Hva er koderefaktorering, og hvorfor er det viktig for programvaren din?

Refaktoreringskode Det har blitt en av de oppgavene som alle utviklere vet de burde gjøre, men som ofte blir utsatt fordi «det ikke er tiden inne» eller «vi fikser det senere». Problemet er at «senere» nesten aldri kommer, og koden ender opp med å bli et veritabelt minefelt som er vanskelig å vedlikeholde.

I det daglige arbeidet med programvareutvikling, Vi bruker betydelig mer tid på å lese og forstå eksisterende kode enn å skrive nye ting fra bunnen av. Derfor er det viktig å lære hva kodeomstrukturering er, når man skal bruke det og hvordan man gjør det uten å ødelegge noe for å overleve i ethvert moderat stort prosjekt, og fremfor alt for å forhindre at kodebasen din blir et uhåndterlig monster.

Hva er egentlig kodeomstrukturering?

Når vi snakker om refaktorering, mener vi det endre den interne strukturen i koden uten å endre dens eksterne oppførselMed andre ord, etter refaktorering, skal applikasjonen fortsette å gjøre nøyaktig det samme fra brukerens synspunkt, men internt vil koden være tydeligere, enklere og lettere å utvide.

Tenk på refaktorering som i å organisere og pusse opp et hus uten å endre antall romDu flytter møbler, kaster ting du ikke bruker, omorganiserer skap og gjør alt mye mer komfortabelt å bo i, men huset er fortsatt det samme. I kode betyr dette å gi nytt navn til variabler, trekke ut funksjoner, dele store klasser, eliminere duplikater eller forbedre designet for å gjøre det mer vedlikeholdbart.

Et sentralt trekk ved refaktorering er at Det gjøres i svært små og trygge steg.Hver mikroendring må sørge for at systemet fungerer. Derfor er en rekke små transformasjoner lenket sammen, slik at man oppnår en betydelig forbedring uten at systemet noen gang har vært ødelagt i flere dager.

I sammenheng med faglig utvikling er refaktorering en disiplinert praksis: Det handler ikke om å bygge opp systemet fra bunnen av.Heller ikke bør nye funksjoner introduseres bare ved å si: «Siden vi allerede jobber med dette, la oss endre denne andre tingen.» Ny funksjonalitet følger ett spor, og interne designforbedringer følger et annet, selv om de noen ganger overlapper hverandre.

Videre er refaktorering nært knyttet til ideen om Ren, lesbar og bærekraftig kodeKode som fungerer, men er ugjennomsiktig, duplisert eller altfor kompleks, roper etter refaktorering, selv om den ennå ikke har mislyktes i produksjon.

Hvorfor kode forringes: koderåte, kodelukt og spaghettikode

Selv om et prosjekt starter «rent», med tiden Det er veldig lett for koden å forringes og for det som er kjent som å vises. koderot (programvareerosjon)Nytt press, endringer i krav, flere team som jobber med de samme delene, raske beslutninger for å klare seg ... alt dette setter sine spor.

Et av de mest kjente resultatene av denne nedbrytningen er spaghettikodeEn kodebase full av innviklede avhengigheter, vanskelige utførelseshopp, nestede betingelser og løkker overalt. Det er den typen kode der hver endring er skremmende fordi du aldri vet hva du kommer til å ødelegge.

Blant elementene som ofte gjør kode til kaos er misbrukte flythopp (som gamle GOTO-setninger), kompliserte for/while-strukturer og endeløse if-setningerNår mange også har «lappet» noe som allerede hadde feil, blir resultatet et sett med improviserte, dårlig sammenhengende og svært dyre løsninger som må gjennomgås.

Kalt kodelukt eller «kodelukt» Dette er nettopp tegnene på at noe ikke stemmer, selv om det fortsatt fungerer. De betyr ikke at programmet feiler, men snarere at det finnes indikasjoner på at strukturen kunne vært mye bedre, og at hvis vi ikke tar grep, vil kvaliteten fortsette å synke inntil selv det å prøve å endre den modulen blir et mareritt.

Blant disse vanlige luktene er duplisering av logikk, gigantiske klasser, ekstremt lange funksjoner, overdreven kobling eller navn som ikke forklarer noeÅ oppdage dem tidlig og refaktorere så snart de dukker opp er det som forhindrer at råtnekoden utvikler seg og til slutt krever en fullstendig omskriving eller en svært kostbar grundig gjennomgang av systemet.

De vanligste typene refaktorering

Refaktorering er ikke én enkelt teknikk, men et sett med fremgangsmåter du kan bruke avhengig av problemet du står overfor. Avhengig av hvor «lukten» er i kodenDu vil være interessert i den ene eller den andre typen refaktorering.

Strukturell refaktorering

Strukturell refaktorering fokuserer på forbedre applikasjonens interne arkitekturDette refererer til hvordan klasser, moduler og pakker er organisert og hvordan ansvaret er fordelt mellom dem. Målet er å øke samholdet innenfor hver komponent og redusere koblingen mellom ulike komponenter.

Denne typen refaktorering involverer oppgaver som dele en klasse som gjør alt inn i flere mindre klasser, flytte metoder dit de egentlig hører hjemme, omorganisere pakker eller introdusere nye, tydelige lag (for eksempel å skille domene, infrastruktur og presentasjon) for å gjøre fremtidige endringer mye enklere.

Refaktorering av duplikatkode

Dobbelthet er en av de vanligste luktene: kopier og lim inn lignende kodebiter på forskjellige steder Det virker raskt i starten, men det er ekstremt dyrt å vedlikeholde. Hver gang noe må endres, må du huske alle eksisterende sikkerhetskopier.

Refaktorering som tar sikte på å eliminere duplisering består vanligvis av uttrekksmetoder eller opprett gjenbrukbare funksjonerDette innebærer å introdusere vanlige klasser eller til og med nye abstraksjoner som konsoliderer repeterende atferd. På denne måten, når logikk må endres, trenger det bare å gjøres på ett punkt.

Refaktorisering av navn og variabler

En tilsynelatende enkel forandring, som Gi nytt navn til variabler, metoder eller klasser for å bedre uttrykke formålet deresEt godt navn kan forvandle forståelsen av en modul. Det sparer tid og reduserer sannsynligheten for feil på grunn av misforståelser.

I denne typen refaktorering gjennomgås kryptiske eller generiske identifikatorer som «data», «manager» eller «prosess», og erstattes med navn som tydelig angir hva hver del gjør. Moderne IDE-er gjør denne oppgaven mye enklere., ettersom de tillater automatisk og sikker navneendring gjennom hele prosjektet.

Designrefaktorering

Noen ganger er ikke problemet et navn eller en lang funksjon, men snarere at den overordnede designen ikke skalerer. Designrefaktorering har som mål å løse dette. revurdere klassehierarkier og forhold mellom komponenter for å legge til rette for utvidbarhet og redusere kompleksitet.

Dette kan innebære å innføre passende designmønstre, skille ansvar, innkapsle forretningsregler eller lage nye grensesnitt som tillater å legge til funksjonalitet uten å måtte berøre tusen steder. Tanken er å oppnå fleksibilitet uten å øke vanskeligheten med å forstå systemet..

Ytelsesorientert refaktorering

Selv om det ikke er den vanligste typen refaktorering, er det noen ganger prioriteten forbedre ytelsen til en kritisk del av applikasjonenI disse tilfellene utføres refaktorering med sikte på å redusere responstider eller ressursforbruk, samtidig som den samme funksjonelle oppførselen opprettholdes.

Denne typen endring er vanligvis basert på Målinger og ytelsesprofilerDet handler ikke om å «optimalisere i tilfelle», men om å fokusere innsatsen på de virkelige flaskehalsene og anvende velbegrunnede lokale forbedringer.

Reelle fordeler med å bruke refaktorering konsekvent

Refaktorering er ikke en mote eller et estetisk innfall: Det har svært spesifikke konsekvenser for programvarens levetid. og i det daglige arbeidet til utviklingsteamet. Når det gjøres gjennomtenkt og konsekvent, akkumuleres fordelene.

Kodelesbarhet og -forståelse

En av de mest synlige effektene av refaktorering er at Koden blir mye enklere å leseKorte, tydelige funksjoner, uttrykksfulle navn og enkle strukturer gjør det enkelt for enhver utvikler (selv en ny i prosjektet) å forstå hva som skjer uten å måtte løse gåter.

God lesbarhet forbedrer ikke bare produktiviteten, men også Det forenkler samarbeid og kodegjennomganger.Det reduserer misforståelser og bidrar til å gjøre designbeslutninger mer åpenbare med et raskt blikk.

Reduksjon av unødvendig kompleksitet

Over tid er det vanlig at programvare akkumuleres Spesielle forhold, raske oppdateringer og alternative ruter som øker den syklomatiske kompleksiteten. Refaktorering søker å redusere denne kunstige kompleksiteten, og opprettholde det minimum som er nødvendig for å løse problemet.

Å dele opp store funksjoner, unngå dyp nesting og bruke passende designmønstre gjør det mulig systemet blir mer forutsigbart og mindre utsatt for subtile feilfordi logikken forstås med et raskt blikk i stedet for at det krever arkeologisk forskning.

Enkel vedlikehold og utvidelse

I praksis går mesteparten av et prosjekts budsjett til vedlikehold: fikse feil, tilpasse systemet og legge til nye funksjonerEn godt refaktorert kode gjør at disse endringene kan gjøres med mindre innsats og mindre risiko for å ødelegge noe som fungerte.

Når kodebasen er fleksibel og velorganisert, Å introdusere nye funksjoner krever ikke at en halv modul skrives ommen ofte er det nok å legge til en ny klasse eller utvide en eksisterende atferd etter en tydelig struktur.

Feilforebygging og feilreduksjon

Selv om refaktorering alene ikke garanterer at det ikke vil være noen feil, Enklere, mer konsistent kode har vanligvis færre feil.Ved å eliminere overflødigheter, redusere innviklede betingelser og tydeliggjøre ansvarsområder, minimeres punktene der logiske feil kan skjule seg.

Videre tillater et mer forståelig system det feil oppdages tidligere og rettes raskeresiden det er mye enklere å finne den virkelige årsaken til en feil når strukturen ikke er i kaos.

Reduksjon av teknisk gjeld

Teknisk gjeld dukker opp hver gang man velger å en rask løsning som vi vet ikke er ideellDette gjøres vanligvis for å overholde tidsfrister eller for å fikse en presserende feil. Den «gjelden» betales senere, når enhver endring tar mer tid og innebærer mer risiko.

Kontinuerlig refaktorering fungerer som en mekanisme for gradvis betale ned den gjeldenved å rydde opp i det som tidligere ble implementert i all hast. På denne måten, i stedet for at prosjektet blir mer skjørt over tid, får det robusthet og tilpasningsevne.

Prinsipper og beste praksis ved refaktorering

For at refaktorering skal være virkelig effektivt, er det ikke nok å «fikse ting på sparket». Det er viktig å følge visse prinsipper og vaner. som holder prosessen under kontroll og reduserer risiko.

Opprettholdelse av intakt funksjonalitet

Den gylne regelen for refaktorering er at Systemets observerbare oppførsel endres ikkeHvis applikasjonen gjør noe annerledes etter en refaktorering, refaktorerer vi ikke, vi endrer funksjonalitet (noe som kan være nødvendig, men det er en annen historie).

Derfor er det så viktig å stole på automatisert testing og små steg. Enhver endring bør kunne verifiseres umiddelbart. for å forsikre seg om at ingenting er ødelagt i forhold til det som allerede fungerte.

Kontinuerlig refaktorering kontra engangsrefaktorering

Det er to hovedmåter å tilnærme seg refaktorering: som en daglig vane integrert i arbeidet eller som større, engangshandlinger. Den mest fornuftige tilnærmingen er vanligvis å kombinere begge deler.

I den kontinuerlige tilnærmingen, utviklerne De forbedrer små ting når de oppdager dem: gi nytt navn til en forvirrende metode, trekke ut en gjentatt funksjon, forenkle en altfor lang if-setning ... Det er en tankegang om å "etterlate koden litt bedre enn du fant den".

I punkt-for-punkt-tilnærmingen utføres planleggingen bredere refaktorering på spesielt problematiske områderFor eksempel en kritisk modul med mange feil eller en nøkkelkomponent hvis kompleksitet har skutt i været. Her er det vanligvis mer analyse og koordinering fordi endringene kan ha større innvirkning.

Forholdet mellom refaktorering og TDD (testdrevet utvikling)

Refaktorering og testdrevet utvikling (TDD) De går hånd i hånd naturligI TDD er den klassiske syklusen å først skrive en test som mislykkes (rød), implementere minimumskoden for å få den til å bestå (grønn), og deretter refaktorere den koden mens testene holdes grønne.

Denne tilnærmingen kan oppsummeres i mønsteret rød – grønn – refaktoreringTesting gir den nødvendige selvtilliten til å tørre å forbedre designet uten konstant frykt for å ødelegge noe. Uten et godt testnettverk blir refaktorering vanskelig og risikabelt, fordi enhver endring kan introdusere stille feil.

Verktøy og teknikker som forenkler refaktorering

I dag inkluderer de fleste integrerte utviklingsmiljøer (IDE-er) kraftige refaktoreringsverktøy: gi nytt navn symboler Gjennom hele prosjektet, uttrekking av metoder, flytting av klasser mellom pakker, introduksjon av variabler, invertering av betingelser, osv., alt med garantier om at referansene oppdateres riktig.

I tillegg til IDE-er, verktøy for statisk kodeanalyse Verktøy som SonarQube, ESLint og lignende programmer hjelper med å oppdage kodelukt, inkonsistente stiler eller farlige mønstre før de i det hele tatt når produksjon. Og Git-baserte samarbeidsplattformer (GitHub, GitLab osv.) lar deg gjennomgå disse endringene med pull/merge-forespørsler for å sikre at refaktoreringen gir mening.

Praktisk trinnvis refaktoreringsprosess

Utover teorien er det viktig å være tydelig på hvordan man skal tilnærme seg refaktorering i praksis uten å gjøre det til et sprang ut i tomrommet. Å følge en rekke fornuftige steg hjelper mye å opprettholde kontrollen.

1. Identifiser problemområder i koden

Det første steget er å identifisere hvilke deler av systemet det er verdt å investere innsats i. Kodelukter fungerer som en innledende veiledning: duplikatkode, veldig lange metoder, klasser som gjør alt, betingede strukturer som er umulige å følge, overdreven kobling, osv.

De kan også peke ut kandidatområder tilbakevendende feil, moduler der endringer alltid tar lang tid å gjøre Eller de delene av koden som alle unngår å berøre fordi «noe alltid går galt». Det er klare kandidater for en gjennomtenkt refaktorering.

2. Analyser virkningen og planlegg endringene

Før du tar saksen, er det lurt Forstå omfanget av refaktoreringHvilke deler av systemet er avhengige av den koden, hvilke risikoer finnes, og hvilke avbøtende strategier kan brukes. Å finjustere et isolert verktøy er ikke det samme som å endre kjernevirksomheten.

I denne fasen avgjøres det om refaktoreringen skal gjøres trinnvis over flere iterasjoner eller i en større blokk. hvilke tester er viktige og hvilke mellomliggende milepæler De kan fullføres gradvis for å unngå at systemet blir ustabilt.

3. Lag eller forsterk tester før refaktorering

Hvis én ting er klart, så er det at Refaktorering uten tester er som å spille russisk rulett.Før du begynner å fikse, må du sørge for at det finnes et rimelig sikkerhetsnett på plass: enhetstester, integrasjonstester eller til og med karakteriseringstester som dokumenterer gjeldende oppførsel.

I eldre kode uten tester er ett alternativ å bruke teknikker som Gyllen mesterRegistrer gjeldende inndata og utdata for å bekrefte at alt fortsetter å reagere på samme måte etter endringer. Godkjenningstester eller tilnærmingen med først å skrive enkle tester som etablerer observerbar atferd er også nyttige.

4. Dekomponer og forenkle funksjoner og klasser

Når det er bevissikkerhet, kan du begynne med noe veldig lønnsomt: dele lange metoder og altfor store klasser i mindre enheter med tydeligere ansvarsområder. Ofte forbedrer det alene klarheten betraktelig.

Målet er at hver funksjon skal gjøre én veldefinert ting, og at Klasser bør ikke være monstre som blander forretningslogikk, datatilgang og presentasjonEtter hvert som deler tas ut, oppstår det også muligheter for gjenbruk, og duplisering reduseres.

5. Gi nytt navn for klarhetens skyld

Når brikkene begynner å falle på plass, er det et godt tidspunkt å juster metode-, variabel- og klassenavn slik at de bedre gjenspeiler deres faktiske ansvar. Et korrekt navn er nærmest dokumentasjon i seg selv.

Nøkkelen er det Når man leser koden, blir «hva» og «hvorfor» åpenbare. uten å måtte søke gjennom dusinvis av linjer. Dette reduserer også behovet for overflødige kommentarer og minimerer feiltolkninger.

6. Eliminer død og overflødig kode

En annen viktig del av prosessen er å oppdage og rengjøre kode som ikke lenger brukes eller som har blitt foreldetFunksjoner uten referanser, flagg som ingen ser på, grener som er umulige å kjøre, osv. All den støyen tilfører kompleksitet uten å gi verdi.

Det er også på tide å forene dupliserte atferder på ett sted, og erstatte innlimte kopier med kall til en vanlig metode eller med nye abstraksjoner som bedre representerer problemdomenet.

7. Kjør tester etter hver liten endring

Under refaktorering, etter hvert viktig trinn, bør følgende gjøres: Kjør testene for å bekrefte at alt fortsatt fungerer.Tanken er å unngå å akkumulere store endringer uten å verifisere dem, slik at enhver feil enkelt kan tilskrives en spesifikk endring.

Denne verifiserte mikrosteppingsmetoden holder systemet i gang til enhver tid, og Unngå situasjoner der noe går i stykker, og det da er veldig vanskelig å vite hva som forårsaket det.fordi det har skjedd mange endringer underveis.

Verktøy og støtte for sikker refaktorering

Manuell refaktorering, der man endrer referanser én etter én, gir ingen mening nå for tiden. Moderne IDE-er er designet nettopp for å automatisere den mekaniske delen med refaktorering og minimering av dumme feil.

IDE med innebygd støtte for refaktorering

Miljøer som IntelliJ IDEA, Visual Studio eller Eclipse tilbyr intelligente refaktoreringsoperasjoner: gi nytt navn til symboler gjennom hele prosjektet, utvinne metoder og variabler, flytte klasser mellom pakker, introdusere grensesnitt, endre metodesignaturer og mye mer.

Disse verktøyene analyserer syntakstreet i koden og De oppdaterer alle referanser jevnlig.Dette sparer deg for feilutsatte manuelle søk og erstatninger. Dette oppmuntrer til hyppigere refaktorering fordi de mekaniske kostnadene reduseres betydelig.

Programtillegg, utvidelser og lintere

Hvis du bruker redigeringsprogrammer som Visual Studio Code, kan du utvide refaktoreringsmulighetene deres med spesifikke programtillegg for hvert språkUtvidelser som «Abracadabra» eller refaktoreringspakker for PHP, JavaScript osv. legger til kommandoer som automatiserer hyppige transformasjoner.

I tillegg brukes lintere og statiske analysatorer som ESLint, SonarQube eller tilsvarende verktøy for andre språk De påpeker duplikasjoner, overdreven kompleksitet, vond lukt og brudd på standarder som er perfekte utgangspunkt for en god refaktorering.

Versjonskontroll og samarbeidsplattformer

Når refaktorering gjøres som et team, er det viktig å stole på versjonskontrollplattformer som GitHub eller GitLabDer kan du opprette spesifikke grener for refaktorering, åpne sammenslåings-/pull-forespørsler og be om anmeldelser fra andre utviklere.

Denne flyten tillater det Designendringer diskuteres, valideres og integreres på en kontrollert måte.Med tydelige historikker og muligheten til å angre hvis noe går galt, slutter refaktorering å være en tilfeldig operasjon og blir en del av den vanlige utviklingssyklusen.

Refaktorering av eldre kode og oppretting av et sikkerhetsnett

Mye av en utviklers faktiske arbeid består av berøre eldre kode som han ikke skrev selvI dette scenariet er refaktorering et viktig verktøy for å kunne utvikle systemet uten at alt eksploderer.

Når man står overfor uprøvd eldre kode, finnes det i utgangspunktet to veier: forandre deg og kryss fingreneEller du kan først bygge et minimalt sikkerhetsnett med tester og deretter begynne med refaktorering. Det andre alternativet anbefales selvsagt hvis du vil ha ro i sjelen.

Dilemmaet er at det noen ganger er slik at man skal skrive disse testene Den eksisterende koden må endres noe. (For eksempel for å kunne injisere avhengigheter eller separate ansvarsområder). Dette skaper en slags ond sirkel: Jeg trenger tester for å endre koden, men jeg må endre koden for å kunne teste den.

For å bryte denne sirkelen, teknikker som Golden Master eller godkjenningstesteneDisse verktøyene lar deg fange opp gjeldende oppførsel og sikre at den ikke endres under refaktorering. Karakteriseringstester er også nyttige, ettersom de dokumenterer hvordan systemet faktisk oppfører seg i dag, selv om designet er forferdelig.

I sensitive miljøer er det vanlig å forsterke sikkerheten med programmering i parDette gjør at to personer kan gjennomgå eldre kode sammen mens de gjør endringer. Akkurat som i kompleks kirurgi er det ikke en god idé å operere alene når risikoen for å ødelegge noe viktig er høy.

Konseptuelt eksempel på refaktoreringsteknikker

For å illustrere dette, tenk deg en «Kalkulator»-klasse med en enorm metode som utfører flere operasjoner, skriver ut resultater, kombinerer beregninger og håndterer feil. Selv om den fungerer, finnes det flere kodelukter: Metoden er for lang, ansvarsområdene er blandet og det er lite gjenbruk..

En rimelig refaktorering ville innebære trekke ut hver operasjon i sin egen metode (legge til, trekke fra, multiplisere, dividere), slik at hovedmetoden bare orkestrerer kallene og viser resultatene. Ved å separere delene blir klassen mer lesbar, og det er trivielt å teste hver operasjon individuelt.

Derfra kunne man fortsette: Gi klassen eller metodene nytt navn for å gjøre dem mer uttrykksfulleIsoler presentasjonslogikken (utskrifter) fra beregningslogikken, introduser tydeligere feilhåndtering som divisjon med null osv. Hvert trinn opprettholder virkemåten, men designet får større klarhet og fremtidig utvidbarhet.

Dette eksemplet oppsummerer hva som stadig skjer i prosjekter i den virkelige verden: Det er ikke nødvendig å skrive alt på nytt fra bunnen avmen heller bruke små refaktoreringsteknikker på koden vi allerede har for gradvis å bringe den nærmere et sunnere design.

Gitt alt det ovennevnte, blir det tydeligere hvorfor refactoring ikke er en luksus, men en nødvendighet for ethvert prosjekt som ønsker å vare i mange år: Å holde koden din organisert, lesbar og fleksibel sparer deg tid.Det gjør fremtidige endringer raskere og tryggere, reduserer akkumulert teknisk gjeld og lar team samarbeide uten frykt på en kodebase som, i stedet for å råtne, forbedres med hver iterasjon.