточно высоким порогом входа, предоставляющим практически неограниченные возможности профессионалам с потребностью технического творчества. Я видел немалое количество примеров изящных фреймворков и прочих «башен из слоновой кости», выполненных одиночками или небольшим коллективом. Но крупные проекты подвержены влиянию уже упоминавшейся гауссианы (см. рис. 1). Нормальное распределение вовлекает в процесс большое количество крепких профессионалов-середняков, которым надо сделать «чтобы работало» с наименьшими телодвижениями во время нормированного рабочего дня. Если Microsoft или Lockheed Martin – подрядчик Министерства Обороны США, имеют возможность растянуть кривую на графике вправо и вложить немалые

средства во внутреннюю стандартизацию кодирования, то в обычной ситуации оказывается, что C++, действительно увеличивавший личную продуктивность Страуструпа и его коллег, начинает тормозить производительность большого софтостроительного цеха где-нибудь в жарком субтропическом опенспейсе[40]40
  От англ. openspace – большое офисное помещение, зал без перегородок с расположенными в нем рабочими местами.


[Закрыть] площадью в гектар. Помимо общих проблем интеграции, на C++ достаточно просто «выстрелить себе в ногу», и человеческий фактор быстро становится ключевым риском проекта.

Если вернуться к вопросу стандартов кодирования на C++, хорошим примером будет разработка программной начинки нового истребителя F-35 [15]. Объем разработанного кода порядка 10 миллионов строк, это даже больше, чем Windows. Следовательно, стандарт вполне пригоден к практическому использованию. Но имеются ли у вас в проекте ресурсы для того, чтобы не только обучить всех программистов 150-страничному своду правил, но и постоянно контролировать его исполнение?

Поэтому появились новые C-подобные языки: сначала Java, а чуть позже и C#. Они резко снизили порог входа за счёт увеличения безопасности программирования, ранее связанной прежде всего с ручным управлением памятью. Среды времени исполнения Java и. NET решили проблему двоичной совместимости и повторного использования компонентов системы, написанных на разных языках для различных аппаратных платформ.

Когда многие технические проблемы были решены, оказалось, что ООП очень требовательно к проектированию, так и оставшемуся сложным и недостаточно формализуемым процессом. Похожая ситуация была в середине XX века в медицине: после изобретения антибиотиков первое место по смертности перешло от инфекционных болезней к сердечно-сосудистым.

Примерно в то же время в сообществе начались дискуссии, появились первые публикации вроде уже ставшей классической «Почему объектно-ориентированное программирование провалилось?»[41]41
  См. публикацию «Objects Have Failed» (2000 г.) и материалы конференции OOPSLA (Object-Oriented Programming, Systems, Langauges and Applications) по данной теме в 2002 г.


[Закрыть]. Эксперты по ООП в своих книгах стали нехотя писать о том, что технология тем эффективнее, чем более идеален моделируемый ею мир.

Рис. 3. Эмпирическое сравнение производительности процедурно-реляционного и объектно-ориентированного подходов в зависимости от достигнутой степени формализации моделируемого мира

Действительно, вспомним ещё раз Smalltalk. Его концепции выросли из задач построения графического интерфейса пользователя. Взглянув на любой оконный фреймворк, вы увидите искусственный мир, идеальный с точки зрения его авторов. Многоуровневые иерархии классов не воссозданы многолетним трудом классификации объектов окружающего мира, а выращены в виртуальных пробирках лабораторий разработчиков.

Учебники по ООП полны примеров, как легко и красиво решается задачка отображения геометрических фигур на холсте с одним абстрактным предком и виртуальной функцией показа. Но стоит применить такой подход к объектам реального мира, как возникнет необходимость во множественном наследовании от сотни разношёрстных абстрактных заготовок. Объект «книга» в приложении для библиотеки должен обладать свойствами «абстрактного печатного издания», в магазине – «абстрактного товара», в музее – «абстрактного экспоната», в редакции, типографии, в службе доставки… Можете продолжить сами.

Попытки выпутаться из этой ситуации за счёт агрегации приводят к новым дивным мирам, существующим только в воображении разработчиков. Теперь объект «книга» это контейнер для чего-то продающегося, выдаваемого, хранящегося и пылящегося. Необходимо быстро менять контекст: в магазине вкладывать в книгу товар, в библиотеке – печатное издание, в отделе «книга-почтой» – ещё какую-нибудь хреновину. Плодятся новые многоуровневые иерархии, но теперь уже не наследования (is a), а вложения (is a part of).

Изящнее выглядят интерфейсы. Но если в реальном мире книга, она и в музее – книга, то во вселенной интерфейсов «книга в музее» – неопознанный объект, пока не реализован соответствующий интерфейс «экспонат». Дальше интерфейсы пересекаются, обобщаются, и мы получаем ту же самую иерархию наследования, от которой сбежали. Но теперь это уже иерархия, во-первых, множественная, а во-вторых, состоящая из абстрактных классов без какой-либо реализации вообще (интерфейс, по сути, есть pure abstract class). Если же мы отказываемся от обобщения интерфейсов, то фактически оказываемся в рамках современных реализаций модульного программирования типа Оберон[42]42
  Оберон – семейство языков программирования высокого уровня, разработанных Никлаусом Виртом и его школой.


[Закрыть].

Тем не менее все три подхода применимы и могут дать хороший результат при высокой квалификации проектировщиков и наличии проработанных моделей предметной области.

Одна из причин подобных злоключений в том, что концепции, выдвигаемые ООП, на самом деле не являются его особенностями за исключением наследования реализации от обобщённых предков с виртуализацией их функций. И по несчастливому стечению обстоятельств именно наследование реализации является одним из основных механизмов порождения ада наследуемых ошибок, неявных зависимостей и хрупкого дизайна. Все остальные концепты от инкапсуляции и абстракции до полиморфизма имеются в вашем распоряжении без ООП. Полиморфизм с проекциями вместо таблиц наличествует даже в SQL.

Мой субъективный опыт подтверждает, что за исключением фреймворков весьма абстрактного уровня, сделанных «с чистого листа» небольшими группами профессионалов высокого класса, Объектно-Ориентированный Подход на практике в большинстве случаев превращает проект или продукт, переваливший за сотню-другую тысяч строк, в упомянутый Ад Паттернов, который, несмотря на формальную архитектурную правильность и её же функциональную бессмысленность, никто без помощи авторов развивать не может.

С другой стороны, любая неясность в постановке задачи вынуждает разработчиков сосредотачиваться не на её решении, а на архитектуре, позволяющей «без особых затруднений» менять логику приложения и переходить с расчёта зарплаты колхоза на прогноз удоев фермы.

Результат неизменно стабильный…

Особо хочу остановиться на тезисе уменьшения сложности при использовании ООП для создания фреймворков. Современное состояние дел – это платформа. NET с примерно 40 тысячами классов и типов ещё в версии 3.5. Вдумайтесь, вам предлагают для выражения потребностей прикладного программирования язык с 40 тысячами слов, без учёта глаголов и прилагательных, называя такую технологию упрощением.

Александр Сергеевич Пушкин использовал в своем творчестве порядка 24 тысяч слов. Толковый словарь Ожегова содержит около 70 тысяч слов. Среднестатистический русский человек использует в повседневной жизни от 5 до 10 тысяч слов[43]43
  Объем активного словаря образованного человека оценивается в среднем в 5–10 тысяч слов. «Сколько слов в русском языке?», Наука и жизнь, 2004, № 11.


[Закрыть], из них только 3 тысячи являются общеупотребительными. Получается, что даже наследник гения Пушкина способен охватить менее половины предлагаемой технологии, при том что её словарь сравним с естественным языком!

Надо признать, входной порог использования ООП оказался гораздо выше, чем предполагалось в 1980–90-х гг. С учётом девальвации среднего уровня знаний «прогрессивных технологий», меняющихся по законам бизнеса ква-зимонополий, и прибывающих выпускников трёхмесячных курсов этот порог ещё и растёт с каждым годом.

Практика подтвердила, что технология, будучи обёрнутой в относительно безопасные языковые средства и жёсткие стандарты, допускает применение в больших проектах. С другой стороны, немалое число крупных проектов принципиально не используют ООП, например, ядро операционной системы Linux, Windows API или движок Zend уже упоминавшегося PHP. Язык C по-прежнему занимает первое место согласно статистике активности сообществ программистов[44]44
  См. данные TIOBE Programming Community Index.


[Закрыть], стабильно опережая второго лидера Java – например, индексы ноября 2012 показывают 19 % против 17 %.

Разумнее предположить, что реальную отдачу от ООП вы получите, только создав достаточно хорошие модели предметных областей. То есть тот самый минимально необходимый словарь и язык вашей системы для выражения её потребностей, доступный не только современным Пушкиным от программирования. Модели будут настолько простыми и ясными, что их реализация не погрузит команду в инфернальные нагромождения шаблонных конструкций и непрерывный рефакторинг, а фреймворки будут легко использоваться прикладными программистами без помощи их авторов. Правда, тогда неизбежно встанет вопрос о необходимости использования ООП…

Осталось решить небольшую организационную задачу: где в некритичном проекте автоматизации «отдела Х» найти бюджет на компетентного системного аналитика, технического архитектора и ведение хотя бы минимального набора проектной документации.