Укрощение зверя: Стратегии рефакторинга устаревшего кода

Устаревший код. Сам этот термин часто вызывает в воображении образы разросшихся, недокументированных систем, хрупких зависимостей и всепоглощающего чувства страха. Многие разработчики по всему миру сталкиваются с задачей поддержки и развития этих систем, которые часто являются критически важными для бизнес-операций. Это всеобъемлющее руководство предлагает практические стратегии для рефакторинга устаревшего кода, превращая источник разочарования в возможность для модернизации и улучшения.

Что такое устаревший код?

Прежде чем погружаться в техники рефакторинга, важно определить, что мы подразумеваем под "устаревшим кодом". Хотя этот термин может просто означать старый код, более тонкое определение фокусируется на его поддерживаемости. Майкл Физерс в своей основополагающей книге "Эффективная работа с устаревшим кодом" определяет устаревший код как код без тестов. Отсутствие тестов затрудняет безопасное изменение кода без внесения регрессий. Однако устаревший код может обладать и другими характеристиками:

• Отсутствие документации: Первоначальные разработчики могли уйти, оставив после себя мало или совсем никакой документации, объясняющей архитектуру системы, проектные решения или даже базовую функциональность.
• Сложные зависимости: Код может быть сильно связанным, что затрудняет изоляцию и изменение отдельных компонентов без воздействия на другие части системы.
• Устаревшие технологии: Код может быть написан на старых языках программирования, фреймворках или библиотеках, которые больше не поддерживаются активно, что создает риски безопасности и ограничивает доступ к современным инструментам.
• Низкое качество кода: Код может содержать дублирующийся код, длинные методы и другие "запахи кода", которые затрудняют его понимание и поддержку.
• Хрупкий дизайн: Казалось бы, небольшие изменения могут иметь непредвиденные и широкомасштабные последствия.

Важно отметить, что устаревший код не является плохим по своей сути. Он часто представляет собой значительные инвестиции и воплощает в себе ценные знания о предметной области. Цель рефакторинга — сохранить эту ценность, улучшая при этом поддерживаемость, надежность и производительность кода.

Зачем проводить рефакторинг устаревшего кода?

Рефакторинг устаревшего кода может быть пугающей задачей, но преимущества часто перевешивают трудности. Вот несколько ключевых причин для инвестиций в рефакторинг:

• Улучшение поддерживаемости: Рефакторинг делает код более простым для понимания, изменения и отладки, снижая стоимость и усилия, необходимые для текущего обслуживания. Для международных команд это особенно важно, так как это уменьшает зависимость от конкретных людей и способствует обмену знаниями.
• Сокращение технического долга: Технический долг — это подразумеваемая стоимость переделки, вызванная выбором простого решения сейчас вместо использования лучшего подхода, который занял бы больше времени. Рефакторинг помогает погасить этот долг, улучшая общее состояние кодовой базы.
• Повышение надежности: Устраняя "запахи кода" и улучшая его структуру, рефакторинг может снизить риск возникновения ошибок и повысить общую надежность системы.
• Увеличение производительности: Рефакторинг может выявить и устранить узкие места в производительности, что приводит к ускорению времени выполнения и улучшению отклика.
• Упрощение интеграции: Рефакторинг может упростить интеграцию устаревшей системы с новыми системами и технологиями, способствуя инновациям и модернизации. Например, европейской платформе электронной коммерции может потребоваться интеграция с новым платежным шлюзом, использующим другой API.
• Повышение морального духа разработчиков: Работа с чистым, хорошо структурированным кодом более приятна и продуктивна для разработчиков. Рефакторинг может поднять моральный дух и привлечь таланты.

Выявление кандидатов для рефакторинга

Не весь устаревший код нуждается в рефакторинге. Важно приоритизировать усилия по рефакторингу на основе следующих факторов:

• Частота изменений: Код, который часто изменяется, является основным кандидатом для рефакторинга, так как улучшения в поддерживаемости окажут значительное влияние на производительность разработки.
• Сложность: Сложный и трудный для понимания код с большей вероятностью содержит ошибки и его сложнее безопасно изменять.
• Влияние ошибок: Код, критически важный для бизнес-операций или имеющий высокий риск вызвать дорогостоящие ошибки, должен быть приоритетом для рефакторинга.
• Узкие места в производительности: Код, определенный как узкое место в производительности, следует подвергнуть рефакторингу для ее улучшения.
• "Запахи кода": Следите за распространенными "запахами кода", такими как длинные методы, большие классы, дублирующийся код и зависть к функциям. Это индикаторы областей, которые могут выиграть от рефакторинга.

Пример: Представьте себе международную логистическую компанию с устаревшей системой управления перевозками. Модуль, отвечающий за расчет стоимости доставки, часто обновляется из-за меняющихся правил и цен на топливо. Этот модуль является главным кандидатом для рефакторинга.

Техники рефакторинга

Существует множество техник рефакторинга, каждая из которых предназначена для устранения конкретных "запахов кода" или улучшения определенных аспектов кода. Вот некоторые часто используемые техники:

Компоновка методов

Эти техники направлены на разбивку больших, сложных методов на более мелкие и управляемые. Это улучшает читаемость, уменьшает дублирование и облегчает тестирование кода.

• Извлечение метода (Extract Method): Выделение блока кода, выполняющего определенную задачу, и перенос его в новый метод.
• Встраивание метода (Inline Method): Замена вызова метода его телом. Используется, когда имя метода так же ясно, как и его тело, или когда вы собираетесь использовать "Извлечение метода", но существующий метод слишком короткий.
• Замена временной переменной вызовом метода (Replace Temp with Query): Замена временной переменной вызовом метода, который вычисляет значение переменной по требованию.
• Введение объясняющей переменной (Introduce Explaining Variable): Используется для присвоения результата выражения переменной с описательным именем, чтобы прояснить его назначение.

Перемещение функциональности между объектами

Эти техники направлены на улучшение дизайна классов и объектов путем перемещения обязанностей туда, где они должны быть.

• Перемещение метода (Move Method): Перемещение метода из одного класса в другой, где он логически уместен.
• Перемещение поля (Move Field): Перемещение поля из одного класса в другой, где оно логически уместно.
• Извлечение класса (Extract Class): Создание нового класса из связного набора обязанностей, извлеченных из существующего класса.
• Встраивание класса (Inline Class): Объединение класса с другим, когда он больше не выполняет достаточно работы, чтобы оправдать свое существование.
• Сокрытие делегата (Hide Delegate): Создание методов на сервере для сокрытия логики делегирования от клиента, что снижает связанность между клиентом и делегатом.
• Удаление посредника (Remove Middle Man): Если класс делегирует почти всю свою работу, это помогает убрать посредника.
• Введение внешнего метода (Introduce Foreign Method): Добавляет метод в класс-клиент для обслуживания клиента функциями, которые действительно нужны от класса-сервера, но не могут быть изменены из-за отсутствия доступа или запланированных изменений в классе-сервере.
• Введение локального расширения (Introduce Local Extension): Создает новый класс, который содержит новые методы. Полезно, когда вы не контролируете исходный код класса и не можете добавить поведение напрямую.

Организация данных

Эти техники направлены на улучшение способа хранения и доступа к данным, делая их более простыми для понимания и изменения.

• Замена значения данных объектом (Replace Data Value with Object): Замена простого значения данных объектом, который инкапсулирует связанные данные и поведение.
• Замена значения ссылкой (Change Value to Reference): Изменение объекта-значения на ссылочный объект, когда несколько объектов используют одно и то же значение.
• Преобразование однонаправленной ассоциации в двунаправленную (Change Unidirectional Association to Bidirectional): Создает двунаправленную связь между двумя классами, где существует только однонаправленная связь.
• Преобразование двунаправленной ассоциации в однонаправленную (Change Bidirectional Association to Unidirectional): Упрощает ассоциации, делая двустороннюю связь односторонней.
• Замена магического числа символической константой (Replace Magic Number with Symbolic Constant): Замена литеральных значений именованными константами, что делает код более понятным и поддерживаемым.
• Инкапсуляция поля (Encapsulate Field): Предоставление методов getter и setter для доступа к полю.
• Инкапсуляция коллекции (Encapsulate Collection): Гарантирует, что все изменения в коллекции происходят через тщательно контролируемые методы в классе-владельце.
• Замена записи классом данных (Replace Record with Data Class): Создает новый класс с полями, соответствующими структуре записи, и методами доступа.
• Замена кода типа классом (Replace Type Code with Class): Создание нового класса, когда код типа имеет ограниченный, известный набор возможных значений.
• Замена кода типа подклассами (Replace Type Code with Subclasses): Когда значение кода типа влияет на поведение класса.
• Замена кода типа состоянием/стратегией (Replace Type Code with State/Strategy): Когда значение кода типа влияет на поведение класса, но использование подклассов нецелесообразно.
• Замена подкласса полями (Replace Subclass with Fields): Удаляет подкласс и добавляет в суперкласс поля, представляющие отличительные свойства подкласса.

Упрощение условных выражений

Условная логика может быстро стать запутанной. Эти техники направлены на ее прояснение и упрощение.

• Декомпозиция условного оператора (Decompose Conditional): Разбивка сложного условного оператора на более мелкие и управляемые части.
• Объединение условных выражений (Consolidate Conditional Expression): Объединение нескольких условных операторов в один, более лаконичный.
• Объединение дублирующихся фрагментов в условных операторах (Consolidate Duplicate Conditional Fragments): Перенос кода, дублирующегося в нескольких ветвях условного оператора, за его пределы.
• Удаление управляющего флага (Remove Control Flag): Устранение булевых переменных, используемых для управления потоком логики.
• Замена вложенных условных операторов защитными операторами (Replace Nested Conditional with Guard Clauses): Делает код более читаемым, помещая все особые случаи в начало и прекращая обработку, если какой-либо из них истинен.
• Замена условного оператора полиморфизмом (Replace Conditional with Polymorphism): Замена условной логики полиморфизмом, что позволяет разным объектам обрабатывать разные случаи.
• Введение Null-объекта (Introduce Null Object): Вместо проверки на null-значение создается объект по умолчанию, который предоставляет стандартное поведение.
• Введение утверждения (Introduce Assertion): Явное документирование ожиданий путем создания теста, который их проверяет.

Упрощение вызовов методов

• Переименование метода (Rename Method): Кажется очевидным, но невероятно помогает сделать код ясным.
• Добавление параметра (Add Parameter): Добавление информации в сигнатуру метода позволяет сделать его более гибким и переиспользуемым.
• Удаление параметра (Remove Parameter): Если параметр не используется, избавьтесь от него для упрощения интерфейса.
• Разделение запроса и модификатора (Separate Query from Modifier): Если метод одновременно изменяет состояние и возвращает значение, разделите его на два разных метода.
• Параметризация метода (Parameterize Method): Используется для объединения похожих методов в один с параметром, который варьирует поведение.
• Замена параметра явными методами (Replace Parameter with Explicit Methods): Противоположность параметризации — разделение одного метода на несколько, каждый из которых представляет конкретное значение параметра.
• Сохранение всего объекта (Preserve Whole Object): Вместо передачи нескольких конкретных данных в метод, передайте весь объект, чтобы метод имел доступ ко всем его данным.
• Замена параметра вызовом метода (Replace Parameter with Method): Если метод всегда вызывается с одним и тем же значением, полученным из поля, рассмотрите возможность получения значения параметра внутри метода.
• Введение объекта-параметра (Introduce Parameter Object): Группировка нескольких параметров в объект, когда они естественным образом связаны друг с другом.
• Удаление метода-сеттера (Remove Setting Method): Избегайте сеттеров, если поле должно быть инициализировано только при создании, но не изменяться после.
• Сокрытие метода (Hide Method): Уменьшите видимость метода, если он используется только внутри одного класса.
• Замена конструктора фабричным методом (Replace Constructor with Factory Method): Более описательная альтернатива конструкторам.
• Замена исключения проверкой (Replace Exception with Test): Если исключения используются для управления потоком выполнения, замените их условной логикой для улучшения производительности.

Работа с обобщением

• Поднятие поля (Pull Up Field): Перемещение поля из подкласса в его суперкласс.
• Поднятие метода (Pull Up Method): Перемещение метода из подкласса в его суперкласс.
• Поднятие тела конструктора (Pull Up Constructor Body): Перемещение тела конструктора из подкласса в его суперкласс.
• Спуск метода (Push Down Method): Перемещение метода из суперкласса в его подклассы.
• Спуск поля (Push Down Field): Перемещение поля из суперкласса в его подклассы.
• Извлечение интерфейса (Extract Interface): Создание интерфейса из публичных методов класса.
• Извлечение суперкласса (Extract Superclass): Перемещение общей функциональности из двух классов в новый суперкласс.
• Свертывание иерархии (Collapse Hierarchy): Объединение суперкласса и подкласса в один класс.
• Формирование шаблонного метода (Form Template Method): Создание шаблонного метода в суперклассе, который определяет шаги алгоритма, позволяя подклассам переопределять конкретные шаги.
• Замена наследования делегированием (Replace Inheritance with Delegation): Создание поля в классе, ссылающегося на функциональность, вместо ее наследования.
• Замена делегирования наследованием (Replace Delegation with Inheritance): Когда делегирование становится слишком сложным, переключитесь на наследование.

Это лишь несколько примеров из множества доступных техник рефакторинга. Выбор конкретной техники зависит от конкретного "запаха кода" и желаемого результата.

Пример: Большой метод в Java-приложении, используемом международным банком, рассчитывает процентные ставки. Применение техники Извлечение метода для создания более мелких, сфокусированных методов улучшает читаемость и упрощает обновление логики расчета процентных ставок без влияния на другие части метода.

Процесс рефакторинга

К рефакторингу следует подходить систематически, чтобы минимизировать риски и максимизировать шансы на успех. Вот рекомендуемый процесс:

1. Определите кандидатов для рефакторинга: Используйте упомянутые ранее критерии для определения областей кода, которые больше всего выиграют от рефакторинга.
2. Создайте тесты: Прежде чем вносить какие-либо изменения, напишите автоматизированные тесты для проверки существующего поведения кода. Это крайне важно для гарантии того, что рефакторинг не приведет к регрессиям. Для написания модульных тестов можно использовать такие инструменты, как JUnit (Java), pytest (Python) или Jest (JavaScript).
3. Рефакторинг пошагово: Вносите небольшие, инкрементные изменения и запускайте тесты после каждого изменения. Это облегчает выявление и исправление любых возникающих ошибок.
4. Часто делайте коммиты: Часто фиксируйте свои изменения в системе контроля версий. Это позволяет легко вернуться к предыдущей версии, если что-то пойдет не так.
5. Проводите код-ревью: Попросите другого разработчика проверить ваш код. Это поможет выявить потенциальные проблемы и убедиться, что рефакторинг выполнен правильно.
6. Отслеживайте производительность: После рефакторинга отслеживайте производительность системы, чтобы убедиться, что изменения не привели к регрессиям производительности.

Пример: Команда, проводящая рефакторинг модуля на Python в международной платформе электронной коммерции, использует `pytest` для создания модульных тестов для существующей функциональности. Затем они применяют рефакторинг Извлечение класса, чтобы разделить ответственности и улучшить структуру модуля. После каждого небольшого изменения они запускают тесты, чтобы убедиться, что функциональность остается неизменной.

Стратегии добавления тестов в устаревший код

Как метко заметил Майкл Физерс, устаревший код — это код без тестов. Добавление тестов в существующие кодовые базы может показаться огромной задачей, но это необходимо для безопасного рефакторинга. Вот несколько стратегий для решения этой задачи:

Характеризационные тесты (они же тесты "Золотого эталона")

Когда вы имеете дело с кодом, который трудно понять, характеризационные тесты могут помочь вам зафиксировать его существующее поведение, прежде чем вы начнете вносить изменения. Идея состоит в том, чтобы написать тесты, которые утверждают текущий результат работы кода для заданного набора входных данных. Эти тесты не обязательно проверяют корректность; они просто документируют, что код делает *в данный момент*.

Шаги:

1. Определите единицу кода, которую вы хотите охарактеризовать (например, функцию или метод).
2. Создайте набор входных значений, представляющих диапазон распространенных и пограничных сценариев.
3. Запустите код с этими входными данными и зафиксируйте полученные результаты.
4. Напишите тесты, которые утверждают, что код производит именно эти результаты для этих входных данных.

Предостережение: Характеризационные тесты могут быть хрупкими, если базовая логика сложна или зависит от данных. Будьте готовы обновлять их, если вам понадобится изменить поведение кода позже.

Метод-росток и Класс-росток

Эти техники, также описанные Майклом Физерсом, направлены на внедрение новой функциональности в устаревшую систему при минимизации риска поломки существующего кода.

Метод-росток (Sprout Method): Когда вам нужно добавить новую функцию, требующую изменения существующего метода, создайте новый метод, который содержит новую логику. Затем вызовите этот новый метод из существующего. Это позволяет изолировать новый код и тестировать его независимо.

Класс-росток (Sprout Class): Аналогично Методу-ростку, но для классов. Создайте новый класс, который реализует новую функциональность, а затем интегрируйте его в существующую систему.

Песочница (Sandboxing)

"Песочница" предполагает изоляцию устаревшего кода от остальной части системы, что позволяет тестировать его в контролируемой среде. Это можно сделать, создав моки или стабы для зависимостей или запустив код в виртуальной машине.

Метод Микадо

Метод Микадо — это визуальный подход к решению проблем для выполнения сложных задач рефакторинга. Он включает в себя создание диаграммы, которая представляет зависимости между различными частями кода, а затем рефакторинг кода таким образом, чтобы минимизировать влияние на другие части системы. Основной принцип — "попробовать" внести изменение и посмотреть, что сломается. Если что-то ломается, вернитесь к последнему рабочему состоянию и зафиксируйте проблему. Затем решите эту проблему, прежде чем снова пытаться внести исходное изменение.

Инструменты для рефакторинга

Существует несколько инструментов, которые могут помочь в рефакторинге, автоматизируя повторяющиеся задачи и предоставляя рекомендации по лучшим практикам. Эти инструменты часто интегрированы в интегрированные среды разработки (IDE):

• IDE (например, IntelliJ IDEA, Eclipse, Visual Studio): IDE предоставляют встроенные инструменты рефакторинга, которые могут автоматически выполнять такие задачи, как переименование переменных, извлечение методов и перемещение классов.
• Инструменты статического анализа (например, SonarQube, Checkstyle, PMD): Эти инструменты анализируют код на предмет "запахов кода", потенциальных ошибок и уязвимостей безопасности. Они могут помочь определить области кода, которые выиграют от рефакторинга.
• Инструменты покрытия кода тестами (например, JaCoCo, Cobertura): Эти инструменты измеряют процент кода, покрытого тестами. Они могут помочь выявить области кода, которые недостаточно протестированы.
• Браузеры рефакторинга (например, Smalltalk Refactoring Browser): Специализированные инструменты, которые помогают в более крупных реструктуризационных действиях.

Пример: Команда разработчиков, работающая над C#-приложением для международной страховой компании, использует встроенные инструменты рефакторинга Visual Studio для автоматического переименования переменных и извлечения методов. Они также используют SonarQube для выявления "запахов кода" и потенциальных уязвимостей.

Трудности и риски

Рефакторинг устаревшего кода не обходится без трудностей и рисков:

• Внесение регрессий: Самый большой риск — это внесение ошибок в процессе рефакторинга. Это можно смягчить, написав исчерпывающие тесты и проводя рефакторинг пошагово.
• Отсутствие знаний о предметной области: Если первоначальные разработчики ушли, может быть трудно понять код и его назначение. Это может привести к неверным решениям при рефакторинге.
• Сильная связанность: Сильно связанный код сложнее рефакторить, так как изменения в одной части кода могут иметь непреднамеренные последствия для других частей.
• Ограничения по времени: Рефакторинг может занять время, и может быть трудно оправдать инвестиции перед стейкхолдерами, которые сосредоточены на поставке новых функций.
• Сопротивление изменениям: Некоторые разработчики могут сопротивляться рефакторингу, особенно если они не знакомы с соответствующими техниками.

Лучшие практики

Чтобы смягчить трудности и риски, связанные с рефакторингом устаревшего кода, следуйте этим лучшим практикам:

• Получите одобрение: Убедитесь, что стейкхолдеры понимают преимущества рефакторинга и готовы инвестировать необходимое время и ресурсы.
• Начинайте с малого: Начните с рефакторинга небольших, изолированных частей кода. Это поможет укрепить уверенность и продемонстрировать ценность рефакторинга.
• Рефакторинг пошагово: Вносите небольшие, инкрементные изменения и часто тестируйте. Это облегчит выявление и исправление любых возникающих ошибок.
• Автоматизируйте тесты: Напишите исчерпывающие автоматизированные тесты для проверки поведения кода до и после рефакторинга.
• Используйте инструменты рефакторинга: Используйте инструменты рефакторинга, доступные в вашей IDE или других утилитах, для автоматизации повторяющихся задач и получения рекомендаций по лучшим практикам.
• Документируйте свои изменения: Документируйте изменения, которые вы вносите во время рефакторинга. Это поможет другим разработчикам понять код и избежать внесения регрессий в будущем.
• Непрерывный рефакторинг: Сделайте рефакторинг постоянной частью процесса разработки, а не разовым мероприятием. Это поможет поддерживать кодовую базу в чистоте и поддерживаемом состоянии.

Заключение

Рефакторинг устаревшего кода — это сложная, но благодарная задача. Следуя стратегиям и лучшим практикам, изложенным в этом руководстве, вы сможете укротить зверя и превратить ваши устаревшие системы в поддерживаемые, надежные и высокопроизводительные активы. Помните о необходимости систематического подхода к рефакторингу, частом тестировании и эффективном общении с вашей командой. При тщательном планировании и выполнении вы сможете раскрыть скрытый потенциал вашего устаревшего кода и проложить путь для будущих инноваций.