怎么写出一份令人惊叹的设计文档

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一份好的设计文档需要提供清晰的问题描述、整体的概要设计、涵盖各个细节的详细设计等。

这篇有趣的英文小短文通过一个简单的小例子介绍了Google工程师是怎么写设计文档的。本文为中文翻译。原文链接如下：https://luanjunyi.medium.com/how-do-i-write-engineering-design-docs-in-google-an-example-f19febe0297c

写文档是我在谷歌学到的最重要的技能之一。在谷歌，文档被用来讨论问题、作为真实的信息源、组织知识。在我工作过的其他公司中，没有一家对如何使用文档进行协作有这样深刻的理解。

这篇文章就是关于我在谷歌如何写设计文档的一个例子，这是一个真实的项目，用于在新冠疫情期间控制健身房现场人数。即使在新冠疫情结束后不需要预约健身房了，也可以访问GitHub上的源代码[1]。为了让这篇文章更有趣，现在每个人都可以在谷歌文档[2]上进行评论，而且谷歌文档的格式也比Medium支持的要好。

— 1 —

问题描述

在新冠疫情期间，要求健身房控制现场会员总数，要求会员在去健身房之前先在网站上预订。预约需要提前两天，从午夜开始。例如，2021年04月01日的预订将在当地时间2021年03月30日00:00 AM开放。

这个健身房里的游泳池提供的位置非常有限。我尝试了好几次，都没能预定到早上6点的时间，后来工作人员告诉我，由于需求量很大，必须在午夜预订。但是熬夜到半夜会打乱我的生物钟，所以我没法接受。

而且我觉得雇人做这件事也很不好，因为在内心深处，我认为早睡是健康高效生活方式的核心习惯，用金钱剥夺别人的好习惯是不道德的。在被告知没有别的办法之后，我决定写一个程序来为我做预订。

我个人认为用机器人来做工作是对别人的不公平，所以我对这个决定一点儿也没感到自豪。相反，我认为健身房应该提高一些场地的价格。但这显然超出了设计文档的范围，而且是非常主观的想法。

— 2 —

需求

自动提前两天在半夜预订健身房
程序启动后不需要人工交互，应该具有容错性，能够进行合理的重试
可以在Mac电脑上运行
用户可以指定用户名、密码、预约的项目、日期和时间等

不在考虑范围内：

只提前1或2天预订，或当天预订
容忍操作系统或网络问题
在预约服务器停止运行后还要能够工作
在网站结构（HTML）改变后，还要能够工作

— 3 —

概要设计

浏览器自动化 vs 模拟请求

浏览器自动化是指通过程序来控制真实的浏览器，并在GUI上自动化操作。模拟请求是指让程序通过HTTP与服务器交互，这个程序就像是一个Web浏览器（而不是控制一个浏览器）。

考虑到下面几点，我认为浏览器自动化比模拟请求更好：

[优点] 浏览器自动化启动了一个真实的浏览器实例，所以我们知道程序运行时发生了什么，它使调试和开发更加容易。
[优点] 网站需要JavaScript加载控件，而这较难通过编程实现，可能需要控制一些渲染引擎。
[缺点] 浏览器自动化依赖于HTML结构，而模拟请求依赖于HTTP API，API相对稳定，不太可能改变。

显然利大于弊。

系统概述

Selenium[3]是一个提供浏览器自动化解决方案的软件库。我们的程序将用Python编写，并通过Python API控制Selenium，Selenium则通过它的Gecko驱动程序控制Firefox。

Caffeinate[4]是一个阻止操作系统进入睡眠状态的程序。如果系统休眠，程序将无法在半夜运行。

— 4 —

详细设计

用户输入

用户名、密码、日期等都是从命令行参数中输入的。

重试

程序将捕获所有异常（页面未加载等）并重试100次直到预订成功，成功的预订通过确认DOM元素进行识别。

浏览器选择

我们需要使用主流浏览器之一。我考虑并测试了Chrome、Firefox和Safari，Safari和Chrome都需要额外的步骤来使用相应的Selenium驱动程序，所以我选择了Firefox。它也需要一些来自操作系统设置的认证，但只需要在最初几次确认就可以了。

日志

程序自动执行浏览器操作，就像是由用户发起的一样。本质上，它将在循环中执行以下操作：

查找某个元素
对元素进行操作（输入文本、选择选项或单击）
等待预期结果，然后返回1

因此，每个日志记录将有两项内容：

执行了什么
在等待什么

这样的日志记录将使调试变得容易。

保持电脑持续运行

如果操作系统在程序启动到午夜之间进入休眠状态，则程序在午夜就无法运行了，Caffeinate可以防止这种情况发生。它是一个命令行工具，我们在Python中把它作为子进程启动：

subprocess.Popen([‘caffeinate’, ‘-d’, ‘-w’, ‘%d’ % os.getpid()])

定位控制

Selenium提供了一组方法[5]来访问特定的DOM元素，其中xpath的表达能力最强。因此，我们将使用find_element_by_xpath来定位DOM元素，如按钮、输入框等。

只要有可能，我们宁愿依赖DOM的内部文本来定位它们。相对于DOM结构和属性（类名等），内部文本的优势并不是说它不太可能更改，而是如果它们发生更改，更容易调试。当然，我们必须对DOM结构做一些假设，比如我们需要点击class='control'分区（div）下的class='logon'的第二个按钮。

等待页面加载

在发送每个HTTP请求后，程序需要等待加载页面（通常是2~5秒，是的，这个站点很慢）。这是由WebDriverWait API[6]完成的。例如，以下代码将等待120秒，直到<button ng-reflect-router-link= ' /Appointments ' >被加载并成为可被点击的按钮。

book_btn = WebDriverWait(driver, 120).until(EC.element_to_be_clickable((By.XPATH, “//button[@ng-reflect-router-link=’/Appointments’]”)))

如果按钮在120秒内加载失败，将引发异常。

更多的实现细节

选择正确的日期。假设我们想预定4月14日，我们无法在预订日历上选择文本为‘14’的单元格，因为3/14的单元格有类似的属性。当前月份的单元格必须包含有class cal-in-month。

调整月份。预订日历显示的是当月的当天，而不是我们打算预订的月份。如果两天后就是下个月，这就会有问题。因此，我们必须添加另一个步骤实现在这个边界情况下选择正确的月份。

— 5 —

操作流程

假设我想预订4月14日的游泳池，需要在4月11日的任意时间运行以下命令：

python book.py --username xxxxxx --password xxxxxx --day 14 --time ‘5:00 PM’ --sport small_pool

程序将每休眠1秒钟被唤醒检查一次时间，这个检查不会有任何明显的CPU消耗。Caffeinate将阻止操作系统进入睡眠状态，直到午夜时分。

在4月12日午夜，它将启动Firefox浏览器，并自动完成预订。之后，Caffeinate进程和主进程都将退出，操作系统将正常进入休眠状态。

4月12日的早上，我会看一下日志，看看预订是否成功。

一个有趣的事实

竞争确实非常激烈，通常在第1分钟预约就结束了。每个时段总共只有6个名额，毫无疑问，在早上6点预订是不可能的。