一文讲透 “中间层” 思想

作者：明明如月学长， CSDN 博客专家，大厂高级 Java 工程师，《性能优化方法论》作者、《解锁大厂思维：剖析《阿里巴巴Java开发手册》》、《再学经典：《EffectiveJava》独家解析》专栏作者。

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一、前言

相信很多人都听说过 David Wheeler 的一个非常著名的论断：“计算机科学领域的任何问题，都是可以通过增加一个间接的中间层来解决的。”

所谓：“内行人看门道，外行人看热闹”。在我看来很多人以为自己懂了，但还停留在“看热闹”的层面，并不能真正理解“中间层”思想的含义，更难以做到“知行合一” 进行泛化运用。

那么，中间层思想的含义究竟是什么？有哪些你意想不到的中间层思想的运用场景? 中间层思想又能给我们带来哪些启发？中间层真的可以解决一切问题吗？本文将为你揭晓!

二、“中间层” 思想是什么？

2.1 解释

“计算机科学中的所有问题都可以通过增加一个额外的间接层来解决”，是对计算机科学和软件工程中间接层（Indirection Layer）重要性的一种幽默表述。间接层可以帮助解决多种问题，比如组织、优化和复用代码。

下面是这句话含义的几个方面：

解耦：
通过添加间接层，可以将系统的不同部分分离，使它们之间的依赖关系降到最低。这样，如果一个部分发生变化，它不会直接影响到其他部分。
抽象：
间接层可以提供一个抽象，使得开发者可以在不必关心底层实现细节的情况下工作。例如，数据库管理系统（DBMS）为开发者提供了一个查询和管理数据的抽象，而不需要关心底层的数据存储和检索机制。
可扩展性：
间接层可以帮助设计可扩展的系统。例如，通过添加一个负载均衡层，可以将来自客户端的请求分发到多个服务器，从而提高系统的处理能力。
复用和模块化：
通过间接层，可以创建可复用和模块化的代码。这使得开发者可以在不同的项目或系统中重用相同的代码，从而提高开发效率和代码质量。
错误处理和安全：
间接层还可以用于错误处理和安全控制。例如，通过在网络通信中添加一个错误检测和重传层，可以确保数据的正确传输。
优化：
间接层可以用于优化性能，例如，通过添加一个缓存层来减少对底层资源的访问，从而提高系统的响应速度。

2.2 案例

操作系统通过增加中间层，连接软件和硬件； Java 虚拟机是通过增加虚拟机层实现 Java 的跨平台；分布式缓存通过增加中间的缓存层，实现不同的应用之间的缓存共享；分布式锁，通过增加中间层的锁机制，实现跨机器的并发控制；分库分表中间件，通过增加中间层封装分库分表逻辑，降低复杂度；消息队列通过中间层实现削峰、异步的功能；代理服务通过中间层代理，来实现访问目标服务器的功能；中介者模式，则是通过增加中介者中间层，来降低对象之间的直接通信，减少对象耦合、提高系统灵活性和可维护性；领域驱动，则是通过增加中间的领域层实现核心业务的稳定性，提高内聚降低耦合。
在软件工程领域，通过中间层来解决问题的例子还有很多很多。

生活中能够体现“中间层”的例子也比比皆是。比如通过支付宝实现支付，通过淘宝实现购物，通过滴滴实现打车，通过饿了么实现购买外卖，通过翻译软件或翻译人员实现不同语言之间的交流，通过熟人介绍对象等等。

最近 ChatGPT 官网上 GPT-4 也支持调用 DALL·E3 通过自然语言进行绘图，这也体现了“中间层”的思想。

中文用户可以通过简单的中文自然语言描述生成比较满意的图形。

ChatGPT 作为 “中间层”，可以将用户相对简答的中文的自然语言提示词，转换为 DALL·E3 模型所需的英文的专业的复杂提示词，降低用户的使用门槛，对用户非常友好。

三、为什么"中间层"思想那么有效？

在我看来，“中间层” 和“任务分解” 有异曲同工之妙。

“中间层” 是采用 “任务分解” 将复杂的问题分解为更简单、更具体的子任务，降低问题的复杂度，提高问题解决的效率和质量的一个具体运用。

“中间层”能够降低复杂度主要是因为它起到了“隔离”和“桥梁”的作用，让不同层次或组件之间有了清晰的边界和互动方式。

四、我们该怎么做？

4.1 学以致用

只有能够“学以致用”，能够将所学的知识用来解决实际的问题，我们学习的知识才有价值。

4.1.1 辅助理解知识

由于“中间层”思想在计算机领域得到了非常广泛的应用，我们在学习或重温一些计算机专业基础、学习中间件、设计模式时，需要主动思考当前所学的知识是否是通过“中间层”来解决问题的，或许在某个瞬间能够想到本质儿“豁然开朗”。

比如，当我们学习领域驱动时，我们会发现和“中间层”思想颇为一致。就可以思考，通过它采用中间层的思想解决了什么问题，带来了哪些好处。

领域驱动解决的问题：

解耦：领域层使得业务逻辑从其他层（如UI层、数据访问层）中分离出来，降低了各层之间的耦合度。
可维护性：业务逻辑集中在领域层，使得代码更易于维护和测试。
可重用性：领域层中的业务逻辑可以在不同的应用或系统中重用。
易于理解：通过使用领域特定的语言（Ubiquitous Language），使得业务逻辑更易于理解。

领域驱动带来的好处：

敏捷开发：由于业务逻辑与其他层解耦，更容易适应需求变化。
团队协作：使用领域特定语言有助于提高开发者和业务人员之间的沟通效率。
高质量代码：领域层强调软件质量，如代码的可测试性和可扩展性。
提高生产效率：通过模式和设计原则（如工厂模式、策略模式等）的应用，领域层可以更快地进行开发。

再比如我们学习“装饰器” 设计模式时，也可以按照这种模式进行思考。学习适配器模式、代理模式、中介者模式等，亦然。

装饰器模式解决的问题：

开闭原则：装饰器模式使得你可以在不修改原有类的代码的情况下，对其添加新的功能。
单一职责原则：每个装饰器只关心一种特定的功能扩展，使得类的设计更加模块化。
灵活性：可以动态地、运行时地添加或移除功能。

装饰器模式带来的好处：

可维护性：由于新的功能是通过添加新的装饰器类来实现的，因此更容易进行单元测试和维护。
可复用性：装饰器是独立的对象，可以在不同的场景和对象上重复使用。
可扩展性：新的功能可以通过添加新的装饰器来轻松实现，而不需要修改现有代码。
粒度控制：装饰器模式提供了一种粒度更细的功能扩展方式，你可以选择只对某个特定对象进行装饰，而不是整个类。

装饰器设计模式通过引入装饰器“中间层”，在保持原有对象不变的同时，提供了一种灵活和可扩展的方式来增加对象的功能。这不仅有助于保持代码的整洁和可维护性，还提高了代码的可复用性和可扩展性。

再比如我们学习 API 网关时，也可以按照这种模式进行思考。
API 网关体现了“中间层”思想，因为它位于微服务架构（或者其他服务端架构）与客户端之间，作为一个中介层来管理和路由请求。API网关通常提供一系列功能，包括请求路由、负载均衡、身份验证、授权、缓存等。

API 网关解决的问题：

解耦：API网关使得客户端和服务端的交互更加解耦，客户端不需要知道后端服务的具体位置和实现细节。
集中管理：所有进出的请求都会经过API网关，方便进行监控、日志记录、安全控制等。
协议转换：API网关可以负责将外部的HTTP/REST请求转换为内部使用的其他协议（如gRPC, MQTT等）。
灵活性：可以根据需要动态地更改路由规则、添加新服务或者进行版本控制。

API 网关带来的好处：

简化客户端：由于API网关提供了统一的入口，客户端的实现会更加简单。
提高安全性：集中进行身份验证和授权，更容易对系统进行安全控制。
提高可维护性：集中管理使得代码和配置更容易维护。
性能优化：API网关通常包括缓存、限流、熔断等功能，有助于提高系统的整体性能。

通过这种思考模式，更容易抓住问题的本质，更好地理解对应的概念。

4.1.2 辅助解决问题

当我们理清需求，需要设计技术方案，遇到难以理解的问题时，可以主动思考是否可以通过增加“中间层”来解决当下的问题，有时候会有“奇效”。

4.2 没有银弹

计算机科学家弗雷德·布鲁克斯（Fred Brooks）在他的经典论文《没有银弹：软件工程的本质性与附属性工作》中提出了“没有银弹”的概念。即没有一种单一的技术或方法可以解决软件工程中的所有问题，也不能在短时间内显著提高软件工程的生产力。软件工程是一项复杂而困难的工作，需要综合运用多种技术和方法来解决各种问题。

《解决问题的艺术》中也提到“解决一个问题可能会导致其他问题的产生或者原有问题的恶化”。
因此“中间层”思想并不是“银弹”，并不是万能的，我们在运用“中间层”思想来解决问题时，需要思考“带来了什么副作用”，权衡好利弊。

五、总结

本文介绍了“中间层”的概念，并从软件工程和生活领域给出了诸多能够体现出“中间层”思想的例子以便帮助大家理解这个概念。希望大家能够真正做到学以致用，通过“中间层”思想辅助我们理解知识，通过“中间层”思想辅助我们解决问题。另外我们还需要谨记“没有银弹”，凡事“有利就有弊”，在运用“中间层”思想解决问题时，还需要权衡利弊，做出最佳选择。