Что такое рефакторинг кода?

0
942

Что такое рефакторинг кода?

Что такое рефакторинг кода?
Что такое рефакторинг кода?

Концепция «рефакторинга» возникла в кругах, связанных со Smalltalk, но вскоре нашла себе дорогу и в лагеря приверженцев других языков программирования. Поскольку рефакторинг является составной частью разработки структуры приложений (framework development), этот термин сразу появляется, когда «структурщики» начинают обсуждать свои дела. Он возникает, когда они уточняют свои иерархии классов и восторгаются тем, на сколько строк им удалось сократить код. Структурщики знают, что хорошую структуру удается создать не сразу — она должна развиваться по мере накопления опыта. Им также известно, что чаще приходится читать и модифицировать код, а не писать новый. В основе поддержки читаемости и модифицируемости кода лежит рефакторинг — как в частном случае структур (frameworks), так и для программного обеспечения в целом.

Так в чем проблема? Только в том, что с рефакторингом связан известный риск. Он требует внести изменения в работающий код, что может привести к появлению трудно находимых ошибок в программе. Неправильно осуществляя рефакторинг, можно потерять дни и даже недели. Еще большим риском чреват рефакторинг, осуществляемый без формальностей или эпизодически. Вы начинаете копаться в коде. Вскоре обнаруживаются новые возможности модификации, и вы начинаете копать глубже. Чем больше вы копаете, тем больше вскрывается нового и тем больше изменений вы производите. В конце концов, получится яма, из которой вы не сможете выбраться. Чтобы не рыть самому себе могилу, следует производить рефакторинг на систематической основе. В книге «Design Patterns» сообщается, что проектные модели создают целевые объекты для рефакторинга. Однако указать цель — лишь одна часть задачи; преобразовать код так, чтобы достичь этой цели, — другая проблема.

Существует несколько методов рефакторинга. Каждый метод описывает мотивацию и технику испытанного на практике преобразования кода. Некоторые виды рефакторинга, такие как «Выделение метода» или «Перемещение поля», могут показаться очевидными, но пусть это не вводит вас в заблуждение. Понимание техники таких методов рефакторинга важно для организованного осуществления рефакторинга. С помощью методов рефакторинга можно поэтапно модифицировать код, внося каждый раз небольшие изменения, благодаря чему снижается риск, связанный с развитием проекта. Эти методы рефакторинга и их названия быстро займут место в вашем словаре разработчика.

Что такое рефакторинг?

Рефакторинг или реорганизация кода — процесс изменения внутренней структуры программного продукта, не затрагивающий её внешнего поведения и имеющий целью облегчение понимания программного кода и, пусть и не всегда, оптимизацию производительности.

В основе рефакторинга лежит последовательность небольших преобразований программного кода, сохраняющих его поведение. Так как каждое преобразование по объёму незначительно, то программисту легче проследить за его правильностью, а вся последовательность этих изменений может привести к существенной перестройке программы и улучшению её согласованности, четкости и простоты понимания её кода другими разработчиками.

«Улучшение кода после его написания» — непривычная фигура речи. В нашем сегодняшнем понимании разработки программного обеспечения мы сначала создаем дизайн системы, а потом пишем код. Сначала создается хороший дизайн, а затем происходит кодирование. Со временем код модифицируется, и целостность системы, соответствие ее структуры изначально созданному дизайну постепенно ухудшаются. Код медленно сползает от проектирования к хакерству.

Рефакторинг представляет собой противоположную практику. С ее помощью можно взять плохой проект, даже хаотический, и переделать его в хорошо спроектированный код. Каждый шаг этого процесса прост до чрезвычайности. Перемещается поле из одного класса в другой, изымается часть кода из метода и помещается в отдельный метод, какой-то код перемещается в иерархии в том или другом направлении. Однако суммарный эффект таких небольших изменений может радикально улучшить проект. Это прямо противоположно обычному явлению постепенного распада программы.

При проведении рефакторинга оказывается, что соотношение разных этапов работ изменяется. Проектирование непрерывно осуществляется во время разработки, а не выполняется целиком заранее. При реализации системы становится ясно, как можно улучшить ее проект. Происходящее взаимодействие приводит к созданию программы, качество проекта которой остается высоким по мере продолжения разработки.

Правила рефакторинга

  • Обнаружив, что в программу необходимо добавить новую функциональность, но код программы не структурирован удобным для добавления этой функциональности образом, сначала произведите рефакторинг программы, чтобы упростить внесение необходимых изменений, а только потом добавьте функцию.
  • Перед началом рефакторинга убедитесь, что располагаете надежным комплектом тестов. Эти тесты должны быть самопроверяющимися.
  • При применении рефакторинга программа модифицируется небольшими шагами. Ошибку нетрудно обнаружить.
  • Написать код, понятный компьютеру, может каждый, но только хорошие программисты пишут код, понятный людям.

Самый важный урок, который должен преподать данный пример, это ритм рефакторинга: тестирование, малые изменения, тестирование, малые изменения, тестирование, малые изменения. Именно такой ритм делает рефакторинг быстрым и надежным.

Принципы рефакторинга

Рефакторинг (Refactoring): изменение во внутренней структуре программного обеспечения, имеющее целью облегчить понимание его работы и упростить модификацию, не затрагивая наблюдаемого поведения.

Производить рефакторинг (Refactor): изменять структуру программного обеспечения, применяя ряд рефакторингов, не затрагивая его поведения.

Рефакторинг не меняет видимого поведения программного обеспечения. Оно продолжает выполнять прежние функции. Никто — ни конечный

Без рефакторинга не обходится ни один действительно сложный и долгоживущий проект

Обойтись без рефакторинга можно лишь в том случае, если разрабатывается что-то, что будет использовано лишь однажды, а потом просто выброшено. Во всех остальных случаях рефакторинг необходим. Проявляться он, конечно, может по разному.

В самом простом случае, рефакторинг осуществляется в процессе написания кода. Разработчик реализует функционал, добивается работоспособности, а затем проводит оптимизацию и рефакторинг написанного кода. К сожалению, сложно написать сложный программный компонент сразу идеально: полное понимание взаимосвязей, логики и вариантов реализации, как правило, приходит в процессе разработки.

Тем не менее, рефакторинга только в процессе разработки отдельных компонентов не достаточно. Если разрабатываемый компонент не изолирован, а взаимодействует с другими, то обычно есть необходимость в рефакторинге программных интерфейсов, через которые это самое взаимодействие реализуется.

В рамках всей программной системы перед рефакторингом стоит еще задача унификации именования функций и переменных, форматирования и достижения соблюдения прочих стандартов кодирования.

Наиболее частые причины для рефакторинга:

  • дублирование кода;
  • длинные методы;
  • объёмные классы;
  • длинные списки параметров;
  • избыточные временные переменные;
  • классы данных;
  • несгруппированные данные;
  • несоблюдение стандартов кодирования.

Когда следует проводить рефакторинг?

В жизни каждой программы, по крайней мере, в жизни тех, что разрабатываются на заказ, наступает этап, когда основные функциональные требования заказчика, по мнению разработчика, выполнены, и программный продукт поступает на тестирование. А может быть даже в опытную эксплуатацию. В ходе тестирования, если у того, кто его проводит, руки растут из нужного места и мозги работают в правильном направлении, на разработчика начинает валиться большое число bug-ов, связанных с исключительными ситуациями, “защитой от дурака”, экстремальными объемами данных, неприемлемым быстродействием и так далее (идеально работающие программы сразу не пишутся). Разработчик старается быстро реагировать на вызовы судьбы и вносит большое количество локальных исправлений, а иногда и “заплат”, вследствие чего код теряет первоначальную стройность и сбалансированность. Вот в моменты между основными волнами наплывов претензий со стороны отдела технического контроля или просто ОТК и следует проводить рефакторинг кода: анализировать код и, используя ряд эффективных приемов, преобразовывать его к более согласованному и “прозрачному виду.” Естественно, что этап рефакторинга нельзя считать однократным.

Также, уместно проводить рефакторинг кода после добавления новой функциональности, поскольку такие действия легко могут привести к необходимости провести ряд преобразований, связанных с манипуляцией классами и их элементами. Довольно часто новая функциональность является причиной извлечения новых методов или даже новых классов и/или переименования их, поскольку роль последних может быть расширена, уточнена или специализирована.

Как мне кажется, отдельного внимания, помимо прочих, должны быть удостоены и те части кода, которые давно не редактировались (не были затронуты в процессе исправления ошибок или расширения функциональности), поскольку вряд ли они настолько невосприимчивы к вносимым вами изменениям, хотя и сохраняют корректное поведение. Но это уже ответ скорее не на вопрос “Когда уместно…”, а на вопрос “Где искать…”

Почему рефакторинг приносит результаты

Из-за чего бывает трудно работать с программами? Есть, как минимум, 4 причины:

  1. Программы, трудные для чтения, трудно модифицировать.
  2. Программы, в логике которых есть дублирование, трудно модифицировать.
  3. Программы, которым нужны дополнительные функции, что требует изменений в работающем коде, трудно модифицировать.
  4. Программы, реализующие сложную логику условных операторов, трудно модифицировать.

Итак, нам нужны программы, которые легко читать, вся логика которых задана в одном и только одном месте, модификация которых не ставит под угрозу существующие функции и которые позволяют выражать условную логику возможно более простым способом.

Рефакторинг представляет собой процесс улучшения работающей программы не путем изменения ее функций, а путем усиления в ней указанных качеств, позволяющих продолжить разработку с высокой скоростью.

Когда рефакторинг не нужен?

В некоторых случаях рефакторинг вообще не нужен. Основной пример — необходимость переписать программу с нуля. Иногда имеющийся код настолько запутан, что подвергнуть его рефакторингу, конечно, можно, но проще начать все с самого начала.

Явный признак необходимости переписать код — его неработоспособность. Это обнаруживается только при его тестировании, когда ошибок оказывается так много, что сделать код устойчивым не удается. Помните, что перед началом рефакторинга код должен выполняться в основном корректно.

Другой случай, когда следует воздерживаться от рефакторинга, это близость даты завершения проекта. Рост производительности, достигаемый благодаря рефакторингу, проявит себя слишком поздно — после истечения срока. Правильна в этом смысле точка зрения Уорда Каннингема (Ward Cunningham). Незавершенный рефакторинг он сравнивает с залезанием в долги. Большинству компаний для нормальной работы нужны кредиты. Однако вместе с долгами появляются и проценты, то есть дополнительная стоимость обслуживания и расширения, обусловленная чрезмерной сложностью кода. Выплату каких-то процентов можно вытерпеть, но если платежи слишком велики, вы разоритесь. Важно управлять своими долгами, выплачивая их часть посредством рефакторинга.

Однако приближение срока окончания работ — единственный случай, когда можно отложить рефакторинг, ссылаясь на недостаток времени. Опыт работы над несколькими проектами показывает, что проведение рефакторинга приводит к росту производительности труда. Нехватка времени обычно сигнализирует о необходимости рефакторинга.

Рефакторинг vs Реинжиниринг?

Если рефакторинг кода не меняет поведения программы, то реинжиниринг на такое способен. Можно рассматривать реинжиниринг, как крайнюю форму рефакторинга, но мне кажется, что это не вполне корректно. Скорее, рефактиринг может стать причиной легкого реинжиниринга. Рассмотрим вариант, когда периодический рефакторинг в процессе интенсивного тестирования программного продукта может привести к реинженирингу:

Специалисты ОТК, а возможно, уже и пользователи (зависит от этапа жизненного цикла программного продукта) постоянно регистрируют ошибки, непосредственно связанные с особенностью принятых вами решений при проектировании программы. Возможно, вы некорректно выбрали шаблон проектирования в процессе разработки архитектуры вашей программы. Инспекция кода и периодический рефакторинг могут выявить такие места – они выглядят громоздкими, нелогичными и не поддаются общеизвестным правилам рефакторинга. Вы принимаете решение внести изменения в архитектуру программы, оцениваете последствия и грядущие изменения в ее поведении, согласуете и объявляете о планируемых изменениях и приступаете к реинжинирингу.

Также, часто возникает потребность в реинжиниринге, когда необходимо расширить имеющуюся функциональность, или перейти на использование иных библиотек сторонних производителей, или на использование другой базы данных ну и т.д. и т.п.

Рефакторинг vs Оптимизация

Ну тут совсем все легко, потому как рефакторинг кода и оптимизация кода преследуют разные цели, и, как это обычно бывает, оказывают противоположный эффект на читаемость кода, хотя и тот и другой не меняют логику работы программы. В процессе оптимизации программного кода главной целью является обеспечение приемлемой скорости выполнения (или рационального расходования памяти в ходе выполнения) критических участков — “узких мест” в программе. В жертву могут быть принесены не только логичность и “красота” программного кода, но и основные догмы объектно-ориентированного подхода. Результатами оптимизации могут стать и появление глобальных переменных, и “лишние” отрытые методы и свойства, раскрывающие детали реализации ваших классов и т.п. безобразия. На мой взгляд, нужно уделять особое внимание рефакторингу, а необходимость в оптимизации стараться сводить к минимуму за счет уместного использования качественных библиотек сторонних производителей.

Разработка тестов

При проведении рефакторинга важным предварительным условием является наличие надежных тестов.

Правила разработки тестов

  • Делайте все тесты полностью автоматическими, так чтобы они проверяли собственные результаты.
  • Комплект тестов служит мощным детектором ошибок, резко сокращающим время их поиска.
  • Чаще запускайте тесты. Запускайте тесты при каждой компиляции — каждый тест хотя бы раз в день.
  • Получив сообщение об ошибке, начните с создания теста модуля, показывающего эту ошибку.
  • Лучше написать и выполнить неполные тесты, чем не выполнить полные тесты.
  • Подумайте о граничных условиях, которые могут быть неправильно обработаны, и сосредоточьте на них свои тесты.
  • Не забывайте проверять, чтобы в случае возникновения проблем генерировались исключительные ситуации.
  • Опасение по поводу того, что тестирование не выявит все ошибки, не должно помешать написанию тестов, которые выявят большинство ошибок.

Проблемы рефакторинга

  • Потребность вносить изменения в существующий код
  • Необходимость строго придерживаться поставленной задачи
  • Покрывать код проверочными тестами

Признаки, что Вам нужен рефакторинга

  • Ваш программный продукт работает, но внесение новой функциональности иногда затягивается на недели;
  • В определенных местах Ваш код работает совершенно не так, как Вы того ожидали;
  • Вы часто ошибаетесь в сроках реализации поставленной задачи;
  • Вам приходится вносить однотипные изменения в разных местах.

Методы рефакторинга

  • Инкапсуляция поля (Encapsulate Field);
  • Выделение класса (Extract Class);
  • Выделение интерфейса (Extract Interface);
  • Выделение локальной переменной (Extract Local Variable);
  • Выделение метода (Extract Method);
  • Генерализация типа (Generalize Type);
  • Встраивание (Inline);
  • Введение фабрики (Introduce Factory);
  • Введение параметра (Introduce Parameter);
  • Подъём поля/метода (Pull Up);
  • Спуск поля/метода (Push Down);
  • Замена условного оператора полиморфизмом (Replace Conditional with Polymorphism);

Рефакторинг очень существенно влияет на сопровождаемость проекта

Любой проект без регулярного рефакторинга за несколько лет (или даже месяцев) становится трудным для понимания, процессы изменений замедляются и становятся дороже, а иногда такие проекты доходят до состояния «проще переписать тут всё с нуля, чем разбираться». Таким образом затраты на рефакторинг окупаются за счёт того, что изменения вносить становится проще и процесс модернизации обходится значительно дешевле.

источник