在人工智能迅速发展的今天，大型语言模型（LLM）在代码生成领域展现出巨大潜力，同时也暴露了传统软件开发中的一些长期存在的缺陷：代码混乱、难以安全修改，且底层机制往往不够透明。针对这些问题，麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）的研究人员正在探索一条更加'模块化'的发展路径。
传统软件开发的困境
现代软件开发面临的核心挑战是'功能碎片化'。以Instagram为例，添加一个'share'按钮的功能并不只存在于单一服务中，而是分散在处理发布、通知、用户认证等多个代码模块中。这些分散的代码片段必须仔细对齐，任何改动都可能在不经意间引发其他地方的副作用。
MIT电气工程与计算机科学教授、CSAIL副主任Daniel Jackson将这种现象描述为'功能碎片化'，指出这是软件可靠性的主要障碍。他解释道：'我们今天构建软件的方式，功能不是局部化的。你想理解'sharing'如何工作，却必须在三四个不同地方寻找它，当你找到它时，连接关系又隐藏在低级代码中。'
创新解决方案：概念与同步
为了解决这一挑战，MIT的研究团队提出了'概念'（concepts）和'同步'（synchronizations）的创新组合。
概念：功能模块化
'概念'将单一、连贯的功能单元（如分享、点赞、关注）及其状态和可执行操作打包在一起。每个概念都设计为完全独立且干净的功能模块，类似于微服务架构，但更加模块化。
同步：交互规则
'同步'则从更高层次描述这些概念之间的交互方式。开发者可以使用一个小型领域特定语言（DSL）直接阐明这些连接关系，而不是编写混乱的低级集成代码。在这个DSL中，规则简单明了：一个概念的操作可以触发另一个概念，从而确保一个状态的变化能够与另一个状态保持同步。
Eagon Meng，EECS博士生、CSAIL成员以及新同步DSL的设计者表示：'我们相信软件应该是可读的，并以我们的理解方式编写：我们希望概念映射到熟悉的现象，同步则代表我们对它们结合时发生事情的直觉。'
技术优势与实际应用
提升软件透明度
这种方法的显著优势在于提高了软件的透明度。Jackson指出：'这是一种使软件中的连接关系可见的方式。今天，我们将这些连接隐藏在代码中。但如果你能明确看到它们，你就可以在更高层次上推理软件。你仍然必须处理功能交互的固有复杂性，但现在它是公开的，而不是分散和模糊的。'
LLM友好的编程方式
由于同步是显式和声明式的，它们可以被分析、验证，当然也可以由LLM生成。这为更安全、自动化的软件开发打开了大门，AI助手可以在不引入隐藏副作用的情况下提出新功能。
实际案例研究
在案例研究中，研究人员将点赞、评论和分享等功能分别分配给单个概念。没有这种模式时，这些功能分散在许多服务中，难以定位和测试。使用概念与同步方法后，每个功能变得集中且可读，而同步则精确描述了概念之间的交互方式。
研究还展示了同步如何处理常见关注点，如错误处理、响应格式化或持久存储。同步可以一次性处理这些细节，确保整个系统的一致性，而不是在每个服务中嵌入这些细节。
领域特定语言（DSL）的设计
为了使同步规则能够被LLM可靠生成，团队设计了一个小型DSL。这个DSL允许开发者以简洁、明确的方式表达概念之间的交互规则，无需编写复杂的低级代码。
Meng解释道：'为什么我们不能像读一本书一样阅读代码？我们希望软件是以我们的理解方式编写的。DSL的设计目标是使同步规则既易于人类理解，又易于AI工具生成。'
更广阔的应用前景
这种方法的应用前景不仅限于单一系统。同步可以协调分布式系统，保持不同服务器上的副本同步，或允许共享数据库干净地交互。通过弱化同步语义，可以在保持架构层面清晰度的同时实现最终一致性。
Jackson看到了软件开发中更广泛的文化转变潜力。一个想法是创建'概念目录'，即经过充分测试的领域特定概念共享库。应用开发可以不再是从头开始缝合代码，而是选择正确的概念并编写它们之间的同步规则。'概念可能成为一种新的高级编程语言，同步则是用该语言编写的程序。'
行业专家评价
这一创新方法得到了行业专家的高度评价。弗吉尼亚大学副教授Kevin Sullivan（未参与研究）表示：'为人类使用而构建基于底层计算机器抽象的软件，给世界带来了难以理解、使用成本高昂、令人沮丧甚至危险的软件。其影响（如在医疗保健领域）是毁灭性的。Meng和Jackson颠覆了这一模式，坚持在人类理解的抽象基础上构建交互式软件，他们称之为'概念'。他们将表达性数学逻辑与自然语言相结合来指定这些有目的的抽象，为验证其含义、将它们组合成系统以及将其精炼为适合人类使用的程序提供了基础。这是软件设计理论和实践中的一个崭新且重要的方向。'
兰卡斯特大学荣誉教授、华盛顿大学附属教职员工Thomas Ball补充道：'多年来，我们一直需要更好的方式来描述和指定我们希望软件做什么。LLM生成代码的能力只是加剧了规范的需求。Meng和Jackson的概念设计工作提供了一种有希望的方式，以模块化方式描述我们对软件的期望。他们的概念和规范非常适合与LLM配对，以实现设计者的意图。'
未来发展方向
展望未来，研究人员希望他们的工作能够影响行业和学术界在AI时代对软件架构的思考。Jackson表示：'如果软件要变得更加可信，我们需要编写使其意图透明的方式。概念与同步是实现这一目标的一步。'
更高级的方向也在探索中。同步可以用于协调分布式系统，处理跨多个服务器副本的同步，或管理共享数据库之间的交互。通过调整同步语义，可以在保持架构清晰度的同时实现不同的一致性模型。
对软件开发文化的潜在影响
这种方法可能带来的不仅仅是技术上的进步，还有软件开发文化的转变。Jackson设想的未来是：'概念目录'将成为标准实践，开发者不再需要从零开始构建功能，而是可以组合和重用经过验证的概念。
这种转变将使软件开发更加接近于其他工程学科，其中可重用组件和标准接口是常态。它还可能降低软件开发的门槛，使更多非专业开发者能够构建可靠的应用程序。
结论
MIT研究人员提出的概念与同步方法代表了一种软件开发的范式转变，通过将系统分解为独立的概念模块和明确的同步规则，不仅提高了软件的可读性和可靠性，还为AI辅助编程提供了新的可能性。这种方法有望解决现代软件开发中的功能碎片化问题，使软件更加透明、可维护，并为更安全、自动化的软件开发开辟道路。
随着AI技术在编程领域的应用不断深入，这种基于概念与同步的模块化方法可能成为未来软件开发的主流范式，推动整个行业向更高效、更可靠的方向发展。正如Jackson所言：'如果软件要变得更加可信，我们需要编写使其意图透明的方式。概念与同步是实现这一目标的一步。'
