声明式设计

介绍

什么是Declarative?

Declarative(声明式设计)指的是这么一种软件设计理念和做法:我们向一个工具描述我们想要让一个事物达到的目标状态,由这个工具自己内部去figure out如何令这个事物达到目标状态。

和Declarative(声明式设计)相对的是Imperative或Procedural(过程式设计)。两者的区别是:在Declarative中,我们描述的是目标状态(Goal State),而在Imperative模式中,我们描述的是一系列的动作。这一系列的动作如果被正确的顺利执行,最终结果是这个事物达到了我们期望的目标状态的。

声明式(Declarative)的编程方式一直都会被工程师们拿来与命令式(Imperative)进行对比,这两者是完全不同的编程方法。我们最常接触的其实是命令式编程,它要求我们描述为了达到某一个效果或者目标所需要完成的指令,常见的编程语言 Go、Ruby、C++ 其实都为开发者了命令式的编程方法,

声明式和命令式是两种截然不同的编程方式:

  • 在命令式 API 中,我们可以直接发出服务器要执行的命令,例如: “运行容器”、“停止容器”等;
  • 在声明式 API 中,我们声明系统要执行的操作,系统将不断向该状态驱动。

SQL 其实就是一种常见的声明式『编程语言』,它能够让开发者自己去指定想要的数据是什么。或者说,告诉数据库想要的结果是什么,数据库会帮我们设计获取这个结果集的执行路径,并返回结果集。众所周知,使用 SQL 语言获取数据,要比自行编写处理过程去获取数据容易的多。

SELECT * FROM posts WHERE user_id = 1 AND title LIKE 'hello%';

我们来看看相同设计的 YAML,利用它,我们可以告诉 Kubernetes 最终想要的是什么,然后 Kubernetes 会完成目标。

例如,在 Kubernetes 中,我们可以直接使用 YAML 文件定义服务的拓扑结构和状态:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: rss-site
  labels:
    app: web
spec:
  containers:
    - name: front-end
      image: nginx
      ports:
        - containerPort: 80
    - name: rss-reader
      image: nickchase/rss-php-nginx:v1
      ports:
        - containerPort: 88

以下是 etcd 的 operator:

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: etcd-operator
spec:
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        name: etcd-operator
    spec:
      containers:
      - name: etcd-operator
        image: quay.io/coreos/etcd-operator:v0.2.1
        env:
        - name: MY_POD_NAMESPACE
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.namespace
        - name: MY_POD_NAME
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.name

Kubernetes 中的 YAML 文件也有着相同的原理,我们可以告诉 Kubernetes 想要的最终状态是什么,而它会帮助我们从现有的状态进行迁移。

如果 Kubernetes 采用命令式编程的方式提供接口,那么工程师可能就需要通过代码告诉 Kubernetes 要达到某个状态需要通过哪些操作,相比于更关注状态和结果声明式的编程方式,命令式的编程方式更强调过程。

总而言之,Kubernetes 中声明式的 API 其实指定的是集群期望的运行状态,所以在出现任何不一致问题时,它本身都可以通过指定的 YAML 文件对线上集群进行状态的迁移,就像一个水平触发的系统,哪怕系统错过了相应的事件,最终也会根据当前的状态自动做出做合适的操作。

优点

声明式 API 使系统更加健壮,在分布式系统中,任何组件都可能随时出现故障。当组件恢复时,需要弄清楚要做什么,使用命令式 API 时,处理起来就很棘手。但是使用声明式 API ,组件只需查看 API 服务器的当前状态,即可确定它需要执行的操作。

声明式设计的好处是:

  1. 简单。我们不需要关心任何过程细节。过程是由工具自己内部figure out的、内部执行的。
  2. self-documentation,因为我们描述的就是希望一个事物变成什么样子,而不是“发育”过程。

声明式的方式能够大量地减少使用者的工作量,极大地增加开发的效率,这是因为声明式能够简化需要的代码,减少开发人员的工作,如果我们使用命令式的方式进行开发,虽然在配置上比较灵活,但是带来了更多的工作。

总结

Declarative是一种设计理念,是一种工作模式,透传出来的是“把方便留给别人,把麻烦留给自己”的哲学。Declarative模式的工具,设计和实现的难度是远高于Imperative模式的。作为用的人来说,Declarative模式用起来省力省心多了。

参考资料