Entendendo, combatendo e convivendo com o acoplamento

Todos os problemas em ciência da computação podem ser resolvidos por outro nível de indireção, exceto o problema de muitos níveis de indireção.
David J. Wheeler
O alto acoplamento é, provavelmente, a principal característica de sistemas difíceis de evoluir e, até mesmo, de manter. Por esse motivo, as decisões de design, não apenas as relacionadas à arquitetura, devem mitigar as chances de que ele aconteça.
0
Você concorda?x

Definição: Acoplamento

Duas ou mais partes de um sistema de software estão acopladas quando a mudança em uma delas implica mudanças nas outras.

SOLID Principles (Uncle Bob)

Nesta palestra, “Uncle” Bob compartilha como a aplicação de princípios SOLID, na arquitetura, podem ajudar a mitigar os riscos associados ao acoplamento.

Acessar vídeo

Em um nível mais alto da arquitetura – quando ponderamos na integração entre aplicações – , uma das muitas causas para o surgimento do acoplamento é o choque de duas forças. De um lado, há um incentivo constante para o desenvolvimento de integrações, cada vez mais amplas, em tempos cada vez menores. De outro, há o desejo de garantir governança arquitetural e manter as eficiências dos times que ficam, evidentemente, prejudicadas em função do aumento da complexidade e da dificuldade para a “garantia da qualidade”, por causa das integrações, levando a políticas de controle, muitas vezes, insustentáveis. Esse “aperta-solta”  colabora para a erosão arquitetural.
0
Você concorda com essa afirmação? Há algo a ponderar aqui?x

Sandboxing Cycle

O combate ao acoplamento é uma das principais motivações para padrões de design e práticas de engenharia populares – como inversão de controle, decomposição em microsserviços, comunicação assíncrona, CQRS, event-driven, distribuição em camadas, testes e muito mais. Aliás, boa parte dos “problemas” percebidos na implementação desses padrões e práticas decorre da “ignorância” desse propósito.
0
Você concorda?x

O acoplamento é uma das principais causas para dificuldades em evoluir software. Logo, maior fonte de custo. Dívidas técnicas associadas com acoplamento costumam ser as que cobram “juros” mais altos.

Tipos de acoplamento

All things are poison, and nothing is without poison; the dosage alone makes it so a thing is not a poison.

Paracelsus

Em termos práticos, o acoplamento “amarra” iniciativas e frentes de trabalho aumentando os custos de gestão por demandar atividades de sincronização e coordenação.

Há muitas formas de classificar o acoplamento. Entretanto uma das mais aceitas indica que acoplamento pode ser:

  • Operacional – quando um componente não consegue “funcionar” quando outro componente não está disponível;
  • Desenvolvimento – quando mudanças em um componente implica em mudanças coordenadas em outro;
  • Semântico – quando dois componentes atribuem e dependem significados comuns para determinados conceitos (por exemplo, com a implementação de núcleos compartilhados em DDD)
  • Funcional – quando dois componentes precisam trabalhar juntos por compartilhar uma “responsabilidade”
  • Incidental – quando dois componentes estão acoplados sem nenhuma “boa” razão (contratos de APIs)

Os tipos de acoplamento indicados acima não são excludentes.

Sempre que possível, evite a definição de núcleos compartilhados.

Uncoupling - Michael Nygard

Nesta palestra, Michael Nygard compartilha conceitos e insights sobre acoplamento, principalmente considerando sua inevitabilidade.

Acessar vídeo

Há também a classificação entre acoplamento estático – aquele que pode ser identificado a partir de análise estática – e acoplamento dinâmico – que é percebido em tempo de execução.

A busca pela melhoria contínua na arquitetura

A redução de custos no desenvolvimento de software, ao longo do tempo, pode ser obtida pela busca disciplinada e mitigação das fontes de acoplamento.

As práticas de arquitetura de software devem, continuamente:

  1. Procurar e explicitar acoplamentos latentes;
  2. Analisar os custos decorrentes dos acoplamentos identificados;
  3. Analisar trade-offs para determinar formas alternativas de acoplamento, mais baratas
  4. Projetar e acompanhar a implementação de “antídotos” para o acoplamento.

Software Architecture: The Hard Parts

Como o acoplamento fundamenta as decisões e práticas de arquitetura? Este é o tema central desse livro, mais do que recomendado,

Acessar livro

Acoplamento aferente e eferente

O acoplamento “nasce” de diversas formas, mas assume apenas duas naturezas genéricas distintas: aferente (incoming) e eferente (outcoming).

O acoplamento aferente de um artefato – seja ele um componente, classe, função, etc – surge quando este é referenciado por outro. Quando, por exemplo, o código de uma classe “A” faz referência ao código de uma classe “B”, diz-se que “B” tem um incremento em seu acoplamento aferente. Por outro lado, o acoplamento eferente de um artefato surge quando este demanda (ou depende) de outro.

Artefatos com acoplamento eferente mais alto “quebram” com mais frequência, pois, além de sua qualidade interna, são fortemente impactados pela qualidade interna de suas dependências.

Artefatos com acoplamento aferente alto são potenciais “pontos de falha” graves. Afinal de contas, problemas em sua qualidade interna afetam todos os que dele dependem.

Um indicador derivado das métricas de acoplamentos aferente e eferente é a instabilidade. Trata-se da proporção, em um determinado artefato, de acoplamento eferente em relação ao acoplamento total.

Quanto maior a instabilidade ponderada de um conjunto de artefatos, em um determinado módulo, maiores são as chances de “quebra”.

O “problema” das dependências externas

Em todo sistema relevante, há sempre um bocado de dependências para componentes externos. As dependências estabelecidas em componentes com maior acoplamento aferente têm, pelo menos em teoria, maior criticidade. Logo, demandam mais cuidados e gestão para mudança (atualização). Entretanto, esse “aumento do cuidado”, se implementado de maneira ingênua, tende ao aumento perigoso de “burocracia ruim”.
1
Você concorda?x

Quanto maior complexidade aferente uma dependência externa possuir, maior, também é a criticidade para sua manutenção e, também, maior a tentação para aumentar o “controle” sobre seu desenvolvimento, inclinando times, muitas vezes, a “reinventar a roda” ou, ainda mais impactante, trazer fornecedores para “dentro de casa”. Em grandes organizações, isso consiste em dificuldade para organização de times e, em casos extremos, tornam inquestionáveis a relevância da gestão de código envolvendo open sourcing ou inner sourcing.
0
Você concorda?x

Em grandes organizações há um “misto de emoções” com relação a “abertura” das dependências externas. Há quem considere arriscado em demasia “confiar” em padrões e tecnologias “fechadas”. Daí, aderem a política de somente utilizar tecnologias e padrões “abertos”. No outro extremo, há quem suspeite, muitas vezes por ignorância, da gestão do roadmap e das motivações das iniciativas mais abertas, optando por “marcas” no lugar de evidências (cover my ass strategy).

O “problema” do banco de dados monolítico

O banco de dados é componente importante na maioria das aplicações.

Tradicionalmente, grandes aplicações concentram as informações de todos os seus módulos em um mesmo banco de dados. Uma das justificativas é que isso simplifica a integração entre estes módulos. O “problema”, entretanto, é que junto com a potencial simplicidade de integração há o crescimento do acoplamento aferente. Afinal, falhas no banco de dados são cada vez mais impactantes na medida em que mais “módulos” compartilham dele.

A eventualidade de decomposição de um sistema em serviços, ou microsserviços, preservando o banco de dados monolítico potencializa o problema.

Há, no mercado, soluções de integração que envelopam o banco de dados, expondo informações a partir de um “serviço de dados”. Importante, entretanto, observar que, tais soluções, se implementadas de maneira ingênua, apenas transferem o acoplamento aferente do banco para o “serviço”, aumentando as chances de “vendor locking“. 
0
Você concorda?x

CQRS: Segregação combatendo o acoplamento

Muitas aplicações LOB (Line-Of-Business) são projetadas para agrupar componentes conforme sua função primária. Não raro, a estratégia adotada classifica componentes em apresentaçãonegócio (juntando aplicação e domínio) e infraestrutura.

Nessa visão os componentes de apresentação, que “interagem” com o usuário, integram ao sistema recebendo dados, através de viewmodels, e enviando dados, com inputmodels. Aliás, essa distinção forte entre inputmodels e viewmodels, embora aumente a complexidade (pelo incremento da dimensionalidade), é, muitas vezes, preferível a uma única DTO por aliviar o acoplamento aferente (de um objeto único), simplificando mudanças e, potencialmente, aumentando o evolvability.
0
Você concorda?x

Cabe a camada de aplicação “traduzir” os inputmodels em comandos que, na prática, são solicitações para modificações de estado (mudança de dados percebíveis no longo prazo). Aliás, essa “especialização”, permite também a distinção, quando necessário, de métricas de performance importantes para operações de longa duração, habilitando ênfase de response time para a aplicação e de throughput para o domínio, através da inclusão de um componente para mensageria.

Métricas de performance e componentização

Certifique-se de adotar métricas apropriadas de performance para cada natureza de operação.

Se uma operação demandar, ao mesmo tempo, controle tanto de response time quanto throughput, há claros indícios de revisão arquitetural.

Tal medida, aliás, reduz o acoplamento aferente do domínio, tranferindo-o para o mecanismo de mensageria que, geralmente, tem menos demanda para mudanças e é ser mais “estável” (protocolo AMQP não recebe alterações desde 2012).

O “pulo do gato” está em identificar que o “domínio” pode ser pesado demais para a composição de viewmodels e pode acabar sendo “penalizado” pelo crescimento do acoplamento aferente decorrente da “instabilidade” das consultas, comum em aplicações LOB. Eventualmente, não seria má ideia segregar modelos para aliviar tal acoplamento.
0
Você concorda com essa afirmação? Há algo a ponderar aqui?x

Esta segregação do negócio em modelos distintos para comandos e consultas (Command Query Responsibility Segregation – CQRS) literalmente “divide” o acoplamento aferente da camada de negócios em duas partes, aumentando o custo potencial de desenvolvimento, porém, geralmente, reduzindo o custo de manutenção, porém, aumentando o acoplamento aferente para o banco de dados.

Em cenários extremos, o próprio banco de dados pode ser “segregado” para funções de gravação e consulta (algo bem comum, se pensar na utilização de mecanismos de caching) com vistas a reduzir o acoplamento aferente desse componente, com impacto positivo na escala, mas negativo no custo.

Caching, mensageria e a escalabilidade

Mensageria e caching são chaves para sistemas escaláveis. Porém, aumentam a complexidade da solução pelo incremento da dimensionalidade.

Combatendo acoplamento com abstrações

Um dos principais recursos para a redução o acoplamento aferente, pelo menos do ponto de vista estático, é a introdução de abstrações. Ou seja, a substituição das dependências de implementações concretas por abstratas, como interfaces e/ou contratos.

A introdução de abstrações  – como delegates, high order functions, interfaces, classes abstratas e contratos de serviço – transfere o acoplamento das implementações concretas para estas abstrações. Geralmente, isso causa alívio de complexidade e viabiliza o isolamento mais efetivo das unidades, facilitando, entre outras coisas a escrita de testes automatizados. Entretanto, quando abstrações são criadas em demasia, cresce a dificuldade dos desenvolvedores para entender como os componentes se conectam no contexto dinâmico (durante a execução), aumentando o volume de carga cognitiva necessária para o trabalho e, consequentemente, custos de desenvolvimento.
0
Você concorda?x

As abstrações tendem a se tornar “difíceis de mudar” na medida em que o software vai sofrendo adaptações, com a criação de mais implementações concretas.

Entretanto, bem mais comum (e bem menos controlada) é a proliferação de artefatos “consumidores”, operando através de inversão de controle ou mecanismos de descoberta.

Essa “proliferação descontrolada”, aliás, é a justificativa para que aprimoramentos sejam explicitados em abstrações novas, de maneira a não quebrar contratos mais antigos e potencialmente não evidentes.

O volume de abstração também é uma métrica arquitetural interessante. De maneira simples, trata-se da proporção, em um determinado escopo, da quantidade de abstrações com relação a quantidade de implementações concretas.

 

O “lado ruim” da testabilidade

O “efeito colateral”, geralmente positivo, da testabilidade de um sistema é a redução do acoplamento aferente estático, pela introdução de abstrações, necessárias para a escrita de testes de unidade. O problema é que a introdução de abstrações implica em aumento da complexidade dinâmica que precisará ser compensada pela proteção contra regressões que os testes, em teoria, vão apoiar.
0
Você concorda?x

Artefatos instáveis, ainda em desenvolvimento, podem demandar atualizações nas abstrações que os representam que, como sabemos, tem complexidade aferente sempre maior. Por isso, com frequência é justificável postergar a inclusão de abstrações, mesmo sob pena de reduzir a testabilidade.
0
Você concorda?x

O “lado ruim” das APIs públicas

APIs públicas tem acoplamento aferente dinâmico difícil de medir. Entretanto, como se sabe, quanto mais bem sucedidas, geralmente maior será tal acoplamento e, consequentemente, maiores serão as dificuldades para evoluir. Essa é a razão principal para o versionamento eficiente dos contratos públicos, com políticas claras para descontinuidades.

Um “antídoto” para o problema das APIs públicas com acoplamento aferente muito grande é a segmentação das APIs em externas e internas. As APIs externas serão aquelas que irão atender publicamente demandas bem delimitadas, e internas, irão apenas expor funcionalidades e capabilities. Tal solução, entretanto, tem como custo o aumento da dimensionalidade e, em consequência da complexidade. Em sistemas maiores, quase sempre é necessário desenvolver algum mecanismo de mediação.
0
Você concorda com essa afirmação? Há algo a ponderar aqui?x

O “lado ruim” das arquiteturas event-driven

Outro “antídoto” comum para a complexidade aferente é adoção de comunicação através de eventos. Aliás, essa é uma “bomba” contra o acoplamento que, como tal, acaba tendo efeitos colaterais nem sempre desejáveis.

Sistemas baseados em eventos demandam o planejamento de coreografias, regulando o comportamento dinâmico, tremendamente difíceis de entender sem o suporte de documentação eficiente.

A alternativa é a introdução de componentes especificamente dedicados a orquestração, porém, estes, acabam comprometidos por terem alto acoplamento aferente.

 

Determinando o volume ideal de abstrações

Como já foi dito, transferir acoplamento aferente de algumas implementações concretas para abstrações pode simplificar a manutenabilidade dos sistemas, aprimorando o evolvability. Entretanto, abstrações em demasia, ou para artefatos errados, tornam sistemas mais difíceis de entender e caros para manter.
0
Você concorda?x

O volume ideal de abstrações tem relação direta com a instabilidade observada. Quando maior a instabilidade de um artefato, menor a necessidade de uma abstração que alivie seu acoplamento aferente. Por outro lado, artefatos com baixa instabilidade “gritam” por abstrações.

No gráfico indicado acima, artefatos que se posicionem no canto superior-direito se encaixam na zone of uselessness, ou seja, código tão abstrato que se converte em algo difícil de manter. No outro extremo, artefatos que se posicionem no canto inferior esquerdo estão na zone of pain, ou seja, acoplamento aferente extremamente elevado sem o “alívio” de abstrações que habilitem testabilidade e novas implementações.

A medida de desequilíbrio entre a instabilidade e o volume de abstrações de um software pode ser determinada pela distância da condição atual e a proporção adequada.

Algumas verdades inconvenientes

Um sistema não pode ser composto apenas por componentes estáveis. Partes do software que precisam ser adaptadas com mais frequência devem ser aquelas com menor acoplamento aferente e maior acoplamento eferente, logo, com menos abstrações.

Algumas implicações da análise do acoplamento são:

  • O frontend das aplicações é, geralmente, o conjunto de componentes que mais demanda adaptações, por isso, geralmente, não é bom local para soluções mais sofisticadas e abstrações inteligentes.
    0
    Você concorda?x
  • APIs externas, embora menos demandantes de adaptações, também precisam ser instáveis para a maioria dos domínios, por isso não devem ser projetadas para ter alto acoplamento aferente. Assim, quase sempre é preferível, por exemplo, desenvolver uma API externa para atender desktop e outra para dispositivos móveis, movendo a parte “estável” para uma camada de APIs internas.
    0
    Você concorda?x
  • Não “fechar” com algumas tecnologias – como bancos de dados, por exemplo – introduz a necessidade de abstrações que, naturalmente, tem complexidade aferente mais alta e acabam dificultando o evolvability.
    0
    Você concorda?x
  • Abstrações em demasia são demonstrações explícitas de ingenuidade inteligente.
    0
    Você concorda?x

Para toda jornada é necessário ter o nível adequado de “bagagem”

Acoplamento é inevitável mas, sem os cuidados adequados, pode atingir níveis insustentáveis. Criar “pontos de acoplamento” é fácil e, depois disso, remover é difícil.

Arquiteturas de software de qualidade são, acima de tudo, aquelas que evoluem mitigando necessidades para o acoplamento. Além disso, é parte das práticas de arquitetura de software monitorar e estabelecer estratégias para lidar com o acoplamento quando ele surgir. Entretanto, não ignoremos o fato que toda escolha implica em uma renúncia. Sempre haverão trade-offs. Nada é bom para tudo! Reduzir o acoplamento aferente implica, muitas vezes, em introduzir abstrações, o que aumenta a complexidade pela dimensionalidade e pela irreversibilidade.

 

// TODO

Antes de avançar para o próximo capítulo, recomendo as seguintes reflexões:

  • A estratégia de modularidade do software em que você está trabalhando colabora para a mitigação de causas para acoplamento?
  • Os testes automatizados estão “exigindo” abstrações de maneira razoável?
  • Que artefatos de sua solução tem alto nível de acoplamento aferente?
  • Os artefatos com acoplamento aferente tem níveis adequados de testes automatizados?
  • As abstrações com acoplamento aferente mais elevado tem estratégia clara de versionamento?

Referências bibliográficas

MARTIN, Robert. Clean Architecture: a craftsman’s guide to software structure and design. Portland, Or: Pearson Education, 2017. (Robert C. Martin Series).

MUNROE, Randall. Dependency Disponível em: https://xkcd.com/2347/. Acesso em: 03 mai. 2021.

MUNROE, Randall. Open Source Disponível em: https://xkcd.com/225/. Acesso em: 03 mai. 2021.

MUNROE, Randall. Sandboxing Cycle Disponível em: https://xkcd.com/2044/. Acesso em: 03 mai. 2021.

MUNROE, Randall. Shopping Team Disponível em: https://xkcd.com/309/. Acesso em: 04 mai. 2021.

RICHARDS, Mark; FORD, Neal. Fundamentals of Software Architecture: an engineering approach. Sebastopol, Ca: O’Reilly Media, Inc, 2020.

STACK OVERFLOW. Orchestration or Coreography. Disponível em: https://exco.me/3D83uqB. Acesso em: 2 maio 2021.

Compartilhe este capítulo:

Compartilhe:

Comentários

Participe da construção deste capítulo deixando seu comentário:

Inscrever-se
Notify of
guest
1 Comentário
Oldest
Newest Most Voted
Feedbacks interativos
Ver todos os comentários
Fabio
Fabio
3 meses atrás
Feedback no conteúdo deste capítulo Em todo sistema relevante, há sempre um bocado de dependências para componentes externos. As dependências estabelecidas em componentes com maior…" Ler mais »

Considerar trocar o gráfico acima por um gráfico mais intuitivo onde as letras X Z Y são substituídas por camadas comumente utilizadas no dia a dia. E.g. Frontend, Serviço, Domínio, etc.

Fundador e CEO da EximiaCo, atua como tech trusted advisor ajudando diversas empresas a gerar mais resultados através da tecnologia.

Mentorias

para arquitetos de software

Imersão, em grupo, supervisionada por Elemar Júnior, onde serão discutidos tópicos avançados de arquitetura de software, extraídos de cenários reais.

Consultoria e Assessoria em

Arquitetura de Software

EximiaCo oferece a alocação de um Arquiteto de Software em sua empresa para orientar seu time no uso das melhores práticas de arquitetura para projetar a evolução consistente de suas aplicações.

ElemarJúnior

Fundador e CEO da EximiaCo, atua como tech trusted advisor ajudando diversas empresas a gerar mais resultados através da tecnologia.

Podcast

Arquitetura de Software Online

55 51 9 9942 0609  |  me@elemarjr.com

+55 51 99942-0609 |  contato@eximia.co

+55 51 99942-0609  contato@eximia.co

1
0
Quero saber a sua opinião, deixe seu comentáriox
()
x