《重构:改善既有代码的设计》读书笔记

作者: 我没有三颗心脏 | 来源:发表于2019-06-08 10:01 被阅读11次

前言： 捧读像这一类的书对于自己来说总带着一些神圣感，感谢自己并没有被这么宏大的主题吓退，看完了这里分享输出一下自己的笔记。

一、理解重构

什么是重构？

按书中 P45 中的说法，重构这个概念被分成了动词和名词的方面被分别阐述：

重构（名词）： 对软件内部结构的一种调整，目的是在不改变软件可观察行为的前提下，提高其可理解性，降低其修改成本。
重构（动词）： 使用一系列重构手法，在不改变软件可观察行为的前提下，调整其结构。

在过去的几十年时间里，重构这个词似乎被用来代指任何形式的代码清理，但上面的定义所指的是一种特定的清理代码的方式。重构的关键在于运用大量微小且保持软件行为的步骤，一步一步达成大规模的修改。

每一次的重构要么很小，要么包含了若干个小步骤，即使重构没有完成，也应当可以在任何时刻停下来，所以如果有人说它们的代码在重构过程中有一两天时间不可用，基本上可以确定，他们做的事不是重构。

与性能优化的区别

重构与性能优化有很多相似的地方：两者都需要修改代码，并且两者都不会改变程序的整体功能。

两者的差别在于起目的：

重构是为了让代码 “更容易理解，更容易修改”。这可能使程序运行得更快，也可能使程序运行的更慢。
性能优化则只关心程序是否运行的更快。对于最终得到的代码是否容易理解和维护就不知道了。

为什么重构？

重构不是包治百病的灵丹妙药，也绝对不是所谓的“银弹”。重构只是一种工具，能够帮助你始终良好的控制代码而已。使用它，可能基于下面的几个目的。

这里有一个有意思的科普（引用自百度百科：没有银弹
）：在民俗传说里，所有能让我们充满梦靥的怪物之中，没有比狼人更可怕的了，因为它们会突然地从一般人变身为恐怖的怪兽，因此人们尝试着查找能够奇迹似地将狼人一枪毙命的银弹。我们熟悉的软件项目也有类似的特质（以一个不懂技术的管理者角度来看），平常看似单纯而率直，但很可能一转眼就变成一只时程延误、预算超支、产品充满瑕疵的怪兽，所以，我们听到了绝望的呼唤，渴望有一种银弹，能够有效降低软件开发的成本，就跟电脑硬件成本能快速下降一样。

1. 改进软件的设计

当人们只为短期目的而修改代码时，他们经常没有完全理解架构的整体设计。于是代码逐渐失去了自己的结构。程序员越来越难以通过阅读代码来理解原来的设计。代码结构的流失有累积效应。越难看出代码所代表的设计企图，就越难以保护其设计，于是设计就腐败得越快。

完成同样一件事，设计欠佳的程序往往需要更多代码，这常常是因为代码在不同的地方使用完全相同的语句做同样的事情，因此改进设计的一个重要方向就是消除重复代码。消除重复代码，我就可以确定所有事物和行为在代码中只表述一次，这正是优秀设计的根本。

2. 使软件更容易理解

所谓程序设计，很大程度上就是与计算机对话：我编写代码告诉计算机做什么，而它的响应是按照我的指示精确行动。一言以蔽之，我所做的就是填补“我想要它做什么”和“我告诉它做什么”之间的缝隙。编程的核心就在于“准确说出我想要的”。

然而别忘了，除计算机之外，源码还有其他读者，并且很大概率还是几个月后的自己，如何更清晰地表达我想要做的，这可能就需要一些重构的手法。

这里我联想到了软件设计的 KISS 原则：KISS 原则，Keep It Simple and Stupid ，简单的理解这句话就是，要把一个系统做的连白痴都会用。

3. 帮助找到 BUG

对代码的理解，可以帮助找到系统中存在的一些 BUG。搞清楚程序结构的同时，也可以对自己的假设做一些验证，这样一来 BUG 想不发现都难。

Kent Beck 经常形容自己的一句话是：“我不是一个特别好的程序员，我只是一个有着一些特别好的习惯的还不错的的程序员。”重构能够帮助我们更有效地写出健壮的代码。

4. 提高编程速度

听起来可能有些反直觉，因为重构可能会花大量的时间改善设计、提高阅读性、修改 BUG，难道不是在降低开发速度嘛？

软件开发者交谈时的故事：一开始他们进展很快，但如今想要添加一个新功能需要的时间就要长得多。他们需要花越来越多的时间去考虑如何把新功能塞进现有的代码库，不断蹦出来的bug修复起来也越来越慢。代码库看起来就像补丁摞补丁，需要细致的考古工作才能弄明白整个系统是如何工作的。这份负担不断拖慢新增功能的速度，到最后程序员恨不得从头开始重写整个系统。

下面这幅图可以描绘他们经历的困境。

但有些团队的境遇则截然不同。他们添加新功能的速度越来越快，因为他们能利用已有的功能，基于已有的功能快速构建新功能。

两种团队的区别就在于软件的内部质量。需要添加新功能时，内部质量良好的软件让我可以很容易找到在哪里修改、如何修改。良好的模块划分使我只需要理解代码库的一小部分，就可以做出修改。如果代码很清晰，我引入 BUG 的可能性就会变小，即使引入了 BUG，调试也会容易得多。理想情况下，代码库会逐步演化成一个平台，在其上可以很容易地构造与其领域相关的新功能。

这种现象被作者称为“设计耐久性假说”：通过投入精力改善内部设计，我们增加了软件的耐久性，从而可以更长时间地保持开发的快速。目前还无法科学地证明这个理论，所以说它是一个“假说”。

20年前，行业的陈规认为：良好的设计必须在开始编程之前完成，因为一旦开始编写代码，设计就只会逐渐腐败。重构改变了这个图景。现在我们可以改善已有代码的设计，因此我们可以先做一个设计，然后不断改善它，哪怕程序本身的功能也在不断发生着变化。由于预先做出良好的设计非常困难，想要既体面又快速地开发功能，重构必不可少。

什么时候重构？

三次法则：
第一次做某件事时只管去做；第二次做类似的事会产生反感，但无论如何还是可以去做；第三次再做类似的事，你就应该重构。

什么时候不应该重构？

重构并不是必要，当然也有一些不那么需要重构的情况：

不需要修改，那些丑陋的代码能隐藏在一个 API 之下。 只有当我需要理解其工作原理时，对其进行重构才会有价值；
重写比重构容易。 这可能就需要良好的判断力和丰富的经验才能够进行抉择了。

二、重构的几种姿势

预备性重构：让添加新功能更容易

重构的最佳时机就在添加新功能之前。在动手添加新功能之前，我会看看现有的代码库，此时经常会发现：如果对代码结构做一点微调，我的工作会容易得多。也许已经有个函数提供了我需要的大部分功能，但有几个字面量的值与我的需要略有冲突。如果不做重构，我可能会把整个函数复制过来，修改这几个值，但这就会导致重复代码—如果将来我需要做修改，就必须同时修改两处（更麻烦的是，我得先找到这两处）。而且，如果将来我还需要一个类似又略有不同的功能，就只能再复制粘贴一次，这可不是个好主意。

这就好像我要往东去100公里。我不会往东一头把车开进树林，而是先往北开20公里上高速，然后再向东开100公里。后者的速度比前者要快上3倍。如果有人催着你“赶快直接去那儿”，有时你需要说：“等等，我要先看看地图，找出最快的路径。”这就是预备性重构于我的意义。

——Jessica Kerr

修复bug时的情况也是一样。在寻找问题根因时，我可能会发现：如果把3段一模一样且都会导致错误的代码合并到一处，问题修复起来会容易得多。或者，如果把某些更新数据的逻辑与查询逻辑分开，会更容易避免造成错误的逻辑纠缠。用重构改善这些情况，在同样场合再次出现同样bug的概率也会降低。

帮助理解的重构：使代码更易懂

我需要先理解代码在做什么，然后才能着手修改。这段代码可能是我写的，也可能是别人写的。一旦我需要思考“这段代码到底在做什么”，我就会自问：能不能重构这段代码，令其一目了然？我可能看见了一段结构糟糕的条件逻辑，也可能希望复用一个函数，但花费了几分钟才弄懂它到底在做什么，因为它的函数命名实在是太糟糕了。这些都是重构的机会。

看代码时，我会在脑海里形成一些理解，但我的记性不好，记不住那么多细节。正如 Ward Cunningham 所说，通过重构，我就把脑子里的理解转移到了代码本身。随后我运行这个软件，看它是否正常工作，来检查这些理解是否正确。如果把对代码的理解植入代码中，这份知识会保存得更久，并且我的同事也能看到。

重构带来的帮助不仅发生在将来——常常是立竿见影。是我会先在一些小细节上使用重构来帮助理解，给一两个变量改名，让它们更清楚地表达意图，以方便理解，或是将一个长函数拆成几个小函数。当代码变得更清晰一些时，我就会看见之前看不见的设计问题。如果不做前面的重构，我可能永远都看不见这些设计问题，因为我不够聪明，无法在脑海中推演所有这些变化。Ralph Johnson说，这些初步的重构就像扫去窗上的尘埃，使我们得以看到窗外的风景。在研读代码时，重构会引领我获得更高层面的理解，如果只是阅读代码很难有此领悟。有些人以为这些重构只是毫无意义地把玩代码，他们没有意识到，缺少了这些细微的整理，他们就无法看到隐藏在一片混乱背后的机遇。

捡垃圾式重构

帮助理解的重构还有一个变体：我已经理解代码在做什么，但发现它做得不好，例如逻辑不必要地迂回复杂，或者两个函数几乎完全相同，可以用一个参数化的函数取而代之。这里有一个取舍：我不想从眼下正要完成的任务上跑题太多，但我也不想把垃圾留在原地，给将来的修改增加麻烦。如果我发现的垃圾很容易重构，我会马上重构它；如果重构需要花一些精力，我可能会拿一张便笺纸把它记下来，完成当下的任务再回来重构它。

当然，有时这样的垃圾需要好几个小时才能解决，而我又有更紧急的事要完成。不过即便如此，稍微花一点工夫做一点儿清理，通常都是值得的。正如野营者的老话所说：至少要让营地比你到达时更干净。如果每次经过这段代码时都把它变好一点点，积少成多，垃圾总会被处理干净。重构的妙处就在于，每个小步骤都不会破坏代码——所以，有时一块垃圾在好几个月之后才终于清理干净，但即便每次清理并不完整，代码也不会被破坏。

有计划的重构和见机行事的重构

上面的例子——预备性重构、帮助理解的重构、捡垃圾式重构——都是见机行事的：我并不专门安排一段时间来重构，而是在添加功能或修复 BUG 的同时顺便重构。这是我自然的编程流的一部分。不管是要添加功能还是修复 BUG，重构对我当下的任务有帮助，而且让我未来的工作更轻松。这是一件很重要而又常被误解的事：重构不是与编程割裂的行为。你不会专门安排时间重构，正如你不会专门安排时间写 if 语句。我的项目计划上没有专门留给重构的时间，绝大多数重构都在我做其他事的过程中自然发生。

还有一种常见的误解认为，重构就是人们弥补过去的错误或者清理肮脏的代码。当然，如果遇上了肮脏的代码，你必须重构，但漂亮的代码也需要很多重构。在写代码时，我会做出很多权衡取舍：参数化需要做到什么程度？函数之间的边界应该划在哪里？对于昨天的功能完全合理的权衡，在今天要添加新功能时可能就不再合理。好在，当我需要改变这些权衡以反映现实情况的变化时，整洁的代码重构起来会更容易。

长久以来，人们认为编写软件是一个累加的过程：要添加新功能，我们就应该增加新代码。但优秀的程序员知道，添加新功能最快的方法往往是先修改现有的代码，使新功能容易被加入。所以，软件永远不应该被视为“完成”。每当需要新能力时，软件就应该做出相应的改变。越是在已有代码中，这样的改变就越显重要。

不过，说了这么多，并不表示有计划的重构总是错的。如果团队过去忽视了重构，那么常常会需要专门花一些时间来优化代码库，以便更容易添加新功能。在重构上花一个星期的时间，会在未来几个月里发挥价值。有时，即便团队做了日常的重构，还是会有问题在某个区域逐渐累积长大，最终需要专门花些时间来解决。但这种有计划的重构应该很少，大部分重构应该是不起眼的、见机行事的。

长期重构

大多数重构可以在几分钟—最多几小时—内完成。但有一些大型的重构可能要花上几个星期，例如要替换一个正在使用的库，或者将整块代码抽取到一个组件中并共享给另一支团队使用，再或者要处理一大堆混乱的依赖关系，等等。

即便在这样的情况下，我仍然不愿让一支团队专门做重构。可以让整个团队达成共识，在未来几周时间里逐步解决这个问题，这经常是一个有效的策略。每当有人靠近“重构区”的代码，就把它朝想要改进的方向推动一点。这个策略的好处在于，重构不会破坏代码—每次小改动之后，整个系统仍然照常工作。例如，如果想替换掉一个正在使用的库，可以先引入一层新的抽象，使其兼容新旧两个库的接口。一旦调用方已经完全改为使用这层抽象，替换下面的库就会容易得多。（这个策略叫作Branch By Abstraction[mf-bba]。）

复审代码时重构

至于如何在代码复审的过程中加入重构，这要取决于复审的形式。在常见的pull request模式下，复审者独自浏览代码，代码的作者不在旁边，此时进行重构效果并不好。如果代码的原作者在旁边会好很多，因为作者能提供关于代码的上下文信息，并且充分认同复审者进行修改的意图。对我个人而言，与原作者肩并肩坐在一起，一边浏览代码一边重构，体验是最佳的。这种工作方式很自然地导向结对编程：在编程的过程中持续不断地进行代码复审。

三、坏代码长什么样？

这让我想起之前在捧读《阿里巴巴 Java 开发手册》时学习的代码规范的问题（传送门）
，只不过当时学习的是好的代码应该长什么样，而现在讨论的事情是：坏的代码长什么样？

其实大部分的情况应该作为程序员的我们都有一定的共识，所以我觉得简单列一下书中提到的情况就足以说明：

神秘命名
重复代码
过长函数
过长参数列表
全局数据： 全局数据的问题在于，从代码库的任何一个角落都可以修改它，而且没有任何机制可以探测出到底哪段代码做出了修改。一次又一次，全局数据造成了一些诡异的 BUG，而问题的根源却在遥远的别处。
可变数据： 对数据的修改经常导致出乎意料的结果和难以发现的 BUG。我在一处更新数据，却没有意识到软件中的另一处期望着完全不同的数据。
发散式变化： 模块经常因为不同的原因在不同的方向上发生变化。
散弹式修改： 每遇到某种变化，你都必须在许多不同的类内做出许多小修改。
依恋情结： 所谓模块化，就是力求将代码分出区域，最大化区域内部的交互、最小化跨区域的交互。但有时你会发现，一个函数跟另一个模块中的函数或者数据交流格外频繁，远胜于在自己所处模块内部的交流。
数据泥团： 你经常在很多地方看到相同的三四项数据：两个类中相同的字段、许多函数签名中相同的参数。
基本类型偏执： 很多程序员不愿意创建对自己的问题域有用的基本类型，如钱、坐标、范围等。
重复的 switch： 在不同的地方反复使用相同的 switch 逻辑。问题在于：每当你想增加一个选择分支时，必须找到所有的 switch，并逐一更新。
循环语句： 我们发现，管道操作（如 filter 和 map）可以帮助我们更快地看清被处理的元素一级处理它们的动作。
冗余的元素
夸夸其谈通用性： 函数或类的唯一用户是测试用例。
临时字段： 有时你会看到这样的类：其内部某个字段仅为某种特定情况而定。这样的代码让人不理解，因为你通常认为对象在所有时候都需要它的所有字段。在字段未被使用的情况下猜测当初设置它的目的，会让你发疯。
过长的消息链
中间人： 过度运用委托。
内幕交易： 软件开发者喜欢在模块之间筑起高墙，极其反感在模块之间大量交换数据，因为这会增加模块间的耦合。在实际情况里，一定的数据交换不可避免，但我们必须尽量减少这种情况，并把这种交换都放到明面上来。
过大的类
异曲同工的类
纯数据类： 所谓纯数据类是指：他们拥有一些字段，以及用于访问（读写）这些字段的函数，除此之外一无长物。纯数据类常常意味着行为被放在了错误的地方。也就是说，只要把处理数据的行为从客户端搬移到纯数据类里来，就能使情况大为改观。
被拒绝的遗赠： 拒绝继承超类的实现，我们不介意：但如果拒绝支持超类的接口，这就难以接受了。
注释： 当你感觉需要纂写注释时，请先尝试重构，试着让所有注释都变得多余。

四、重构的一些方法

书中花了大量的章节介绍我们应该如何重构我们的程序，有几个关键的点是我自己能够提炼出来的：找出代码中不合理的地方、结构化、容易理解、测试确保正确。总之围绕这几个点，书中介绍了大量的方法，下面结合自己的一些理解来简单概述一下吧。

结构化代码

结构化的代码更加便于我们阅读和理解，例如最常使用的重构方法：提炼函数

动机：把意图和实现分开

 void printOwing(double amount) {
     printBanner();
     //print details
     System.out.println ("name:" + _name);
     System.out.println ("amount" + amount);
 }

 void printOwing(double amount) {
     printBanner();
     printDetails(amount);
 }
 void printDetails (double amount) {
     System.out.println ("name:" + _name);
     System.out.println ("amount" + amount);
 }

更清楚的表达用意

要保持软件的 KISS 原则是不容易的，但是也有一些方法可以借鉴，例如：引入解释性变量

动机：用一个良好命名的临时变量来解释对应条件子句的意义，使语义更加清晰。

 if ( (platform.toUpperCase().indexOf("MAC") > -1) &&
     (browser.toUpperCase().indexOf("IE") > -1) &&
      wasInitialized() && resize > 0 )
{
     // do something
}

   final boolean isMacOs     = platform.toUpperCase().indexOf("MAC") > -1;
   final boolean isIEBrowser = browser.toUpperCase().indexOf("IE")  > -1;
   final boolean wasResized  = resize > 0;
   if (isMacOs && isIEBrowser && wasInitialized() && wasResized) {
       // do something
   }

另外由于 lambda 表达式的盛行，我们现在有一些更加优雅易读的方法使我们的代码保持可读：以管道取代循环就是这样一种方法。

   const names = [];
   for (const i of input) {
      if (i.job === "programer")
         names.push(i.name);
   }

   const names = input
      .filter(i => i.job === "programer")
      .map(i => i.name)
   ;

合理的组织结构

例如上面介绍的提炼函数的方法，固然是一种很好的方式，但也应该避免过度的封装，如果别人使用了太多间接层，使得系统中的所有函数都似乎只是对另一个函数的简单委托（delegation），造成我在这些委托动作之间晕头转向，并且内部代码和函数名称同样清晰易读，那么就应该考虑内联函数。

动机：①去处不必要的间接性；②可以找出有用的间接层。

 int getRating() {
     return (moreThanFiveLateDeliveries()) ? 2 : 1;
 }
 boolean moreThanFiveLateDeliveries() {
     return _numberOfLateDeliveries > 5;
 }

 int getRating() {
     return (_numberOfLateDeliveries > 5) ? 2 : 1;
 }

合理的封装

封装能够帮助我们隐藏细节并且，能够更好的应对变化，当我们发现我们的类太大而不容易理解的时候，可以考虑使用提炼类的方法。

动机：类太大而不容易理解。

 class Person {
     get officeAreaCode() { return this._officeAreaCode; }
     get officeNumber() { return this._officeNumber; }
 }

 class Person {
     get officeAreaCode() { return this._telephoneNumber.areaCode; }
     get officeNumber() { return this._telephoneNumber.number; }
 }
 class TelephoneNumber {
     get areaCode() { return this._areaCode; }
     get number() { return this._number; }
 }

反过来，如果我们发现一个类不再承担足够责任，不再有单独存在的理由的时候，我们会进行反向重构：内敛类

 class Person {
     get officeAreaCode() { return this._telephoneNumber.areaCode; }
     get officeNumber() { return this._telephoneNumber.number; }
 }
 class TelephoneNumber {
     get areaCode() { return this._areaCode; }
     get number() { return this._number; }
 }

 class Person {
     get officeAreaCode() { return this._officeAreaCode; }
     get officeNumber() { return this._officeNumber; }
 }

简化条件表达式

分解条件式： 我们能通过提炼代码，把一段「复杂的条件逻辑」分解成多个独立的函数，这样就能更加清楚地表达自己的意图。

     if (date.before (SUMMER_START) || date.after(SUMMER_END))
         charge = quantity * _winterRate + _winterServiceCharge;
     else charge = quantity * _summerRate;

     if (notSummer(date))
         charge = winterCharge(quantity);
     else charge = summerCharge (quantity);

另外一个比较受用的一条建议就是：以卫语句取代嵌套条件式。根据经验，条件式通常有两种呈现形式。第一种形式是：所有分支都属于正常行为。第二种形式则是：条件式提供的答案中只有一种是正常行为，其他都是不常见的情况。

精髓是：给某一条分支以特别的重视。如果使用 if-then-else 结构，你对 if 分支和 else 分支的重视是同等的。这样的代码结构传递给阅读者的消息就是：各个分支有同样的重要性。卫语句（guard clauses）就不同了，它告诉阅读者：「这种情况很罕见，如果它真的发生了，请做一些必要的整理工作，然后退出。」

「每个函数只能有一个入口和一个出口」的观念，根深蒂固于某些程序员的脑海里。我发现，当我处理他们编写的代码时，我经常需要使用 Replace Nested Conditional with Guard Clauses。现今的编程语言都会强制保证每个函数只有一个入口，至于「单一出口」规则，其实不是那么有用。在我看来，保持代码清晰才是最关键的：如果「单一出口」能使这个函数更清楚易读，那么就使用单一出口；否则就不必这么做。

 double getPayAmount() {
   double result;
   if (_isDead) result = deadAmount();
   else {
       if (_isSeparated) result = separatedAmount();
       else {
           if (_isRetired) result = retiredAmount();
           else result = normalPayAmount();
       };
   }
 return result;
 };

 double getPayAmount() {
   if (_isDead) return deadAmount();
   if (_isSeparated) return separatedAmount();
   if (_isRetired) return retiredAmount();
   return normalPayAmount();
 };

自我测试代码

如果认真观察程序员把最多时间耗在哪里，你就会发现，编写代码其实只占非常小的一部分。有些时间用来决定下一步干什么，另一些时间花在设计上面，最多的时间则是用来调试（debug)。每个程序员都能讲出「花一整天（甚至更多）时间只找出一只小小臭虫」的故事。修复错误通常是比较快的，但找出错误却是噩梦一场。当你修好一个错误，总是会有另一个错误出现，而且肯定要很久以后才会注意到它。彼时你又要花上大把时间去寻找它。

「频繁进行测试」是极限编程（ extreme programming XP）[Beck, XP]的重要一环。「极限编程」一词容易让人联想起那些编码飞快、自由而散漫的黑客（hackers)，实际上极限编程者都是十分专注的测试者。他们希望尽可能快速开发软件，而他们也知道「测试」可协助他们尽可能快速地前进。

在重构之前，先保证一组可靠的测试用例（有自我检验的能力），这不仅有助于我们检测 BUG，其中也有一种以终为始的思想在里面，实际上，我们可以通过编写测试用例，更加清楚我们最终的函数应该长什么样子，提供什么样的服务。

结束语

感谢您的耐心阅读，以上就是整个学习的笔记了。

重构不是一个一蹴而就的事，需要长期的实践和经验才能够完成得很好。重构强调的是 Be Better，那在此之前我们首先需要先动起手来搭建我们的系统，而不要一味地“完美主义”，近些时间接触的敏捷式开发也正是这样的一种思想。

如果有兴趣阅读，这里只找到一份第一版可以在线阅读的地方，请自行食用吧：https://www.kancloud.cn/sstd521/refactor/194190

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