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[读书笔记]编写可维护软件的10大原则（Java版）

  • xiaoli.wang 发布于 2020-06-30
  • 分类：Java / 编程技术
  • 阅读(19)
  • 评论(0)

[读书笔记]编写可维护软件的10大原则（Java版）

为什么要写这个总结

  1. 并不是原文的简单复制， 而是记录对原则的思考。特别是对于自己项目的一些反思。
  2. 原文是Java版本， 有一些规则是否非常符合我当前主力语言Python来使用？记录我的一些相关思考
  3. 排版原因，原文的代码讲解其实看的并不是非常明白。希望通过电子档更清晰明白的展示出来。加深自己的理解，也方便其他人学习

适用其他语言？

这本书的绝大部分思想都是非常合适其他语言的。只不过可能需要根据具体情况具体分析。

比如原则4要求“参数个数<=4”. 这一点非常适用Java，但是对于Python其实有更好的解决方案，一些很著名的开源类库也没有这样做。

但是比如编写短小、简单的代码单元，需要注意重用而不是复制黏贴代码，这些原则放到其他语言都是非常合适的。

备注： 代码单元 （Unit of Code）

可独立维护或者执行的最小代码集合。在Java之中代码单元就是方法或者构造函数。

原则1：编写短小的代码单元

要点：

  1. 代码长度 不超过15行
  2. 把超过15行长度的代码单元 拆分到15行以内
  3. 动机：短小的代码 容易理解、测试、重用

重构技巧1: 提取方法

原始代码：

public void start() {
    if (inProgress) {
        return;
    }
    inProgress = true;
    // Update observers if player died:
    if (!isAnyPlayerAlive()) {
        for (LevelObserver o: observers) {
            o.levelLost();
        }
    }
    // Update observers if all pellets eaten:
    if (remainingPellets() == 0) {
        for (LevelObserver o: observers) {
            o.levelWon();
        }
    }
}
 

重构1：把监控逻辑抽取出来

片段1

public void start() {
    if (inProgress) {
        return;
    }
    inProgress = true;
    updateObservers(); // 被重构抽取出来的函数
}
 

片段2

private void updateObservers() {
    // Update observers if player died:
    if (!isAnyPlayerAlive()) {
        for (LevelObserver o: observers) {
            o.levelLost();
        }
    }
    // Update observers if all pellets eaten:
    if (remainingPellets() == 0) {
        for (LevelObserver o: observers) {
            o.levelWon();
        }
    }
}
 

进一步重构：进一步拆分 updateObservers 

private void updateObservers() { // 被拆成了两个函数
    updateObserversPlayerDied();
    updateObserversPelletsEaten();
}
private void updateObserversPlayerDied() {
    if (!isAnyPlayerAlive()) {
        for (LevelObserver o: observers) {
            o.levelLost();
        }
    }
}
private void updateObserversPelletsEaten() {
    if (remainingPellets() == 0) {
        for (LevelObserver o: observers) {
            o.levelWon();
        }
    }
}
 

重构技巧2： 使用对象替代方法

原始代码：

public Board createBoard(Square[][] grid) {
    assert grid != null;
    Board board = new Board(grid);
    int width = board.getWidth();
    int height = board.getHeight();
    for (int x = 0; x < width; x++) {
        for (int y = 0; y < height; y++) {
            Square square = grid[x][y];
            for (Direction dir: Direction.values()) {
                int dirX = (width + x + dir.getDeltaX()) % width;
                int dirY = (height + y + dir.getDeltaY()) % height;
                Square neighbour = grid[dirX][dirY];
                square.link(neighbour, dir);
            }
        }
    }
    return board;
}
 

:point_up_2:上面这个方法一共18行，已经超过15行的标准。首先可以尝试把 10~13 行单独抽取成一个函数，比如 

public voide setLink(){
    // skip
}
 

但是会发现，需要传入的参数太多，可以把整体重构成一个类 BoardCreator 

class BoardCreator {
    private Square[][] grid;
    private Board board;
    private int width;
    private int height;
    BoardCreator(Square[][] grid) {
        // init ...
    }
    Board create() {
        for (int x = 0; x < width; x++) {
            for (int y = 0; y < height; y++) {
                Square square = grid[x][y];
                for (Direction dir: Direction.values()) {
                    setLink(square, dir, x, y);
                }
            }
        }
        return this.board;
    }
    private void setLink(Square square, Direction dir, int x, int y) {
        // ...
    }
}
 

:point_up_2: 上面这样重构的好处：

  1. 代码单元足够小
  2. 每个方法的入参个数也并没有很长

但也是有代价的：

  1. 整体代码行数大大增加了 （上面代码已经被我忽略了一些，还比原来的长）
  2. 个人感觉：阅读的复杂度似乎并没有降低， 反而提高。对于使用者来说， 难度可能差不多

原则2： 编写简单的代码单元

要点：

  1. 限制每个代码单元的分支的数量 <= 4
  2. 复杂代码单元拆分成简单的代码单元
  3. 动机：简单的代码单元易于修改与测试

解释：

原始代码：

public List < Color > getFlagColors(Nationality nationality) {
    List < Color > result;
    switch (nationality) {
        case DUTCH:
            result = Arrays.asList(Color.RED, Color.WHITE, Color.BLUE);
            break;
        case GERMAN:
            result = Arrays.asList(Color.BLACK, Color.RED, Color.YELLOW);
            break;
        case BELGIAN:
            result = Arrays.asList(Color.BLACK, Color.YELLOW, Color.RED);
            break;
        case FRENCH:
            result = Arrays.asList(Color.BLUE, Color.WHITE, Color.RED);
            break;
        case ITALIAN:
            result = Arrays.asList(Color.GREEN, Color.WHITE, Color.RED);
            break;
        case UNCLASSIFIED:
        default:
            result = Arrays.asList(Color.GRAY);
            break;
    }
    return result;
}
 

:point_up_2:上面代码之中， 使用 switch 做条件判断，本身逻辑还是很清晰的。但是如果还需要不断的添加新的国家的时候，如果忘记写 break 语句，返回的结果就错误了。这种小bug其实反而是我们日常主要的bug。

如何重构呢？重构的方法比较多，书上推荐的做法： 使用Map的数据结构 。 

private static Map < Nationality, List < Color >> FLAGS =
    new HashMap < Nationality, List < Color >> ();
static {
    FLAGS.put(DUTCH, Arrays.asList(Color.RED, Color.WHITE, Color.BLUE));
    FLAGS.put(GERMAN, Arrays.asList(Color.BLACK, Color.RED, Color.YELLOW));
    FLAGS.put(BELGIAN, Arrays.asList(Color.BLACK, Color.YELLOW, Color.RED));
    FLAGS.put(FRENCH, Arrays.asList(Color.BLUE, Color.WHITE, Color.RED));
    FLAGS.put(ITALIAN, Arrays.asList(Color.GREEN, Color.WHITE, Color.RED));
}
public List < Color > getFlagColors(Nationality nationality) {
    List < Color > colors = FLAGS.get(nationality);
    return colors != null ? colors : Arrays.asList(Color.GRAY);
}
 

:point_up_2:如上， 这样分支点的数量就不是线性增加， 而是常量 2 了。

书中还提到了可以定义一个 Flag 接口，然后各个国家的国旗实现这个接口的方法。 比如： 

public interface Flag {
    List < Color > getColors();
}
public class DutchFlag implements Flag {
    public List < Color > getColors() {
        return Arrays.asList(Color.RED, Color.WHITE, Color.BLUE);
    }
}
 

如果仅仅是针对这个例子， 我觉得这种方法不一定合适，因为这个数据结构很简单。 但是如果数据结构比较复杂， 我觉得这样才能体现出优势。

思考：

PS: 这个思考是个人的思考，并不是书上的内容。

1) 如果有的业务就是这样多的 if-else 分支。对其进行拆分也不能减小复杂度、或者减少分支点啊？

我想起之前同事展示的财务的相关代码。可能有20+个 if-else 分支。之前在做电商相关业务，计算物流费用的时候也遇到类似的场景。即使是在我们的API代码之中， 比如确定按照哪个维度进行Group就7~8个分支点。

是否有解决方案呢？ 一个可能的方案拆分方法：拆分成两种。即：

  1. 按照属性维度（比如所属产品、日期）
  2. 按照广告指标维度（比如：所属账户、Campaign、Ad）进行聚合(Group)

2) 分支覆盖率的测试，我感觉重点还是分支条件之间是否独立

比如类似 switch 这种分支点， 大部分情况下可能还是可以忍受的。因为毕竟分支点是线性增加，而且条件之间相互应该是独立的。 最难测试的是条件有先后顺序的情况 。

原则3：不写重复代码

要点：

  1. 不要复制代码
  2. 应该编写可重用的代码，或者调用已有的代码。
  3. 动机：bug只需要在一个地方修复。

重构方法

  1. 首先想到的是提取方法；但若是一个方法是另一个类的私有方法怎么办？
  2. 这时应当将提取的方法放到一个工具类中。
  3. 如果重复代码（6行以上完全相同）已不存在，但代码相似，具有相同的逻辑，这时应该考虑提取父类。

思考

1) 如何处理长文本？甚至需要对长文本做一些细微的调整？

比如有一些比较复杂的SQL，不同的SQL可能只是统计的指标或者Group的字段不太一样。这种情况跟具体使用的语言无关。比较好的方法：

  1. 提取方法，通过字符串追加或者参数变换的方式组装SQL
  2. 使用模板引擎进行SQL组装

如果使用Python进行SQL模板拼装的话， 可以尝试一下 jinjasql 这个类库。

原则4： 保持代码单元的接口简单

要点：

  • 限制每个代码单元的 参数不超过4个
  • 应该将 多个参数提取成对象
  • 动机：更容易理解与重用

举例：

private voide render(int x, int y, int w, int h) {
    // skip
}
 

上面的 x,y,w,h 是长方形的坐标与长宽。可以如下重构： 

public class Rectangle{
    // skip
}
 
private voide render(Rectangle) {
    // skip
}
 

好处：在Java之中，如果多个参数一起传入，就需要很仔细的不要把参数位置弄混。特别是类型相同的情况之下。

对于Python就要好很多了，入参的时候可以指定关键字，这样即使参数位置调整了，在调用的时候也不需要很辛苦的修改调用代码。而且Python这种动态语言，编译的时候都无法检查出来。

比如我们项目之中一个拼接SQL的进行查询的函数。

def read_toutiao_performance_stat_report(
         start_day, end_day, 
         filters_source=None, group_by_key=None,
         filters_bu=None, filters_app=None, filters_account=None,
         filters_campaign_id=None,
         filters_geo=None, filters_adset_id=None, by="daily", to_dollar=False,
         limit=None):
    pass
 

↑ 主要分成好几组：

  • 时间
    • start_day / end_day
  • 过滤条件
    • filters_xxxx
  • group 条件
    • group_by_key
  • 其他：
    • by: 控制读取的是分天还是分时表
    • to_dollar: 控制最终是用人民币还是美元单位
    • limit: 每次多少条数据

调用方式：

dataset = fetch_report(
    start_day, end_day, filters_source=None,
    group_by_key=group_by_key,
    filters_bu=filters_bu, filters_app=filters_app,
    filters_account=filters_account,
    filters_campaign_id=filters_campaign_id,
    filters_adset_id=filters_adset_id,
    filters_geo=filters_geo, by=by, to_dollar=to_dollar,
    limit=limit)
 

这样就不会引起混乱了。

备注：这一条可能对Java比较适用，Python很多类库都有很长的参数列表，比如Pandas的 read_excel 函数： 

def read_excel(
    io,
    sheet_name=0,
    header=0,
    names=None,
    index_col=None,
    usecols=None,
    squeeze=False,
    dtype=None,
    engine=None,
    converters=None,
    true_values=None,
    false_values=None,
    skiprows=None,
    nrows=None,
    na_values=None,
    keep_default_na=True,
    verbose=False,
    parse_dates=False,
    date_parser=None,
    thousands=None,
    comment=None,
    skipfooter=0,
    convert_float=True,
    mangle_dupe_cols=True,
    **kwds,
):
    pass
 

原则5~7： 架构、组件松耦合

具体略

原则8：保持小规模代码库

要点：

  • 保持代码库规模尽可能小
  • 控制代码库增长，主动减少系统代码体积
  • 动机： 拥有小型代码库是成功的因素之一

动机

  1. 大型代码库容易失败
  2. 大型代码库更加难以维护
  3. 大型系统会出现更密集的缺陷

如何执行？

功能层面：

  • 控制需求蔓延：不要做无用的需求
  • 功能标准化：将相似而又略有区别的功能合并，提供复用程度

技术层面：

  • 不要复制代码
  • 重构已有代码：
    • 重新梳理代码、简化结构、删除代码冗余以及重用度
    • 也有仅仅删除一些无用的过期的功能
  • 使用第三方库和框架：
    • 不要重复造轮子
    • 也不要去改造轮子（除非你的改造被合并到开源类库之中）

原则9：自动化开发部署和测试

要点：

  • 对你的代码进行自动化测试
  • 通过测试框架编写自动化测试
  • 动机：大大降低风险

感触

想说爱你不容易

备注：

原文标题：Automated Tests 。即仅仅是自动化测试。

原则10：编写简洁的代码

要点：

  • 编写简洁的代码
  • 不要留下坏味道
  • 动机：简洁的代码才是可维护的代码

7条开发人员“童子军军规”

  1. 不要编写单元级别的代码坏味道。
    1. 具体参考前面几个原则
  2. 不要编写不好的注释
    1. 看了书上举的例子也不是很明白。但是力求简明清晰
  3. 不要注释代码。
    1. 比如有一段代码不用了，不要通过注释掉来保留而是应该彻底删除。因为Git/SVN都能恢复回来
  4. 不要保留废弃代码。
    1. 方法中无法到达的代码
    2. 无用的私有方法
    3. 注释中的方法
  5. 不要使用过长的标识符名称。 
    GlobalProjectNamingStrategyConfiguration
  6. 不要使用魔术常量。
  7. 不要使用未正确处理的异常。推荐做法：
    1. 捕获一切异常：记录系统所有失败的行为并加以改进
    2. 捕获特定的异常：
      1. 为了追踪某些特定事件，就应该单独捕获特定的异常
      2. 不要直接Throwable、 Exception、RuntimeException
    3. 展示给终端用户之前，先将特定异常信息转成通用信息。
      1. 终端用户完全看不懂
      2. 也不安全：提供了过多的内部信息

感触

这一条我感觉放在最后是最合适的，因为这一条才是最难最难的。

这个需要开发人员的经验积累，培养良好的习惯，跟自己的懒惰作斗争。

脑图

图片来源：https://zhuanlan.zhihu.com/p/81777441

[读书笔记]编写可维护软件的10大原则（Java版）

参考资料：

  • 英文版PDF: http://www.java1234.com/a/javabook/javabase/2016/0315/5817.html
  • 2016 Presentation Slides

[读书笔记]编写可维护软件的10大原则（Java版）

原文 

https://www.flyml.net/2020/06/30/building-maitainable-software-java/

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