重構(gòu)（Refactoring）就是在不改變軟件現(xiàn)有功能的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整程序代碼改善軟件的質(zhì)量、性能，使其程序的設(shè)計模式和架構(gòu)更趨合理，提高軟件的擴展性和維護性。

　　也許有人會問，為什么不在項目開始時多花些時間把設(shè)計做好，而要以后花時間來重構(gòu)呢？要知道一個完美得可以預(yù)見未來任何變化的設(shè)計，或一個靈活得可以容納任何擴展的設(shè)計是不存在的。系統(tǒng)設(shè)計人員對即將著手的項目往往只能從大方向予以把控，而無法知道每個細枝末節(jié)，其次永遠不變的就是變化，提出需求的用戶往往要在軟件成型后，始才開始"品頭論足"，系統(tǒng)設(shè)計人員畢竟不是先知先覺的神仙，功能的變化導(dǎo)致設(shè)計的調(diào)整再所難免。所以"測試為先，持續(xù)重構(gòu)"作為良好開發(fā)習(xí)慣被越來越多的人所采納，測試和重構(gòu)像黃河的護堤，成為保證軟件質(zhì)量的法寶。

　　一、為什么要重構(gòu)（Refactoring）

　　在不改變系統(tǒng)功能的情況下，改變系統(tǒng)的實現(xiàn)方式。為什么要這么做？投入精力不用來滿足客戶關(guān)心的需求，而是僅僅改變了軟件的實現(xiàn)方式，這是否是在浪費客戶的投資呢？

　　重構(gòu)的重要性要從軟件的生命周期說起。軟件不同與普通的產(chǎn)品，他是一種智力產(chǎn)品，沒有具體的物理形態(tài)。一個軟件不可能發(fā)生物理損耗，界面上的按鈕永遠不會因為按動次數(shù)太多而發(fā)生接觸不良。那么為什么一個軟件制造出來以后，卻不能永遠使用下去呢？
　　對軟件的生命造成威脅的因素只有一個：需求的變更。一個軟件總是為解決某種特定的需求而產(chǎn)生，時代在發(fā)展，客戶的業(yè)務(wù)也在發(fā)生變化。有的需求相對穩(wěn)定一些，有的需求變化的比較劇烈，還有的需求已經(jīng)消失了，或者轉(zhuǎn)化成了別的需求。在這種情況下，軟件必須相應(yīng)的改變。
　　考慮到成本和時間等因素，當(dāng)然不是所有的需求變化都要在軟件系統(tǒng)中實現(xiàn)。但是總的說來，軟件要適應(yīng)需求的變化，以保持自己的生命力。
　　這就產(chǎn)生了一種糟糕的現(xiàn)象：軟件產(chǎn)品最初制造出來，是經(jīng)過精心的設(shè)計，具有良好架構(gòu)的。但是隨著時間的發(fā)展、需求的變化，必須不斷的修改原有的功能、追加新的功能，還免不了有一些缺陷需要修改。為了實現(xiàn)變更，不可避免的要違反最初的設(shè)計構(gòu)架。經(jīng)過一段時間以后，軟件的架構(gòu)就千瘡百孔了。bug越來越多，越來越難維護，新的需求越來越難實現(xiàn)，軟件的構(gòu)架對新的需求漸漸的失去支持能力，而是成為一種制約。最后新需求的開發(fā)成本會超過開發(fā)一個新的軟件的成本，這就是這個軟件系統(tǒng)的生命走到盡頭的時候。
　　重構(gòu)就能夠最大限度的避免這樣一種現(xiàn)象。系統(tǒng)發(fā)展到一定階段后，使用重構(gòu)的方式，不改變系統(tǒng)的外部功能，只對內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進行重新的整理。通過重構(gòu)，不斷的調(diào)整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)對于需求的變更始終具有較強的適應(yīng)能力。

　　通過重構(gòu)可以達到以下的目標(biāo)：

　　· 持續(xù)偏糾和改進軟件設(shè)計
　　重構(gòu)和設(shè)計是相輔相成的，它和設(shè)計彼此互補。有了重構(gòu)，你仍然必須做預(yù)先的設(shè)計，但是不必是最優(yōu)的設(shè)計，只需要一個合理的解決方案就夠了，如果沒有重構(gòu)、程序設(shè)計會逐漸腐敗變質(zhì)，愈來愈像斷線的風(fēng)箏，脫韁的野馬無法控制。重構(gòu)其實就是整理代碼，讓所有帶著發(fā)散傾向的代碼回歸本位。

　　· 使代碼更易為人所理解
　　Martin Flower在《重構(gòu)》中有一句經(jīng)典的話："任何一個傻瓜都能寫出計算機可以理解的程序，只有寫出人類容易理解的程序才是優(yōu)秀的程序員。"對此，筆者感觸很深，有些程序員總是能夠快速編寫出可運行的代碼，但代碼中晦澀的命名使人暈眩得需要緊握坐椅扶手，試想一個新兵到來接手這樣的代碼他會不會想當(dāng)逃兵呢？
　　軟件的生命周期往往需要多批程序員來維護，我們往往忽略了這些后來人。為了使代碼容易被他人理解，需要在實現(xiàn)軟件功能時做許多額外的事件，如清晰的排版布局，簡明扼要的注釋，其中命名也是一個重要的方面。一個很好的辦法就是采用暗喻命名，即以對象實現(xiàn)的功能的依據(jù)，用形象化或擬人化的手法進行命名，一個很好的態(tài)度就是將每個代碼元素像新生兒一樣命名，也許筆者有點命名偏執(zhí)狂的傾向，如能榮此雅號，將深以此為幸。
　　對于那些讓人充滿迷茫感甚至誤導(dǎo)性的命名，需要果決地、大刀闊斧地整容，永遠不要手下留情！

　　· 幫助發(fā)現(xiàn)隱藏的代碼缺陷
　　孔子說過：溫故而知新。重構(gòu)代碼時逼迫你加深理解原先所寫的代碼。筆者常有寫下程序后，卻發(fā)生對自己的程序邏輯不甚理解的情景，曾為此驚悚過，后來發(fā)現(xiàn)這種癥狀居然是許多程序員常患的"感冒"。當(dāng)你也發(fā)生這樣的情形時，通過重構(gòu)代碼可以加深對原設(shè)計的理解，發(fā)現(xiàn)其中的問題和隱患，構(gòu)建出更好的代碼。

　　· 從長遠來看，有助于提高編程效率
　　當(dāng)你發(fā)現(xiàn)解決一個問題變得異常復(fù)雜時，往往不是問題本身造成的，而是你用錯了方法，拙劣的設(shè)計往往導(dǎo)致臃腫的編碼。
　　改善設(shè)計、提高可讀性、減少缺陷都是為了穩(wěn)住陣腳。良好的設(shè)計是成功的一半，停下來通過重構(gòu)改進設(shè)計，或許會在當(dāng)前減緩速度，但它帶來的后發(fā)優(yōu)勢卻是不可低估的。

　　二、何時著手重構(gòu)（Refactoring）

　　新官上任三把火，開始一個全新??、腳不停蹄、加班加點，一支聲勢浩大的千軍萬"碼"夾裹著程序員激情和扣擊鍵盤的鳴金奮力前行，勢如破竹，攻城掠地，直指"黃龍府"。
　　開發(fā)經(jīng)理是這支浩浩湯湯代碼隊伍的統(tǒng)帥，他負責(zé)這支隊伍的命運，當(dāng)齊恒公站在山頂上看到管仲訓(xùn)練的隊伍整齊劃一地前進時，他感嘆說"我有這樣一支軍隊哪里還怕沒有勝利呢？"。但很遺憾，你手中的這支隊伍原本只是散兵游勇，在前進中招兵買馬，不斷壯大，所以隊伍變形在所難免。當(dāng)開發(fā)經(jīng)理發(fā)覺隊伍變形時，也許就是克制住攻克前方山頭的誘惑，停下腳步整頓隊伍的時候了。

　　Kent Beck提出了"代碼壞味道"的說法，和我們所提出的"隊伍變形"是同樣的意思，隊伍變形的信號是什么呢？以下列述的代碼癥狀就是"隊伍變形"的強烈信號：

　　· 代碼中存在重復(fù)的代碼
　　中國有118 家整車生產(chǎn)企業(yè)，數(shù)量幾乎等于美、日、歐所有汽車廠家數(shù)之和，但是全國的年產(chǎn)量卻不及一個外國大汽車公司的產(chǎn)量。重復(fù)建設(shè)只會導(dǎo)致效率的低效和資源的浪費。
　　程序代碼更是不能搞重復(fù)建設(shè)，如果同一個類中有相同的代碼塊，請把它提煉成類的一個獨立方法，如果不同類中具有相同的代碼，請把它提煉成一個新類，永遠不要重復(fù)代碼。

　　· 過大的類和過長的方法
　　過大的類往往是類抽象不合理的結(jié)果，類抽象不合理將降低代碼的復(fù)用率。方法是類王國中的諸侯國，諸侯國太大勢必動搖中央集權(quán)。過長的方法由于包含的邏輯過于復(fù)雜，錯誤機率將直線上升，而可讀性則直線下降，類的健壯性很容易被打破。當(dāng)看到一個過長的方法時，需要想辦法將其劃分為多個小方法，以便于分而治之。

　　· 牽一毛而需要動全身的修改
　　當(dāng)你發(fā)現(xiàn)修改一個小功能，或增加一個小功能時，就引發(fā)一次代碼地震，也許是你的設(shè)計抽象度不夠理想，功能代碼太過分散所引起的。

　　· 類之間需要過多的通訊
　　A類需要調(diào)用B類的過多方法訪問B的內(nèi)部數(shù)據(jù)，在關(guān)系上這兩個類顯得有點狎昵，可能這兩個類本應(yīng)該在一起，而不應(yīng)該分家。

　　· 過度耦合的信息鏈
　　"計算機是這樣一門科學(xué)，它相信可以通過添加一個中間層解決任何問題"，所以往往中間層會被過多地追加到程序中。如果你在代碼中看到需要獲取一個信息，需要一個類的方法調(diào)用另一個類的方法，層層掛接，就象輸油管一樣節(jié)節(jié)相連。這往往是因為銜接層太多造成的，需要查看就否有可移除的中間層，或是否可以提供更直接的調(diào)用方法。

　　· 各立山頭干革命
　　如果你發(fā)現(xiàn)有兩個類或兩個方法雖然命名不同但卻擁有相似或相同的功能，你會發(fā)現(xiàn)往往是因為開發(fā)團隊協(xié)調(diào)不夠造成的。筆者曾經(jīng)寫了一個頗好用的字符串處理類，但因為沒有及時通告團隊其他人員，后來發(fā)現(xiàn)項目中居然有三個字符串處理類。革命資源是珍貴的，我們不應(yīng)各立山頭干革命。

　　· 不完美的設(shè)計
　　在筆者剛完成的一個比對報警項目中，曾安排阿朱開發(fā)報警模塊，即通過Socket向指定的短信平臺、語音平臺及客戶端報警器插件發(fā)送報警報文信息，阿朱出色地完成了這項任務(wù)。后來用戶又提出了實時比對的需求，即要求第三方系統(tǒng)以報文形式向比對報警系統(tǒng)發(fā)送請求，比對報警系統(tǒng)接收并響應(yīng)這個請求。這又需要用到Socket報文通訊，由于原來的設(shè)計沒有將報文通訊模塊獨立出來，所以無法復(fù)用阿朱開發(fā)的代碼。后來我及時調(diào)整了這個設(shè)計，新增了一個報文收發(fā)模塊，使系統(tǒng)所有的對外通訊都復(fù)用這個模塊，系統(tǒng)的整體設(shè)計也顯得更加合理。
　　每個系統(tǒng)都或多或少存在不完美的設(shè)計，剛開始可能注意不到，到后來才會慢慢凸顯出來，此時唯有勇于更改才是最好的出路。

　　· 缺少必要的注釋
　　雖然許多軟件工程的書籍常提醒程序員需要防止過多注釋，但這個擔(dān)心好象并沒有什么必要。往往程序員更感興趣的是功能實現(xiàn)而非代碼注釋，因為前者更能帶來成就感，所以代碼注釋往往不是過多而是過少，過于簡單。人的記憶曲線下降的坡度是陡得嚇人的，當(dāng)過了一段時間后再回頭補注釋時，很容易發(fā)生"提筆忘字，愈言且止"的情形。
　　曾在網(wǎng)上看到過微軟的代碼注釋，其詳盡程度讓人嘆為觀止，也從中體悟到了微軟成功的一個經(jīng)驗。

　　三、重構(gòu)（Refactoring）的難題

　　學(xué)習(xí)一種可以大幅提高生產(chǎn)力的新技術(shù)時，你總是難以察覺其不適用的場合。通常你在一個特定場景中學(xué)習(xí)它，這個場景往往是個項目。這種情況下你很難看出什么會造成這種新技術(shù)成效不彰或甚至形成危害。十年前，對象技術(shù)（object tech.）的情況也是如此。那時如果有人問我「何時不要使用對象」，我很難回答。并非我認為對象十全十美、沒有局限性 — 我最反對這種盲目態(tài)度，而是盡管我知道它的好處，但確實不知道其局限性在哪兒。
　　現(xiàn)在，重構(gòu)的處境也是如此。我們知道重構(gòu)的好處，我們知道重構(gòu)可以給我們的工作帶來垂手可得的改變。但是我們還沒有獲得足夠的經(jīng)驗，我們還看不到它的局限性。
　　這一小節(jié)比我希望的要短。暫且如此吧。你應(yīng)該嘗試一下重構(gòu)，獲得它所提供的利益，但在此同時，你也應(yīng)該時時監(jiān)控其過程，注意尋找重構(gòu)可能引入的問題。請讓我們知道你所遭遇的問題。隨著對重構(gòu)的了解日益增多，我們將找出更多解決辦法，并清楚知道哪些問題是真正難以解決的。

　　· 數(shù)據(jù)庫（Databases）
　　「重構(gòu)」經(jīng)常出問題的一個領(lǐng)域就是數(shù)據(jù)庫。絕大多數(shù)商用程序都與它們背后的database schema（數(shù)據(jù)庫表格結(jié)構(gòu)）緊密耦合（coupled）在一起，這也是database schema如此難以修改的原因之一。另一個原因是數(shù)據(jù)遷移（migration）。就算你非常小心地將系統(tǒng)分層（layered），將database schema和對象模型（object model）間的依賴降至最低，但database schema的改變還是讓你不得不遷移所有數(shù)據(jù)，這可能是件漫長而煩瑣的工作。
　　在「非對象數(shù)據(jù)庫」（nonobject databases）中，解決這個問題的辦法之一就是：在對象模型（object model）和數(shù)據(jù)庫模型（database model）之間插入一個分隔層（separate layer），這就可以隔離兩個模型各自的變化。升級某一模型時無需同時升級另一模型，只需升級上述的分隔層即可。這樣的分隔層會增加系統(tǒng)復(fù)雜度，但可以給你很大的靈活度。如果你同時擁有多個數(shù)據(jù)庫，或如果數(shù)據(jù)庫模型較為復(fù)雜使你難以控制，那么即使不進行重構(gòu)，這分隔層也是很重要的。
　　你無需一開始就插入分隔層，可以在發(fā)現(xiàn)對象模型變得不穩(wěn)定時再產(chǎn)生它。這樣你就可以為你的改變找到最好的杠桿效應(yīng)。
　　對開發(fā)者而言，對象數(shù)據(jù)庫既有幫助也有妨礙。某些面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫提供不同版本的對象之間的自動遷移功能，這減少了數(shù)據(jù)遷移時的工作量，但還是會損失一定時間。如果各數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)遷移并非自動進行，你就必須自行完成遷移工作，這個工作量可是很大的。這種情況下你必須更加留神classes內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變化。你仍然可以放心將classes的行為轉(zhuǎn)移過去，但轉(zhuǎn)移值域（field）時就必須格外小心。數(shù)據(jù)尚未被轉(zhuǎn)移前你就得先運用訪問函數(shù)（accessors）造成「數(shù)據(jù)已經(jīng)轉(zhuǎn)移」的假象。一旦你確定知道「數(shù)據(jù)應(yīng)該在何處」時，就可以一次性地將數(shù)據(jù)遷移過去。這時惟一需要修改的只有訪問函數(shù)（accessors），這也降低了錯誤風(fēng)險。

　　· 修改接口（Changing Interfaces）
　　關(guān)于對象，另一件重要事情是：它們允許你分開修改軟件模塊的實現(xiàn)（implementation）和接口（interface）。你可以安全地修改某對象內(nèi)部而不影響他人，但對于接口要特別謹慎 — 如果接口被修改了，任何事情都有可能發(fā)生。
　　一直對重構(gòu)帶來困擾的一件事就是：許多重構(gòu)手法的確會修改接口。像Rename Method（273）這么簡單的重構(gòu)手法所做的一切就是修改接口。這對極為珍貴的封裝概念會帶來什么影響呢？
　　如果某個函數(shù)的所有調(diào)用動作都在你的控制之下，那么即使修改函數(shù)名稱也不會有任何問題。哪怕面對一個public函數(shù)，只要能取得并修改其所有調(diào)用者，你也可以安心地將這個函數(shù)易名。只有當(dāng)需要修改的接口是被那些「找不到，即使找到也不能修改」的代碼使用時，接口的修改才會成為問題。如果情況真是如此，我就會說：這個接口是個「已發(fā)布接口」（published interface）— 比公開接口（public interface）更進一步。接口一旦發(fā)行，你就再也無法僅僅修改調(diào)用者而能夠安全地修改接口了。你需要一個略為復(fù)雜的程序。
　　這個想法改變了我們的問題。如今的問題是：該如何面對那些必須修改「已發(fā)布接口」的重構(gòu)手法？
　　簡言之，如果重構(gòu)手法改變了已發(fā)布接口（published interface），你必須同時維護新舊兩個接口，直到你的所有用戶都有時間對這個變化做出反應(yīng)。幸運的是這不太困難。你通常都有辦法把事情組織好，讓舊接口繼續(xù)工作。請盡量這么做：讓舊接口調(diào)用新接口。當(dāng)你要修改某個函數(shù)名稱時，請留下舊函數(shù)，讓它調(diào)用新函數(shù)。千萬不要拷貝函數(shù)實現(xiàn)碼，那會讓你陷入「重復(fù)代碼」（duplicated code）的泥淖中難以自拔。你還應(yīng)該使用Java提供的 deprecation（反對）設(shè)施，將舊接口標(biāo)記為 "deprecated"。這么一來你的調(diào)用者就會注意到它了。
　　這個過程的一個好例子就是Java容器類（collection classes）。Java 2的新容器取代了原先一些容器。當(dāng)Java 2容器發(fā)布時，JavaSoft花了很大力氣來為開發(fā)者提供一條順利遷徙之路。
　　「保留舊接口」的辦法通常可行，但很煩人。起碼在一段時間里你必須建造（build）并維護一些額外的函數(shù)。它們會使接口變得復(fù)雜，使接口難以使用。還好我們有另一個選擇：不要發(fā)布（publish）接口。當(dāng)然我不是說要完全禁止，因為很明顯你必得發(fā)布一些接口。如果你正在建造供外部使用的APIs，像Sun所做的那樣，肯定你必得發(fā)布接口。我之所以說盡量不要發(fā)布，是因為我常常看到一些開發(fā)團隊公開了太多接口。我曾經(jīng)看到一支三人團隊這么工作：每個人都向另外兩人公開發(fā)布接口。這使他們不得不經(jīng)常來回維護接口，而其實他們原本可以直接進入程序庫，徑行修改自己管理的那一部分，那會輕松許多。過度強調(diào)「代碼擁有權(quán)」的團隊常常會犯這種錯誤。發(fā)布接口很有用，但也有代價。所以除非真有必要，別發(fā)布接口。這可能意味需要改變你的代碼擁有權(quán)觀念，讓每個人都可以修改別人的代碼，以適應(yīng)接口的改動。以搭檔（成對）編程（Pair Programming）完成這一切通常是個好主意。
　　不要過早發(fā)布（published）接口。請修改你的代碼擁有權(quán)政策，使重構(gòu)更順暢。
　　Java之中還有一個特別關(guān)于「修改接口」的問題：在throws子句中增加一個異常。這并不是對簽名式（signature）的修改，所以你無法以delegation（委托手法）隱藏它。但如果用戶代碼不作出相應(yīng)修改，編譯器不會讓它通過。這個問題很難解決。你可以為這個函數(shù)選擇一個新名tion（可控式異常）轉(zhuǎn)換成一個unchecked exception（不可控異常）。你也可以拋出一個unchecked異常，不過這樣你就會失去檢驗?zāi)芰ΑＨ绻隳敲醋觯憧梢跃嬲{(diào)用者：這個unchecked異常日后會變成一個checked異常。這樣他們就有時間在自己的代碼中加上對此異常的處理。出于這個原因，我總是喜歡為整個package定義一個superclass異常（就像Java.sql的SQLException），并確保所有public函數(shù)只在自己的throws子句中聲明這個異常。這樣我就可以隨心所欲地定義subclass異常，不會影響調(diào)用者，因為調(diào)用者永遠只知道那個更具一般性的superclass異常。

　　· 難以通過重構(gòu)手法完成的設(shè)計改動
　　通過重構(gòu)，可以排除所有設(shè)計錯誤嗎？是否存在某些核心設(shè)計決策，無法以重構(gòu)手法修改？在這個領(lǐng)域里，我們的統(tǒng)計數(shù)據(jù)尚不完整。當(dāng)然某些情況下我們可以很有效地重構(gòu)，這常常令我們倍感驚訝，但的確也有難以重構(gòu)的地方。比如說在一個項目中，我們很難（但還是有可能）將「無安全需求（no security requirements）情況下構(gòu)造起來的系統(tǒng)」重構(gòu)為「安全性良好的（good security）系統(tǒng)」。
　　這種情況下我的辦法就是「先想象重構(gòu)的情況」。考慮候選設(shè)計方案時，我會問自己：將某個設(shè)計重構(gòu)為另一個設(shè)計的難度有多大？如果看上去很簡單，我就不必太擔(dān)心選擇是否得當(dāng)，于是我就會選最簡單的設(shè)計，哪怕它不能覆蓋所有潛在需求也沒關(guān)系。但如果預(yù)先看不到簡單的重構(gòu)辦法，我就會在設(shè)計上投入更多力氣。不過我發(fā)現(xiàn)，這種情況很少出現(xiàn)。

　　· 何時不該重構(gòu)？
　　有時候你根本不應(yīng)該重構(gòu) — 例如當(dāng)你應(yīng)該重新編寫所有代碼的時候。有時候既有代碼實在太混亂，重構(gòu)它還不如從新寫一個來得簡單。作出這種決定很困難，我承認我也沒有什么好準則可以判斷何時應(yīng)該放棄重構(gòu)。
　　重寫（而非重構(gòu)）的一個清楚訊號就是：現(xiàn)有代碼根本不能正常運作。你可能只是試著做點測試，然后就發(fā)現(xiàn)代碼中滿是錯誤，根本無法穩(wěn)定運作。記住，重構(gòu)之前，代碼必須起碼能夠在大部分情況下正常運作。
　　一個折衷辦法就是：將「大塊頭軟件」重構(gòu)為「封裝良好的小型組件」。然后你就可以逐一對組件作出「重構(gòu)或重建」的決定。這是一個頗具希望的辦法，但我還沒有足夠數(shù)據(jù)，所以也無法寫出優(yōu)秀的指導(dǎo)原則。對于一個重要的古老系統(tǒng)，這肯定會是一個很好的方向。
　　另外，如果項目已近最后期限，你也應(yīng)該避免重構(gòu)。在此時機，從重構(gòu)過程贏得的生產(chǎn)力只有在最后期限過后才能體現(xiàn)出來，而那個時候已經(jīng)時不我予。Ward Cunningham對此有一個很好的看法。他把未完成的重構(gòu)工作形容為「債務(wù)」。很多公司都需要借債來使自己更有效地運轉(zhuǎn)。但是借債就得付利息，過于復(fù)雜的代碼所造成的「維護和擴展的額外開銷」就是利息。你可以承受一定程度的利息，但如果利息太高你就會被壓垮。把債務(wù)管理好是很重要的，你應(yīng)該隨時通過重構(gòu)來償還一部分債務(wù)。
　　如果項目已經(jīng)非常接近最后期限，你不應(yīng)該再分心于重構(gòu)，因為已經(jīng)沒有時間了。不過多個項目經(jīng)驗顯示：重構(gòu)的確能夠提高生產(chǎn)力。如果最后你沒有足夠時間，通常就表示你其實早該進行重構(gòu)。

　　四、重構(gòu)（Refactoring）與設(shè)計

　　「重構(gòu)」肩負一項特別任務(wù)：它和設(shè)計彼此互補。初學(xué)編程的時候，我埋頭就寫程序，渾渾噩噩地進行開發(fā)。然而很快我便發(fā)現(xiàn)，「事先設(shè)計」（upfront design）可以助我節(jié)省回頭工的高昂成本。于是我很快加強這種「預(yù)先設(shè)計」風(fēng)格。許多人都把設(shè)計看作軟件開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而把編程（programming）看作只是機械式的低級勞動。他們認為設(shè)計就像畫工程圖而編碼就像施工。但是你要知道，軟件和真實器械有著很大的差異。軟件的可塑性更強，而且完全是思想產(chǎn)品。正如Alistair Cockburn所說：『有了設(shè)計，我可以思考更快，但是其中充滿小漏洞。』
　　有一種觀點認為：重構(gòu)可以成為「預(yù)先設(shè)計」的替代品。這意思是你根本不必做任何設(shè)計，只管按照最初想法開始編碼，讓代碼有效運作，然后再將它重構(gòu)成型。事實上這種辦法真的可行。我的確看過有人這么做，最后獲得設(shè)計良好的軟件。極限編程（Extreme Programming）【Beck, XP】 的支持者極力提倡這種辦法。
　　盡管如上所言，只運用重構(gòu)也能收到效果，但這并不是最有效的途徑。是的，即使極限編程（Extreme Programming）愛好者也會進行預(yù)先設(shè)計。他們會使用CRC卡或類似的東西來檢驗各種不同想法，然后才得到第一個可被接受的解決方案，然后才能開始編碼，然后才能重構(gòu)。關(guān)鍵在于：重構(gòu)改變了「預(yù)先設(shè)計」的角色。如果沒有重構(gòu)，你就必須保證「預(yù)先設(shè)計」正確無誤，這個壓力太大了。這意味如果將來需要對原始設(shè)計做任何修改，代價都將非常高昂。因此你需要把更多時間和精力放在預(yù)先設(shè)計上，以避免日后修改。
　　如果你選擇重構(gòu)，問題的重點就轉(zhuǎn)變了。你仍然做預(yù)先設(shè)計，但是不必一定找出正確的解決方案。此刻的你只需要得到一個足夠合理的解決方案就夠了。你很肯定地知道，在實現(xiàn)這個初始解決方案的時候，你對問題的理解也會逐漸加深，你可能會察覺最佳解決方案和你當(dāng)初設(shè)想的有些不同。只要有重構(gòu)這項武器在手，就不成問題，因為重構(gòu)讓日后的修改成本不再高昂。
　　這種轉(zhuǎn)變導(dǎo)致一個重要結(jié)果：軟件設(shè)計朝向簡化前進了一大步。過去未曾運用重構(gòu)時，我總是力求得到靈活的解決方案。任何一個需求都讓我提心吊膽地猜疑：在系統(tǒng)壽命期間，這個需求會導(dǎo)致怎樣的變化？由于變更設(shè)計的代價非常高昂，所以我希望建造一個足夠靈活、足夠強固的解決方案，希望它能承受我所能預(yù)見的所有需求變化。問題在于：要建造一個靈活的解決方案，所需的成本難以估算。靈活的解決方案比簡單的解決方案復(fù)雜許多，所以最終得到的軟件通常也會更難維護 — 雖然它在我預(yù)先設(shè)想的方向上，你也必須理解如何修改設(shè)計。如果變化只出現(xiàn)在一兩個地方，那不算大問題。然而變化其實可能出現(xiàn)在系統(tǒng)各處。如果在所有可能的變化出現(xiàn)地點都建立起靈活性，整個系統(tǒng)的復(fù)雜度和維護難度都會大大提高。當(dāng)然，如果最后發(fā)現(xiàn)所有這些靈活性都毫無必要，這才是最大的失敗。你知道，這其中肯定有些靈活性的確派不上用場，但你卻無法預(yù)測到底是哪些派不上用場。為了獲得自己想要的靈活性，你不得不加入比實際需要更多的靈活性。

　　有了重構(gòu)，你就可以通過一條不同的途徑來應(yīng)付變化帶來的風(fēng)險。你仍舊需要思考潛在的變化，仍舊需要考慮靈活的解決方案。但是你不必再逐一實現(xiàn)這些解決方案，而是應(yīng)該問問自己：『把一個簡單的解決方案重構(gòu)成這個靈活的方案有多大難度？』如果答案是「相當(dāng)容易」（大多數(shù)時候都如此），那么你就只需實現(xiàn)目前的簡單方案就行了。
　　重構(gòu)可以帶來更簡單的設(shè)計，同時又不損失靈活性，這也降低了設(shè)計過程的難度，減輕了設(shè)計壓力。一旦對重構(gòu)帶來的簡單性有更多感受，你甚至可以不必再預(yù)先思考前述所謂的靈活方案 — 一旦需要它，你總有足夠的信心去重構(gòu)。是的，當(dāng)下只管建造可運行的最簡化系統(tǒng)，至于靈活而復(fù)雜的設(shè)計，唔，多數(shù)時候你都不會需要它。

　　勞而無獲— Ron Jeffries
　　Chrysler Comprehensive Compensation（克萊斯勒綜合薪資系統(tǒng)）的支付過程太慢了。雖然我們的開發(fā)還沒結(jié)束，這個問題卻已經(jīng)開始困擾我們，因為它已經(jīng)拖累了測試速度。
　　Kent Beck、Martin Fowler和我決定解決這個問題。等待大伙兒會合的時間里，憑著我對這個系統(tǒng)的全盤了解，我開始推測：到底是什么讓系統(tǒng)變慢了？我想到數(shù)種可能，然后和伙伴們談了幾種可能的修改方案。最后，關(guān)于「如何讓這個系統(tǒng)運行更快」，我們提出了一些真正的好點子。
　　然后，我們拿Kent的量測工具度量了系統(tǒng)性能。我一開始所想的可能性竟然全都不是問題肇因。我們發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)把一半時間用來創(chuàng)建「日期」實體（instance）。更有趣的是，所有這些實體都有相同的值。
　　于是我們觀察日期的創(chuàng)建邏輯，發(fā)現(xiàn)有機會將它優(yōu)化。日期原本是由字符串轉(zhuǎn)換而生，即使無外部輸入也是如此。之所以使用字符串轉(zhuǎn)換方式，完全是為了方便鍵盤輸入。好，也許我們可以將它優(yōu)化。
　　于是我們觀察日期怎樣被這個程序運用。我們發(fā)現(xiàn)，很多日期對象都被用來產(chǎn)生「日期區(qū)間」實體（instance）。「日期區(qū)間」是個對象，由一個起始日期和一個結(jié)束日期組成。仔細追蹤下去，我們發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)日期區(qū)間是空的！
　　處理日期區(qū)間時我們遵循這樣一個規(guī)則：如果結(jié)束日期在起始日期之前，這個日期區(qū)間就該是空的。這是一條很好的規(guī)則，完全符合這個class的需要。采用此一規(guī)則后不久，我們意識到，創(chuàng)建一個「起始日期在結(jié)束日期之后」的日期區(qū)間，仍然不算是清晰的代碼，于是我們把這個行為提煉到一個factory method（譯注：一個著名的設(shè)計模式，見《Design Patterns》），由它專門創(chuàng)建「空的日期區(qū)間」。
　　我們做了上述修改，使代碼更加清晰，卻意外得到了一個驚喜。我們創(chuàng)建一個固定不變的「空日期區(qū)間」對象，并讓上述調(diào)整后的factory method每次都返回該對象，而不再每次都創(chuàng)建新對象。這一修改把系統(tǒng)速度提升了幾乎一倍，足以讓測試速度達到可接受程度。這只花了我們大約五分鐘。
　　我和團隊成員（Kent和Martin謝絕參加）認真推測過：我們了若指掌的這個程序中可能有什么錯誤？我們甚至憑空做了些改進設(shè)計，卻沒有先對系統(tǒng)的真實情況進行量測。
　　我們完全錯了。除了一場很有趣的交談，我們什么好事都沒做。
　　教訓(xùn)：哪怕你完全了解系統(tǒng)，也請實際量測它的性能，不要臆測。臆測會讓你學(xué)到一些東西，但十有八九你是錯的。

　　五、重構(gòu)與性能（Performance）

　　譯注：在我的接觸經(jīng)驗中，performance一詞被不同的人予以不同的解釋和認知：效率、性能、效能。不同地區(qū)（例如臺灣和大陸）的習(xí)慣用法亦不相同。本書一遇performance我便譯為性能。efficient譯為高效，effective譯為有效。

　　關(guān)于重構(gòu)，有一個常被提出的問題：它對程序的性能將造成怎樣的影響？為了讓軟件易于理解，你常會作出一些使程序運行變慢的修改。這是個重要的問題。我并不贊成為了提高設(shè)計的純潔性或把希望寄托于更快的硬件身上，而忽略了程序性能。已經(jīng)有很多軟件因為速度太慢而被用戶拒絕，日益提高的機器速度亦只不過略微放寬了速度方面的限制而已。但是，換個角度說，雖然重構(gòu)必然會使軟件運行更慢，但它也使軟件的性能優(yōu)化更易進行。除了對性能有嚴格要求的實時（real time）系統(tǒng)，其它任何情況下「編寫快速軟件」的秘密就是：首先寫出可調(diào)（tunable）軟件，然后調(diào)整它以求獲得足夠速度。

　　我看過三種「編寫快速軟件」的方法。其中最嚴格的是「時間預(yù)算法」（time budgeting），這通常只用于性能要求極高的實時系統(tǒng)。如果使用這種方法，分解你的設(shè)計時就要做好預(yù)算，給每個組件預(yù)先分配一定資源 — 包括時間和執(zhí)行軌跡（footprint）。每個組件絕對不能超出自己的預(yù)算，就算擁有「可在不同組件之間調(diào)度預(yù)配時間」的機制也不行。這種方法高度重視性能，對于心律調(diào)節(jié)器一類的系統(tǒng)是必須的，因為在這樣的系統(tǒng)中遲來的數(shù)據(jù)就是錯誤的數(shù)據(jù)。但對其他類系統(tǒng)（例如我經(jīng)常開發(fā)的企業(yè)信息系統(tǒng)）而言，如此追求高性能就有點過份了。
　　第二種方法是「持續(xù)關(guān)切法」（constant attention）。這種方法要求任何程序員在任何時間做任何事時，都要設(shè)法保持系統(tǒng)的高性能。這種方式很常見，感覺上很有吸引力，但通常不會起太大作用。任何修改如果是為了提高性能，最終得到的軟件的確更快了，那么這點損失尚有所值，可惜通常事與愿違，因為性能改善一旦被分散到程序各角落，每次改善都只不過是從「對程序行為的一個狹隘視角」出發(fā)而已。

　　關(guān)于性能，一件很有趣的事情是：如果你對大多數(shù)程序進行分析，你會發(fā)現(xiàn)它把大半時間都耗費在一小半代碼身上。如果你一視同仁地優(yōu)化所有代碼，90% 的優(yōu)化工作都是白費勁兒，因為被你優(yōu)化的代碼有許多難得被執(zhí)行起來。你花時間做優(yōu)化是為了讓程序運行更快，但如果因為缺乏對程序的清楚認識而花費時間，那些時間都是被浪費掉了。

　　第三種性能提升法系利用上述的 "90%" 統(tǒng)計數(shù)據(jù)。采用這種方法時，你以一種「良好的分解方式」（well-factored manner）來建造自己的程序，不對性能投以任何關(guān)切，直至進入性能優(yōu)化階段 — 那通常是在開發(fā)后期。一旦進入該階段，你再按照某個特定程序來調(diào)整程序性能。

　　在性能優(yōu)化階段中，你首先應(yīng)該以一個量測工具監(jiān)控程序的運行，讓它告訴你程序中哪些地方大量消耗時間和空間。這樣你就可以找出性能熱點（hot spot）所在的一小段代碼。然后你應(yīng)該集中關(guān)切這些性能熱點，并使用前述「持續(xù)關(guān)切法」中的優(yōu)化手段來優(yōu)化它們。由于你把注意力都集中在熱點上，較少的工作量便可顯現(xiàn)較好的成果。即便如此你還是必須保持謹慎。和重構(gòu)一樣，你應(yīng)該小幅度進行修改。每走一步都需要編譯、測試、再次量測。如果沒能提高性能，就應(yīng)該撤銷此次修改。你應(yīng)該繼續(xù)這個「發(fā)現(xiàn)熱點、去除熱點」的過程，直到獲得客戶滿意的性能為止。關(guān)于這項技術(shù)，McConnell 【McConnell】 為我們提供了更多信息。
　　一個被良好分解（well-factored）的程序可從兩方面幫助此種優(yōu)化形式。首先，它讓你有比較充裕的時間進行性能調(diào)整（performance tuning），因為有分解良好的代碼在手，你就能夠更快速地添加功能，也就有更多時間用在性能問題上（準確的量測則保證你把這些時間投資在恰當(dāng)?shù)攸c）。其次，面對分解良好的程序，你在進行性能分析時便有較細的粒度（granularity），于是量測工具把你帶入范圍較小的程序段落中，而性能的調(diào)整也比較容易些。由于代碼更加清晰，因此你能夠更好地理解自己的選擇，更清楚哪種調(diào)整起關(guān)鍵作用。
　　我發(fā)現(xiàn)重構(gòu)可以幫助我寫出更快的軟件。短程看來，重構(gòu)的確會使軟件變慢，但它使優(yōu)化階段中的軟件性能調(diào)整更容易。最終我還是有賺頭。

　　優(yōu)化一個薪資系統(tǒng)— Rich Garzaniti

　　將Chrysler Comprehensive Compensation（克萊斯勒綜合薪資系統(tǒng)）交給GemStone公司之前，我們用了相當(dāng)長的時間開發(fā)它。開發(fā)過程中我們無可避免地發(fā)現(xiàn)程序不夠快，于是找了Jim Haungs — GemSmith中的一位好手 — 請他幫我們優(yōu)化這個系統(tǒng)。
　　Jim先用一點時間讓他的團隊了解系統(tǒng)運作方式，然后以GemStone的ProfMonitor特性編寫出一個性能量測工具，將它插入我們的功能測試中。這個工具可以顯示系統(tǒng)產(chǎn)生的對象數(shù)量，以及這些對象的誕生點。
　　令我們吃驚的是：創(chuàng)建量最大的對象竟是字符串。其中最大的工作量則是反復(fù)產(chǎn)生12,000-bytes的字符串。這很特別，因為這字符串實在太大了，連GemStone慣用的垃圾回收設(shè)施都無法處理它。由于它是如此巨大，每當(dāng)被創(chuàng)建出來，GemStone都會將它分頁（paging）至磁盤上。也就是說字符串的創(chuàng)建竟然用上了I/O子系統(tǒng)（譯注：分頁機制會動用I/O），而每次輸出記錄時都要產(chǎn)生這樣的字符串三次﹗
　　我們的第一個解決辦法是把一個12,000-bytes字符串緩存（cached）起來，這可解決一大半問題。后來我們又加以修改，將它直接寫入一個file stream，從而避免產(chǎn)生字符串。
　　解決了「巨大字符串」問題后，Jim的量測工具又發(fā)現(xiàn)了一些類似問題，只不過字符串稍微小一些：800-bytes、500-bytes……等等，我們也都對它們改用file stream，于是問題都解決了。
　　使用這些技術(shù)，我們穩(wěn)步提高了系統(tǒng)性能。開發(fā)過程中原本似乎需要1,000小時以上才能完成的薪資計算，實際運作時只花40小時。一個月后我們把時間縮短到18小時。正式投入運轉(zhuǎn)時只花12小時。經(jīng)過一年的運行和改善后，全部計算只需9小時。
　　我們的最大改進就是：將程序放在多處理器（multi-processor）計算器上，以多線程（multiple threads）方式運行。最初這個系統(tǒng)并非按照多線程思維來設(shè)計，但由于代碼有良好分解（well factored），所以我們只花三天時間就讓它得以同時運行多個線程了。現(xiàn)在，薪資的計算只需2小時。
　　在Jim提供工具使我們得以在實際操作中量度系統(tǒng)性能之前，我們也猜測過問題所在。但如果只靠猜測，我們需要很長的時間才能試出真正的解法。真實的量測指出了一個完全不同的方向，并大大加快了我們的進度。

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