Софтуерни метрики: Измерване и управление на техническия дълг

В забързания свят на разработката на софтуер, натискът за бързо доставяне понякога може да доведе до заобикаляния и компромиси. Това може да доведе до това, което е известно като технически дълг: подразбиращата се цена за преработка, причинена от избора на лесно решение сега, вместо да се използва по-добър подход, който би отнел повече време. Подобно на финансовия дълг, техническият дълг натрупва лихва, което го прави по-трудно и по-скъпо за поправяне по-късно. Ефективното измерване и управление на техническия дълг са от решаващо значение за осигуряване на дългосрочно здраве, поддръжка и успех на всеки софтуерен проект. Тази статия разглежда концепцията за техническия дълг, важността на неговото измерване с подходящи софтуерни метрики и практични стратегии за ефективното му управление, особено в глобални среди за разработка.

Какво представлява техническият дълг?

Техническият дълг, термин, измислен от Ward Cunningham, представлява компромисите, които разработчиците правят, когато избират по-просто, по-бързо решение пред по-стабилно, дългосрочно. Не винаги е лошо нещо. Понякога възникването на технически дълг е стратегическо решение, което позволява на екипа бързо да пусне продукт, да събере обратна връзка от потребителите и да итерира. Въпреки това, неуправляваният технически дълг може да се разрасне, което води до повишени разходи за разработка, намалена гъвкавост и по-висок риск от дефекти.

Има различни видове технически дълг:

• Преднамерен/умишлен дълг: Съзнателно решение за използване на неоптимално решение за спазване на краен срок или пазарна възможност.
• Неволен/неумишлен дълг: Възниква от липса на разбиране или опит, което води до лошо качество или дизайн на кода.
• Разпад: Код, който се влошава с течение на времето поради променящи се технологии, липса на поддръжка или променящи се изисквания.

Защо да измерваме техническия дълг?

Измерването на техническия дълг е от съществено значение по няколко причини:

• Видимост: Осигурява ясно разбиране на текущото състояние на кодовата база и количеството на наличния технически дълг.
• Приоритизиране: Помага за приоритизиране на областите от кода, които изискват внимание и отстраняване.
• Управление на риска: Идентифицира потенциалните рискове, свързани с техническия дълг, като повишени нива на дефекти или уязвимости в сигурността.
• Вземане на решения: Информира решенията за това дали да се рефакторира, пренапише или приеме текущото ниво на дълга.
• Комуникация: Улеснява комуникацията между разработчици, ръководители на проекти и заинтересовани страни относно техническото състояние на проекта.
• Проследяване на напредъка: Позволява на екипите да проследяват напредъка си в намаляването на техническия дълг с течение на времето.

Ключови софтуерни метрики за измерване на техническия дълг

Няколко софтуерни метрики могат да бъдат използвани за количествено определяне и проследяване на техническия дълг. Тези метрики предоставят информация за различни аспекти на качеството на кода, сложността и поддръжката.

1. Покритие на кода

Описание: Измерва процента на кода, който е обхванат от автоматизирани тестове. Високото покритие на кода показва, че значителна част от кодовата база се тества, намалявайки риска от неразкрити грешки.

Интерпретация: Ниското покритие на кода може да покаже области от кода, които са слабо тествани и могат да съдържат скрити дефекти. Стремете се към покритие на кода от поне 80%, но се стремете към по-високо покритие в критичните области на приложението.

Пример: Модул, отговорен за обработката на финансови транзакции, трябва да има много високо покритие на кода, за да осигури точност и да предотврати грешки.

2. Цикломатична сложност

Описание: Измерва сложността на кодовия модул, като преброява броя на линейно независимите пътища през кода. По-високата цикломатична сложност показва по-сложен код, който е по-труден за разбиране, тестване и поддръжка.

Интерпретация: Модулите с висока цикломатична сложност са по-склонни към грешки и изискват повече тестване. Рефакторирайте сложни модули, за да намалите тяхната сложност и да подобрите четливостта. Общоприетият праг е цикломатична сложност по-малка от 10 на функция.

Пример: Сложна машина за бизнес правила с много вложени условия и цикли вероятно ще има висока цикломатична сложност и ще бъде трудна за отстраняване на грешки и модифициране. Разделянето на логиката на по-малки, по-управляеми функции може да подобри ситуацията.

3. Дублиране на код

Описание: Измерва количеството дублиран код в кодовата база. Дублирането на код увеличава тежестта на поддръжката и риска от въвеждане на грешки. Когато се открие грешка в дублиран код, тя трябва да бъде отстранена на няколко места, което увеличава вероятността от грешки.

Интерпретация: Високите нива на дублиране на код показват необходимост от рефакторинг и повторно използване на код. Идентифицирайте и премахнете дублирания код, като създадете компоненти или функции за многократна употреба. Използвайте инструменти като PMD или CPD за откриване на дублиране на код.

Пример: Копирането и поставянето на същия кодов блок за валидиране на потребителски вход във формуляри води до дублиране на код. Създаването на функция или компонент за многократна употреба за валидиране може да премахне това дублиране.

4. Брой редове код (LOC)

Описание: Измерва общия брой редове код в проект или модул. Въпреки че не е пряка мярка за техническия дълг, LOC може да предостави информация за размера и сложността на кодовата база.

Интерпретация: Голям брой LOC може да показва необходимост от рефакторинг на код и модуларизация. По-малките, по-управляеми модули са по-лесни за разбиране и поддръжка. Може да се използва и като индикатор на високо ниво за размера и сложността на проекта.

Пример: Единична функция, съдържаща хиляди редове код, вероятно е твърде сложна и трябва да бъде разделена на по-малки, по-управляеми функции.

5. Индекс на поддръжка

Описание: Композитна метрика, която комбинира няколко други метрики, като цикломатична сложност, LOC и обем на Halstead, за да осигури обща мярка за поддръжката на кода. По-висок индекс на поддръжка показва по-поддържащ код.

Интерпретация: Нисък индекс на поддръжка показва, че кодът е труден за разбиране, модифициране и тестване. Съсредоточете се върху подобряване на областите, които допринасят за ниския резултат, като намаляване на цикломатичната сложност или дублиране на код.

Пример: Код с висока цикломатична сложност, високо дублиране на код и голям брой LOC вероятно ще има нисък индекс на поддръжка.

6. Брой грешки/дефекти

Описание: Проследява броя на грешките или дефектите, открити в кода. Голям брой грешки може да покаже основни проблеми с качеството и дизайна на кода.

Интерпретация: Голям брой грешки може да покаже необходимост от по-задълбочено тестване, прегледи на код или рефакторинг. Анализирайте основните причини за грешките, за да идентифицирате и отстраните основните проблеми. Тенденциите в броя на грешките с течение на времето могат да бъдат полезни при оценката на цялостното качество на софтуера.

Пример: Модул, който постоянно генерира голям брой отчети за грешки, може да изисква пълно пренаписване или редизайн.

7. Миризми на код

Описание: Евристични индикатори за потенциални проблеми в кода, като дълги методи, големи класове или дублиран код. Макар и не директни измервания, миризмите на код могат да посочат области от кода, които може да допринасят за техническия дълг.

Интерпретация: Разследвайте и адресирайте миризмите на код, за да подобрите качеството на кода и поддръжката. Рефакторирайте кода, за да премахнете миризмите и да подобрите цялостния дизайн. Примерите включват:

• Дълъг метод: Метод, който е твърде дълъг и сложен.
• Голям клас: Клас, който има твърде много отговорности.
• Дублиран код: Код, който се повтаря на няколко места.
• Завист към функция: Метод, който осъществява достъп до данните на друг обект повече от собствените си данни.
• Божи клас: Клас, който знае или прави твърде много.

Пример: Клас със стотици методи и десетки полета вероятно е Божи клас и трябва да бъде разделен на по-малки, по-специализирани класове.

8. Нарушения на статичния анализ

Описание: Преброява броя на нарушенията на стандартите за кодиране и най-добрите практики, открити от инструменти за статичен анализ. Тези нарушения могат да показват потенциални проблеми с качеството на кода и уязвимости в сигурността.

Интерпретация: Адресирайте нарушенията на статичния анализ, за да подобрите качеството на кода, сигурността и поддръжката. Конфигурирайте инструмента за статичен анализ, за да наложи стандартите за кодиране и най-добрите практики, специфични за проекта. Примерите включват нарушения на конвенциите за именуване, неизползвани променливи или потенциални изключения за указатели с нулева стойност.

Пример: Инструмент за статичен анализ може да маркира променлива, която е декларирана, но никога не се използва, което показва потенциален мъртъв код, който трябва да бъде премахнат.

Инструменти за измерване на техническия дълг

Налични са няколко инструмента за автоматизиране на измерването на техническия дълг. Тези инструменти могат да анализират код, да идентифицират потенциални проблеми и да генерират отчети за качеството на кода и поддръжката. Ето няколко популярни опции:

• SonarQube: Платформа с отворен код за непрекъсната проверка на качеството на кода. Предоставя подробни отчети за миризмите на код, грешките, уязвимостите и покритието на кода. SonarQube се интегрира с различни системи за изграждане и IDE, което улеснява включването в работния процес на разработка. Поддържа широка гама от езици за програмиране. Много големи корпорации по целия свят използват SonarQube широко и поддръжката на общността му е отлична.
• CAST: Търговска платформа за софтуерно разузнаване, която предоставя информация за архитектурата, качеството и сигурността на софтуерните приложения. CAST предлага усъвършенствани възможности за анализ и може да идентифицира сложни зависимости и потенциални рискове. Често се използва от големи организации за управление на сложни софтуерни портфейли.
• PMD: Инструмент за статичен анализ с отворен код, който може да открива миризми на код, грешки и дублиране на код в Java, JavaScript и други езици. PMD е силно адаптивен и може да бъде интегриран в системи за изграждане и IDE. Това е лек инструмент, идеален за по-малки проекти.
• ESLint: Популярен инструмент за статичен анализ за JavaScript и TypeScript. ESLint може да наложи стандарти за кодиране, да открива потенциални грешки и да подобрява качеството на кода. Той е силно конфигурируем и може да бъде интегриран в различни IDE и системи за изграждане.
• Checkstyle: Инструмент за статичен анализ с отворен код, който налага стандарти за кодиране и най-добри практики в Java код. Checkstyle може да бъде персонализиран, за да налага конкретни правила за кодиране и може да бъде интегриран в системи за изграждане и IDE.
• Understand: Търговски инструмент за статичен анализ, който предоставя подробна информация за структурата на кода, зависимостите и сложността. Understand може да се използва за идентифициране на потенциални проблеми и подобряване на качеството на кода. Особено мощен за разбиране на сложни и големи наследени системи.

Стратегии за управление на техническия дълг

Ефективното управление на техническия дълг изисква проактивен подход, който включва всички заинтересовани страни. Ето някои ключови стратегии за управление на техническия дълг:

1. Приоритизирайте отстраняването на техническия дълг

Не целият технически дълг е създаден еднакво. Някои елементи на техническия дълг представляват по-голям риск за проекта от други. Приоритизирайте отстраняването на техническия дълг въз основа на следните фактори:

• Въздействие: Потенциалното въздействие на техническия дълг върху проекта, като повишени нива на дефекти, намалена производителност или уязвимости в сигурността.
• Вероятност: Вероятността техническият дълг да причини проблеми в бъдеще.
• Цена: Цената на отстраняването на техническия дълг.

Съсредоточете се върху отстраняването на елементите на техническия дълг, които имат най-голямо въздействие и вероятност да причинят проблеми и които могат да бъдат отстранени на разумна цена.

2. Интегрирайте отстраняването на техническия дълг в процеса на разработка

Отстраняването на техническия дълг трябва да бъде неразделна част от процеса на разработка, а не нещо, за което се сещате след това. Отделете време и ресурси за справяне с техническия дълг във всеки спринт или итерация. Включете отстраняването на техническия дълг в дефиницията на готово за всяка задача или потребителска история. Например, „дефиниция на готово“ за промяна на кода може да включва рефакторинг за намаляване на цикломатичната сложност под определен праг или премахване на дублирането на код.

3. Използвайте Agile методологии

Agile методологиите, като Scrum и Kanban, могат да помогнат за управлението на техническия дълг, като насърчават итеративна разработка, непрекъснато подобрение и сътрудничество. Agile екипите могат да използват прегледи и ретроспективи на спринтове, за да идентифицират и адресират техническия дълг. Собственикът на продукта може да добави задачи за отстраняване на техническия дълг към продуктовия беклог и да ги приоритизира заедно с други функции и потребителски истории. Фокусът на Agile върху кратките итерации и непрекъснатата обратна връзка позволява честа оценка и корекция на натрупващия се дълг.

4. Провеждайте прегледи на кода

Прегледите на кода са ефективен начин за идентифициране и предотвратяване на техническия дълг. По време на прегледите на кода разработчиците могат да идентифицират потенциални проблеми с качеството на кода, миризми на код и нарушения на стандартите за кодиране. Прегледите на кода могат също да помогнат да се гарантира, че кодът е добре документиран и лесен за разбиране. Уверете се, че контролните списъци за преглед на код изрично включват проверки за потенциални проблеми с техническия дълг.

5. Автоматизирайте анализ на кода

Автоматизирайте анализа на кода, като използвате инструменти за статичен анализ, за да идентифицирате потенциални проблеми и да наложите стандарти за кодиране. Интегрирайте инструмента за статичен анализ в процеса на изграждане, за да гарантирате, че целият код е анализиран, преди да бъде въведен в кодовата база. Конфигурирайте инструмента за генериране на отчети за качеството на кода и техническия дълг. Инструменти като SonarQube, PMD и ESLint могат автоматично да идентифицират миризми на код, потенциални грешки и уязвимости в сигурността.

6. Рефакторирайте редовно

Рефакторингът е процесът на подобряване на вътрешната структура на кода, без да се променя неговото външно поведение. Редовният рефакторинг може да помогне за намаляване на техническия дълг, подобряване на качеството на кода и улесняване на разбирането и поддръжката на кода. Планирайте редовни рефакторинг спринтове или итерации, за да адресирате елементи на техническия дълг. Направете малки, постепенни промени в кода и тествайте старателно след всяка промяна.

7. Установете стандарти за кодиране и най-добри практики

Установете стандарти за кодиране и най-добри практики, за да насърчите последователно качество на кода и да намалите вероятността от въвеждане на технически дълг. Документирайте стандартите за кодиране и най-добрите практики и ги направете лесно достъпни за всички разработчици. Използвайте инструменти за статичен анализ, за да наложите стандартите за кодиране и най-добрите практики. Примери за общи стандарти за кодиране включват конвенции за именуване, форматиране на код и указания за коментиране.

8. Инвестирайте в обучение и образование

Осигурете на разработчиците обучение и образование относно най-добрите практики за разработка на софтуер, качеството на кода и управлението на техническия дълг. Насърчете разработчиците да бъдат в крак с най-новите технологии и техники. Инвестирайте в инструменти и ресурси, които могат да помогнат на разработчиците да подобрят своите умения и знания. Осигурете обучение за използването на инструменти за статичен анализ, процеси на преглед на код и техники за рефакторинг.

9. Поддържайте регистър на техническия дълг

Създайте и поддържайте регистър на техническия дълг, за да проследявате всички идентифицирани елементи на техническия дълг. Регистърът трябва да включва описание на елемента на техническия дълг, неговото въздействие, неговата вероятност, неговата цена за отстраняване и неговия приоритет. Редовно преглеждайте регистъра на техническия дълг и го актуализирайте, ако е необходимо. Този регистър позволява по-добро проследяване и управление, предотвратявайки забравянето или игнорирането на техническия дълг. Също така улеснява комуникацията със заинтересованите страни.

10. Наблюдавайте и проследявайте напредъка

Наблюдавайте и проследявайте напредъка в намаляването на техническия дълг с течение на времето. Използвайте софтуерни метрики, за да измерите въздействието на усилията за отстраняване на техническия дълг. Генерирайте отчети за качеството на кода, сложността и поддръжката. Споделете отчетите със заинтересованите страни и ги използвайте, за да информирате вземането на решения. Например, проследявайте намаляването на дублирането на код, цикломатичната сложност или броя на нарушенията на статичния анализ с течение на времето.

Технически дълг в глобални екипи за разработка

Управлението на техническия дълг в глобални екипи за разработка представлява уникални предизвикателства. Тези предизвикателства включват:

• Комуникационни бариери: Езиковите и културните различия могат да затруднят ефективната комуникация относно техническия дълг.
• Разлики в часовите зони: Разликите в часовите зони могат да затруднят сътрудничеството при прегледи на код и усилия за рефакторинг.
• Разпределена собственост на код: Собствеността на кода може да бъде разпределена между множество екипи на различни места, което затруднява възлагането на отговорност за отстраняване на техническия дълг.
• Несъответстващи стандарти за кодиране: Различните екипи може да имат различни стандарти за кодиране и най-добри практики, което води до несъответствия в качеството на кода.

За да се справите с тези предизвикателства, глобалните екипи за разработка трябва да:

• Създайте ясни комуникационни канали: Използвайте инструменти и процеси, които улесняват комуникацията между членовете на екипа, като видеоконференции, незабавни съобщения и споделена документация.
• Стандартизирайте стандартите за кодиране и най-добрите практики: Създайте общ набор от стандарти за кодиране и най-добри практики, които всички екипи трябва да спазват.
• Използвайте споделени инструменти и платформи: Използвайте споделени инструменти и платформи за анализ на код, прегледи на код и проследяване на проблеми.
• Провеждайте редовни прегледи на код между екипите: Провеждайте редовни прегледи на код между екипите, за да осигурите качеството и последователността на кода.
• Насърчавайте култура на сътрудничество и споделяне на знания: Насърчавайте членовете на екипа да споделят своите знания и опит един с друг.

Заключение

Измерването и управлението на техническия дълг е от съществено значение за осигуряване на дългосрочното здраве, поддръжката и успеха на софтуерните проекти. Чрез използване на ключови софтуерни метрики, като покритие на код, цикломатична сложност, дублиране на код и индекс на поддръжка, екипите могат да придобият ясно разбиране за техническия дълг, присъстващ в тяхната кодова база. Инструменти като SonarQube, CAST и PMD могат да автоматизират процеса на измерване и да предоставят подробни отчети за качеството на кода. Стратегиите за управление на техническия дълг включват приоритизиране на усилията за отстраняване, интегриране на отстраняването в процеса на разработка, използване на Agile методологии, провеждане на прегледи на код, автоматизиране на анализ на код, редовен рефакторинг, установяване на стандарти за кодиране и инвестиране в обучение. За глобалните екипи за разработка справянето с комуникационните бариери, стандартизирането на стандартите за кодиране и насърчаването на сътрудничеството са от решаващо значение за ефективното управление на техническия дълг. Чрез проактивно измерване и управление на техническия дълг, екипите могат да намалят разходите за разработка, да подобрят гъвкавостта и да доставят висококачествен софтуер, който отговаря на нуждите на своите потребители.