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  • 追求代码质量: 用代码度量进行重构

    http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-cq05306/index.html
    在我上中学的时候,有一位英语教师说:“写作就是重写别人已经 重写过的东西。” 直到大学,我才真正理解了他这句话的意思。而且,当我自觉地采用这个实践的时候,就开始喜欢上了写作。我开始为我写的东西自豪。我开始真正在意我的表达方式和要传达的内容。

    当我开始开发人员生涯时,我喜欢阅读有经验的专家编写的技术书籍,而且想知道为什么他们花这么多时间编写代码。那时,编写代码看起来是件容易的工作 —— 有些人(总是比我级别高的人)会给我一个问题,而我会用任何可行的方法解决它。

    直到我开始与其他开发人员合作大型项目,才开始理解我的技能的真正意义所在。我也就在这个时候起,开始有意识地关心我编写的代码,甚至关心起其他人 编写的代码。现在我知道了,如果不注意代码质量,那么迟早它们会给我造成一团乱麻。

    恍然大悟的一刻出现在 1999 年底,那时我正在阅读 Martin Fowler 那本影响重大的书 Refactoring: Improving the Design of Existing Code重构:改进现有代码的设计),这本书对一系列重构模式进行分类,并由此建立了重构的公共词汇。在此之前,我一直都在重构我的代码(或者其他人的代码),但是却不知道自己做的就是重构。现在,我开始为我编写和重构的代码感到更加自豪,因为我做的工作正是在促进代码的编写方式并让它们日后更易维护。

    什么是重构?

    按照我的观点,重构就是改进已经改进的 代码的行为。实际上,重构是个永不停止的代码编写过程,它的目的是通过结构的改进而提高代码体的可维护性,但却不 改变代码的整体行为。重要的是要记住重构与重写 代码明显不同。

    重写代码会修改代码的行为甚至合约,而重构保持对外接口不变。对于重构方法的客户机来说,看不到区别。事情像以前一样工作,但是工作得更好,主要是因为增强的可测试性或者明显的性能提升。

    主动和被动重构

    主动和被动重构

    那么问题就变成了“我怎么才能知道什么时候该进行重构呢?” 一段代码的可维护性是个主观的问题。但是,我们中的多数人都会发现,维护自己编写的代码要比维护其他人编写的代码容易得多。但在这点上也有争议 —— 在整个职业生涯中维护自己的代码是最大挑战。没有几个真正的 “代码牛仔” 足够幸运地能够不断地变换工作,而不必修改其他人的代码。对于我们中的多数人来说,必须维护其他人的代码恰恰是程序员生活的一部分。决定代码是否需要重构的方法,通常是主观的。

    但是,也有可能客观地判断代码是否应当重构,不论是自己的代码还是别人的代码。在 这个系列前面的文章中,我介绍了如何用代码度量客观地测试代码质量。实际上,可以用代码度量很容易地找出可能难以维护的代码。一旦客观地判断出代码中有问题,那么就可以用方便的重构模式改进它。

    提取方法模式

    Martin Fowler 的书出版之后的几年中,增加了许多新的重构模式分类;但是,迄今为止最容易学习的模式,也可能是最有效的模式,仍然是提取方法(Extract Method) 模式。在这个模式中,方法的一个逻辑部分被移除,并被赋予自己的方法定义。现在被移走的方法体被新方法的调用代替,如图 1 的 UML 图所示:

    图 1. 提取方法模式实践
    图 1. 提取方法模式实践

    提取方法模式提供了两个关键好处:

    • 原来的方法现在更短了,因此也更容易理解。
    • 移走并放在自己方法中的逻辑体现在更容易测试。

    降低圈复杂度

    在使用的时候,对于被高度圈复杂度值感染的方法来说,提取方法是一剂良药。您可能会记得,圈复杂度通过度量方法的路径数量;所以,可以认为如果提取 出其中一些路径,重构方法的整体复杂性会降低。

    例如,假设在运行了像 PMD 这样的代码分析工具之后,结果报告显示其中一个类包含的一个方法有较高的圈复杂度值,如图 2 所示:

    图 2. 圈复杂度值高达 23!
    图 2. 圈复杂度值高达 23!

    在仔细查看了这个方法之后,发现这个方法过长的原因是使用了太多的条件逻辑。正如我以前在这个系列中指出的(请参阅 参考资料),这会增加方法中产生缺陷的风险。谢天谢地,updateContent() 方法还有个测试用例。即使已经认为这个方法有风险,测试也会减轻一些风险。
    另一方面,测试已经精心地编写成可以测试 updateContent() 方法中的 23 个路径。实际上,好的规则应当是:应当编写至少 23 个测试。而且,要想编写一个测试用例,恰好能隔离出方法中的第 18 个条件,那将是极大的挑战!

    小就是美

    是否真的要测试长方法中的第 18 个条件,是个判断问题。但是,如果逻辑中包含真实的业务值,就会想到测试它,这个时候就可以看到提取方法模式的作用了。要把风险降到最小很简单,只需把条件逻辑分解成更小的片段,然后创建容易测试的新方法。

    例如,updateContent() 方法中下面的这小段条件逻辑创建一个状态 String。如清单 1 所示,逻辑的隔离看起来足够简单:

    清单 1. 条件逻辑成熟到可以进行提取

    //...other code above
    
    String retstatus = null;
    if ( lastChangedStatus != null && lastChangedStatus.size() > 0 ){
     if ( status.getId() == ((IStatus)lastChangedStatus.get(0)).getId() ){
      retstatus = "Change in Current status";
     }else{
      retstatus = "Account Previously Changed in: " + 
        ((IStatus)lastChangedStatus.get(0)).getStatusIdentification();
     }
    }else{
      retstatus = "No Changes Since Creation";
    }
    
    //...more code below

    通过把这一小段条件逻辑提取到简洁的新方法中(如清单 2 所示),就做到了两件事:一,把 updateContent() 方法的整体复杂性降低了 5;二,逻辑的隔离很完整,可以容易地对它进行测试。

    清单 2. 提取方法产生 getStatus

    private String getStatus(IStatus status, List lastChangedStatus) {
      String retstatus = null;
      if ( lastChangedStatus != null && lastChangedStatus.size() > 0 ){
        if ( status.getId() == ((IStatus)lastChangedStatus.get(0)).getId() ){
          retstatus = "Change in Current status";
        }else{
          retstatus = "Account Previously Changed in: " + 
            ((IStatus)lastChangedStatus.get(0)).getStatusIdentification();
        }
      }else{
        retstatus = "No Changes Since Creation";
      }
      return retstatus;
    }

    现在可以把 updateContent() 方法体中的一部分替换成对新创建的 getStatus() 方法的调用,如清单 3 所示:
    清单 3. 调用 getStatus

    //...other code above
    
    String iStatus = getStatus(status, lastChangedStatus);
    
    //...more code below

    请记住运行现有的测试,以验证什么都没被破坏!

    测试私有方法

    您将注意到在 清单 2 中定义的新 getStatus() 方法被声明为 private。这在想验证隔离的 方法的行为的时候就形成了一个有趣的挑战。有许多方法可以解决这个问题:

    • 把方法声明成 public。
    • 把方法声明成 protected,并把测试用例放在同一个包中。
    • 在父类中建立一个内部类,这个内部类是个测试用例。

    还有另一个选择:保留方法现有的声明不变(即 private),并采用优秀的 JUnit 插件项目来测试它。

    PrivateAccessor 类

    JUnit 插件项目有一些方便的工具,可以帮助 JUnit 进行测试。其中最有用的一个就是 PrivateAccessor 类,它把对 private 方法的测试变成小菜一碟,无论选择的测试框架是什么。PrivateAccessor 类对 JUnit 没有显式的依赖,所以可以把它用于任何测试框架,例如 TestNG。

    PrivateAccessor 的 API 很简单 —— 向 invoke() 方法提供方法的名称(作为 String)和方法对应的参数类型和相关的值(分别在 Class 和 Object 数组中),就会返回被调用方法的值。在幕后,PrivateAccessor 类实际上利用 Java 的反射 API 关闭了对象的可访问性。但是请记住,如果虚拟机有定制的安全性设置,那么这个工具可能无法正确工作。

    在清单 4 中,调用 getStatus() 方法时两个参数值都设置为 null。invoke() 方法返回一个 Object,所以要转换成 String。还请注意 invoke() 方法声明它要 throws Throwable,必须捕获异常或者让测试框架处理它,就像我做的那样。

    清单 4. 测试私有方法

    public void testGetStatus() throws Throwable{
      AccountAction action = new AccountAction();
    
      String value = (String)PrivateAccessor.invoke(action,
          "getStatus", new Class[]{IStatus.class, List.class},
           new Object[]{null, null});
    
      assertEquals("should be No Changes Since Creation", 
        "No Changes Since Creation", value);
    }

    请注意 invoke() 方法被覆盖成可以接受一个 Object 实例(如清单 4 所示)或一个 Class(这时期望的 private 方法也是 static 的)。

    还请记住,使用反射调用 private 方法会对生成的结果带来一定程度的脆弱性。如果有人改变了 getStatus() 方法的名字,以上测试就会失败;但是,如果经常测试,就可以迅速地进行适当的修正。

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