The Law of Leaky Abstractions 抽象漏洞定理

我们每天都在使用的Internet里有一个小魔法。就是internet基础协议里的TCP协议。

TCP传输数据是可靠的。具体说来：你通过TCP传输数据，那么，数据是肯定会传输成功的并且顺序不会乱也不会错误。

我们使用TCP协议来获取网页、发送电子邮件。就连骗人钱财的邮件它都准确的送到。好玩吧。

TCP的反面是不可靠的传输协议，名字叫IP。没有人会打包票数据一定送达，可能在到达之前就已经混乱了。你发了一堆消息，如果只有一半送达，请淡定，它们中好一部分可能顺序已经乱了，也有可能消息的内容变化了，天知道会变成什么，或者是：猩猩的照片、或者看起来就像是来自台湾的垃圾邮件的标题。

当然，最神奇的是：TCP是基于IP的。即：可靠的TCP传输数据是使用了不可靠的IP。

为了解释，想像这样一个素材，虽然有点可笑，但是道理是相通的。

假想我们把ac放到车里，准备从王府井送往鸟巢。

有些车在二环上就翻了，可怜的ac也没有了。有些ac在路上搞了非主流，把自己弄的面目全非，到了鸟巢也进不去了。大部分的ac由于走的路线不同，到的时候前前后后，混乱不堪。

现在我们新开一个快递服务：至尊快递。至尊快递担保：把ac送到，按顺序，完整的。神奇的事情是：至尊快递除了用靠不住的车和不确定的路线来送ac，就别无选择了。

至尊快递需要检查每一个到达的ac，如果变形了，就给王府井打电话，重发一个ac。如果顺序不对，就重新排队。

如果市区里出现外星人强行阻断交通，至尊快递就改道先去海子公园，在绕到鸟巢。并且，至尊快递也不告诉鸟巢外星人的事情。

对于鸟巢来说，好像ac就是比平常来的晚了点，但是，它们一定不知道外星人来捣乱。

这就是TCP的神奇之处。计算机科学家更喜欢把这个叫做“抽象”：把复杂的隐藏起来，让它看起来简单。其实，很多程式码都是基于“抽象”的。

什么是字符串库？这样的库让操作字符串就像操作数字一样。什么是文件系统？把存储bit位的磁盘封装起来，就像是分层的文件夹一样，文件夹里包含了单个的文件，这些文件由一个或多个字符组成。

回到TCP，之前我给你讲的假话，已经如天上的鸭子，飞过了（这里我是这样理解的，不知道原文的意思是不是这样），这个谎言让你快受不了了。我说过：TCP保证你的消息送达，其实，它做不到。

如果你的宠物蛇把你的网线咬断了，你的计算机就收不到IP包，这种情况下，TCP也不能做任何事情，你的消息也不会送达。

如果你骂楼主是SB，楼主把你的计算机配置到一个超载的HUB上，你的IP包只有随机通过了，TCP也可以工作，不过肯定是龟速了。

这就是我说的“抽象漏洞”。TCP想提供一个基于不可靠的网络的完全的抽象，但是，有时候，网络漏洞会越过抽象，你会说抽象也不能提供完全的封装（我是这样理解的）.这只是我的抽象漏洞定理的一个例子：

所有不证自明的抽象都是有漏洞的。

抽象机制倒下了。有时是一点点，有时太多了。漏洞太多了，事情就不妙了。只要你拥有抽象，这种情况就会发生，如下：

操作二维数组的时候，横向或是竖向的操作性能是不一样的，就看在存储器里如何布局了。在按行操作或是按列操作的时候，有可能会导致页面访问失败，而这会是非常慢的。就算是在汇编程序里，可以认为有很大的线性的内存空间，但是，虚拟内存是一个抽象的概念，页失败的话这个抽象就失效了，这时候处理的时间会比其它的储存形式慢。

SQL语句就抽象了查询。你只需要定义你想要查找的，不用关心查找执行的细节。但是，有时候，SQL查询会比想象中的耗费时间。著名的例子就是：如果你的查询条件是“where a=b and b=c and a=c”会比查询条件是“where a=b and b=c”快，而这两者的结果是一样的。你只需要关心查询结果而非执行过程。但是，当抽象失效并且引起性能恶化的时候，你只有拆开查询分析器，研究到底神马情况，并且研究如何才能提升性能。

尽管网络库如:NFS、SMB可以让你操作远程的文件就像是在自己的计算机上一样。但是，如果网上变慢或是断线了，身为码农，你该咋办？把“远程文件映射到本地”的抽象失效了，在Unix里有活生生的例子：你把用户的home文件夹挂载到NFS的磁盘上（一个抽象），用户又创建一个.forward文件夹来把email转存到其它地方（又一个抽象），新邮件到达的时候，NFS刚好罢工了，由于它的罢工，挂载给它的文件夹也就找不到了，错误发生了，你的email都没有了。

C++ String类是希望你处理数组相对简单，就像是处理整型那样，它抽象了“字符串很难处理”。所有的C++ String类都重载了+操作符，这样你可以这样来连接两个字符串： s+"bar"。你知道吗：无论有多难，地球上就没有那个String类允许你这样："foo" + "bar"，因为C++里就没有语义上的字符串，它们其实是char*。这个抽象带来的漏洞你是没法补的。（有趣的是，C++的进化史就是补String抽象带来的漏洞的历史。他们为嘛不在C++里添加一个原生的字符串类？我不知道耶。）

下雨的时候，你不可以开太快，就算你有挡风玻璃有各种装备，这些装备可以让你忽略下雨这个事实（这些装备把天气抽象了），但是，你还是担心路滑（或是滑水效应），雨很大的时候，你看不远。你在雨里还是开车慢，因为天气不会被完全抽象，因为抽象漏洞法则真实存在。

抽象漏洞法则之所以是个问题，是因为这个抽象并没有期望的那么简单。当我教C++的初学者的时候，我不教他们char*及指针运算，直接教STL字符串。但是，总有一天他们会这样写："foo" + "bar"，或是奇怪的代码，我还是需要教他们char*。而且，某日他们需要搞明白：char*、指针、Unicode、wchar_t、TCHAR头文件，否则他们没法调用参数是 OUT LPTSTR 这样的window API，么么，这些都是漏洞。

教某人COM编程，告诉他们如何使用Visual Studio 向导、代码生成器，如果出了问题，他们就不知道如何处理，也不知道如何修复这个bug。我需要告诉他们IUnknown 、CLSIDs 、ProgIDS 等等。噢，不人道呀。

教ASP.NET编程，就告诉他们双击控件，然后就添加代码。而不是教他们ASP.NET在处理点击超链接和点击按钮有什么不同。ASP.NET的设计者需要隐藏HTML的外表（我的理解——译者），你不可以通过超链接来提交表单。他们在javaScript里实现，并且放到到onclick的处理代码里。抽象的漏洞。如果我们禁用了javaScript，程序就出错了，如果我们的码农不明白这个抽象原理，他们就无法指定问题到底在哪里。

抽象漏洞法则说明：任何时候，大牛发明了一个工具可以提高效率的时候。很多人说：“我先人工的操作，然后通过代码来节约时间”。代码生成工具就是这样想的，它抽象了一些东西，但是，所有的抽象机制都是有漏洞的。唯一可以处理漏洞的方法就是知道抽象的原理，都抽象了些什么东西。抽象可以节约我们工作的时间，但是，节约不了我们的学习时间。

这一切都似是而非，我们有更高级的编程工具，更好的抽象，然而成为专家就更难了。

我在微软实习的时候，我给Macintosh写了一个字符串库。一个常见的任务：写一个strcat函数，返回一个指向新字符串结尾的指针。几行代码。我做的事情记录于K&R（这是一本讲c语言的小册子）

如今，为了做CityDesk，我需要知道Visual Basic、COM、ATL、C++、 InnoSetup、 Internet Explorer internals、 正则表达式、DOM, HTML, CSS, and XML。但是，我还是需要知道K&R里的东西，否则我就完蛋了。

10年前，我们希望有一个更高级的编程范式可以让编程更简单。我们创造的抽象机制，让我们可以设计更复杂的软件，如：GUI和网络程序，在10年或是15年前是无法想像的。这些伟大的工具，如：OO编程语言，让我们飞快的工作，但是某天，我们为了排查一个抽象带来的漏洞，一查就是几个星期。你找一个写VB的码农，如果他只会单纯的写代码的话，当VB的抽象出现漏洞的时候，他就会傻眼。

抽象漏洞会拖垮我们。

原文地址：http://www.joelonsoftware.com/printerFriendly/articles/LeakyAbstractions.html

你也可以在这里看：http://blog.sina.com.cn/s/blog_5fcf62ff0101haar.html