软件架构
软件架构设计是从宏观角度思考软件设计的方式。软件架构的优劣决定了一个软件系统的上限。
单进程程序的结构
从程序的宏观角度看，常见程序的结构可以分成两种：one-shot 和 deamon；one-shot 程序读取命令行参数后，一下子从前执行到尾，处理完数据后，直接退出程序；而 deamon 程序会在解析完命令行参数和配置文件后进入死循环，并通过阻塞式系统调用，监听和等待它感兴趣的下层响应，并在响应发生时被操作系统唤醒，然后执行业务逻辑，除非触发关闭命令或者异常，否则将会按照期望一直运行下去。
// deamon 程序
int main(int argc, char *argv[]) {
// 读取命令行参数，形成启动参数
Args *args = parseArgs(argc, argv);
// 读取配置文件，形成程序配置
Config *config = read(file);
while(true) {
// 查找配置中的监听任务
void *event = findTask(args, config);
if (event == NULL) {
break;
}
// 阻塞式调用，根据配置信息按照要求监听客户端的请求
void* incoming = listen(args, config);
// 业务层寻找处理该请求的函数
void* handler = findHandler(args, config, incoming);
// 分发该请求
void* result = distribute(args, config, incoming, handler);
// 响应请求
response(incoming, result);
}
// 释放程序的所有资源
cleanAll(args, config);
return 0;
}
// 清除监听任务的请求处理器
void handleShutdown(Args *args, Config *config, ...) {
cleanTask(args, config);
}前者，较为简单，略；后者是我们平时编写多数程序的结构，包括前端的 GUI 客户端程序和后端的 server 程序。
deamon 程序
从纵向来看，程序需要在开始时解析配置和参数，然后进入循环，从配置和参数中寻找需要监听和处理的任务，如果找到了，则根据任务的类型，将具体任务分发给相应的处理函数，得到处理结果，然后把结果返回给客户端，往复循坏。何时停止？当需要监听的事件和任务被处理完了，或者触发了清理监听任务的处理器的时候，由于没有任务，则程序 break 出循环，程序结束。同时，在处理任务的过程中，可能由于监听到了新的事件发生，从而向任务队列中添加了新的任务，也就是任务是可增可减，动态变化的，形如一个状态机的结构。
从横向看，deamon 程序的结构可以被概括为一个“前中后”三层结构——前端视图层、中间业务层、后端持久层。视图层面向自己的客户端，监听客户端的请求和操作，解析和翻译操作，并将请求的任务分发给中间业务层；中间层负责进行主体复杂逻辑的实现和繁重工作的处理，它在处理业务的过程中可能需要依赖外界的持久化数据，或者将数据进行持久化，它会选择性地调用后端持久层，进行数据持久化的操作；后端持久层通过系统 IO 调用，向进程外发送和获取数据，或是作为数据的直接管理者，代替进程中的其他部分管理数据。在横向的三层中，必须要保持单向依赖，以简化程序的结构，让层间的功能保持独立。
子程序和函数
进一步向更小的粒度分析，我们发现，一个程序往往由一个个子程序构成，或者直白点，在多数的编程语言中，它叫做函数。先从更底层的 C 语言和汇编的角度去分析函数是什么？函数是进程的内存空间中的一段数据，它记录的是一段 CPU 可执行的机器指令序列，我们可以告知 CPU 这段内存中的数据是指令，并应当读取并执行它；同时，在执行之前，可以携带一定的指针，指向一些数据，并要求令这些数据作为函数执行时的一部分上下文，函数在执行期间，可以访问他们，最后函数应当将处理数据的结果，保留到一个指定的 Return 指针中进行返回，让函数的调用者能够通过访问该指针拿到自己想要的数据和结果。这个过程可以被抽象成一个管道，它从进口端接受一些数据，并使用这些数据进行计算，产生一个返回值，并从管道的出口端返回。
函数有如下几个重要特点：
函数嵌套调用，函数内部可以调用另一个函数，从而形成嵌套，大大减少重复代码的书写；为了实现这个特性，大多数的编译器采用调用栈来实现；
系统调用，系统调用不是用户自己编写的，它存在于进程中，在进程创建的时候就被操作系统一同加载到了进程的内存空间，用户可以直接调用这些函数实现逻辑复用和受限资源的访问；这些函数区别于用户自行实现的函数，他们是系统层提供的 API 接口；
系统调用有一个特点那就是外界交互。程序期望和外界发生交互，或者说 IO 操作。IO 操作有一个非常大的特点就是，可能是失败的，它可能返回一个程序无法处理的结果或者没有结果，那么程序将会就此崩溃，或者是主动退出；健壮的程序可以通过设置失败 fallback 机制来在 IO 操作失败之后继续运行。
函数复用，函数的目的就是为了复用程序逻辑，避免重复书写相同的代码。
作用域
进程从操作系统那里申请一个块巨大的内存空间，它是一个简洁的字节数组，但是却也非常的简陋，我们需要对内存进行划分使用和管理，而不是随意使用，其中一个重要的手段便是作用域。作用域是为了划分和隔离子程序，拆解问题，提供资源的隔离。
我们在一个内存区域中划分一小块进行使用，在区域中存放了一些数据，接着进行了一些计算，然后释放和关闭了这个作用域，不同的作用域在不同的时期被展开和闭合，并且彼此之间的数据资源存在一定的隔离性。作用域需要程序设计时被声明，在运行时依照声明被展开；展开时，可以将状态传入一个域，在域展开的过程当中，状态可以被改变，在域使用完毕时，可以将闭合，释放资源，同时传出一些状态。
当我们在一个作用域中声明和创建了一个变量的时候，该数据的大小可能会发生变化，我们会对其进行重新赋值。
从一定角度看，程序就是状态 + 作用域的管理。不同的编程语言中，大都提供了相似的概念和 API 来让开发这创建作用域。其中，最典型的就是函数。函数在执行的时候，可以展开一个作用域，在作用域中可以声明和创建变量，并且这些变量对函数外部来说不可见，命名可以在函数作用域范围内命名，不必担心与外部变量重名。
父子作用域
我们划分并隔离不同的子程序，但是最后却又要让子程序之间发生交互和数据交换，发生父子嵌套和兄弟并列，这体现了封装和接口的思想。父作用域只需调用一个接口，便可以完成一个复杂动作，而无需关系其底层细节。
在不同的语言中，提供了不同层级的作用域抽象，层级之间可以相互嵌套，包括模块作用域、类作用域、函数作用域、块作用域。但是不管如何，我们需要着重关注的是父作用域和子作用域之间的关系——父作用域依赖于子作用域。
作用域可以被分为，全局作用域和局部作用域。全局作用域中的内容被整个程序可见，并且早于所有局部作用域被展开，晚于所有局部作用域被闭合。全局作用域只有一个。全局作用域是所有作用域的父代。函数调用展开一个局部作用域，局部作用域中可以声明自己的数据和状态，在一些高级语言中，局部作用域中甚至可以声明临时的匿名函数。
管理规则
- 当一个作用域依赖于其他作用域的时候，它的功能就受到了别人的影响，为了让这个作用域正常工作，就需要保证它依赖的所有作用域正常工作，或者干脆不依赖别人；
- 作用域可以选择对外暴露一些数据和状态作为接口，作用域之间的接口应该保持稳定，当接口更变时，同时需要改变依赖者的逻辑；
- 作用域之间应该避免循环依赖，因为循环依赖往往是程序划分不正确的外在体现，或者从哲理的角度讲，循环依赖其实是在解决“蛋生鸡”的问题，但是这是没有办法解决的；解决循环依赖的方法就是，拆分数据结构和函数，将其中的冲突内容，拆分到一个新的独立作用域中。
- 作用域之间需要通信，特别是对于兄弟组件或者是没有父子关系的组件之间进行通信，通信的基本方式是：基于父组件进行共享，然而这会造成一些额外的问题——变量的状态管理，后续将会展开讨论。
生命周期
作用域和状态都有生命周期。生命周期管理是作用域和状态管理的重要内容。
作用域的生命周期是指其代码从被展开到关闭的这个时间段区间。对于函数就是从函数进入开始，到函数返回这个时间区间；对于一个变量就是从创建，到读取/修改，再到销毁，的整个时间段。
变量的创建的标志往往就是变量的声明语句，修改的标志就是变量的赋值语句，销毁往往对应着变量的 free 调用。对于外部的 IO 资源，创建对应着 open 操作，修改对应着的写入操作，销毁对应着 close 操作。
在一些语言中，不同的语法和特性会产生不同的生命周期，管理生命周期是管理状态和作用域的一部分，使用各自的方式和语法，但是通用的规则普遍适用。
管理规则
状态和作用域之间具有所属关系，称之为所有权，一个变量在哪里创建，其最近一级的作用域就是其所有者。访问状态资源应当在适当的作用域中，在一个作用域中不应该访问不属于自己的状态资源；
局部作用域中声明的状态，其生命周期应当小于该局部作用域的生命周期。在关闭该作用域的时候，必须一起关闭其所属的资源，除非该作用域在关闭时将该变量的所有权转移出去，此时该作用域不再拥有对该资源的资源访问权限，状态的销毁责任也被转移给了外部作用域；
在具有垃圾回收的语言中，程序员往往会忘记回收需要手动关闭的变量和资源，当一个变量需要手动清除，例如全局状态 API，外部 IO 资源等，在资源还在使用期间，必须始终持有其引用，以保证资源正确关闭。
全局作用域在一次程序运行期间往往只能被展开一次，重新展开需要重启程序，不应该在全局作用域中声明一个需要重复创建和销毁的资源。局部作用域在一次程序运行期间往往可以被展开多次，意味着其中的数据也可以被重复的创建和销毁，但是多次展开的作用域实例之间被视作不同的作用域；