设计模式之美 - 20 | 理论六：为何说KISS、YAGNI原则看似简单，却经常被用错？
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设计模式之美 - 20 | 理论六：为何说KISS、YAGNI原则看似简单，却经常被用错？
- 如何理解“KISS 原则”？
- 代码行数越少就越“简单”吗？
- 代码逻辑复杂就违背 KISS 原则吗？
- 如何写出满足 KISS 原则的代码？
- YAGNI 跟 KISS 说的是一回事吗？
- 重点回顾
- 课堂讨论
上几节课中，我们学习了经典的 SOLID 原则。今天，我们讲两个设计原则：KISS 原则和 YAGNI 原则。其中，KISS 原则比较经典，耳熟能详，但 YAGNI 你可能没怎么听过，不过它理解起来也不难。
理解这两个原则时候，经常会有一个共同的问题，那就是，看一眼就感觉懂了，但深究的话，又有很多细节问题不是很清楚。比如，怎么理解 KISS 原则中“简单”两个字？什么样的代码才算“简单”？怎样的代码才算“复杂”？如何才能写出“简单”的代码？YAGNI 原则跟 KISS 原则说的是一回事吗？
如果你还不能非常清晰地回答出上面这几个问题，那恭喜你，又得到了一次进步提高的机会。等你听完这节课，我相信你很自然就能回答上来了。话不多说，让我们带着这些问题，正式开始今天的学习吧！
如何理解“KISS 原则”？
KISS 原则的英文描述有好几个版本，比如下面这几个。
- Keep It Simple and Stupid.
- Keep It Short and Simple.
- Keep It Simple and Straightforward.
不过，仔细看你就会发现，它们要表达的意思其实差不多，翻译成中文就是：尽量保持简单。
KISS 原则算是一个万金油类型的设计原则，可以应用在很多场景中。它不仅经常用来指导软件开发，还经常用来指导更加广泛的系统设计、产品设计等，比如，冰箱、建筑、iPhone 手机的设计等等。不过，咱们的专栏是讲代码设计的，所以，接下来，我还是重点讲解如何在编码开发中应用这条原则。
我们知道，代码的可读性和可维护性是衡量代码质量非常重要的两个标准。而 KISS 原则就是保持代码可读和可维护的重要手段。代码足够简单，也就意味着很容易读懂，bug比较难隐藏。即便出现 bug，修复起来也比较简单。
不过，这条原则只是告诉我们，要保持代码“Simple and Stupid”，但并没有讲到，什么样的代码才是“Simple and Stupid”的，更没有给出特别明确的方法论，来指导如何开发出“Simple and Stupid”的代码。所以，看着非常简单，但不能落地，这就有点像我们常说的“心灵鸡汤”。哦，咱们这里应该叫“技术鸡汤”。
所以，接下来，为了能让这条原则切实地落地，能够指导实际的项目开发，我就针对刚刚的这些问题来进一步讲讲我的理解。
代码行数越少就越“简单”吗？
我们先一起看一个例子。下面这三段代码可以实现同样一个功能：检查输入的字符串ipAddress 是否是合法的 IP 地址。
一个合法的 IP 地址由四个数字组成，并且通过“.”来进行分割。每组数字的取值范围是0~255。第一组数字比较特殊，不允许为 0。对比这三段代码，你觉得哪一段代码最符合 KISS 原则呢？如果让你来实现这个功能，你会选择用哪种实现方法呢？你可以先自己思考一下，然后再看我下面的讲解。
// 第一种实现方式: 使用正则表达式
public boolean isValidIpAddressV1(String ipAddress) {
if (StringUtils.isBlank(ipAddress)) return false;
String regex = "^(1\\d{2}|2[0-4]\\d|25[0-5]|[1-9]\\d|[1-9])\\."
+ "(1\\d{2}|2[0-4]\\d|25[0-5]|[1-9]\\d|\\d)\\."
+ "(1\\d{2}|2[0-4]\\d|25[0-5]|[1-9]\\d|\\d)\\."
+ "(1\\d{2}|2[0-4]\\d|25[0-5]|[1-9]\\d|\\d)$";
return ipAddress.matches(regex);
}
// 第二种实现方式: 使用现成的工具类
public boolean isValidIpAddressV2(String ipAddress) {
if (StringUtils.isBlank(ipAddress)) return false;
String[] ipUnits = StringUtils.split(ipAddress, '.');
if (ipUnits.length != 4) {
return false;
}
for (int i = 0; i < 4; ++i) {
int ipUnitIntValue;
try {
ipUnitIntValue = Integer.parseInt(ipUnits[i]);
} catch (NumberFormatException e) {
return false;
}
if (ipUnitIntValue < 0 || ipUnitIntValue > 255) {
return false;
}
if (i == 0 && ipUnitIntValue == 0) {
return false;
}
}
return true;
}
// 第三种实现方式: 不使用任何工具类
public boolean isValidIpAddressV3(String ipAddress) {
char[] ipChars = ipAddress.toCharArray();
int length = ipChars.length;
int ipUnitIntValue = -1;
boolean isFirstUnit = true;
int unitsCount = 0;
for (int i = 0; i < length; ++i) {
char c = ipChars[i];
if (c == '.') {
if (ipUnitIntValue < 0 || ipUnitIntValue > 255) return false;
if (isFirstUnit && ipUnitIntValue == 0) return false;
if (isFirstUnit) isFirstUnit = false;
ipUnitIntValue = -1;
unitsCount++;
continue;
}
if (c < '0' || c > '9') {
return false;
}
if (ipUnitIntValue == -1) ipUnitIntValue = 0;
ipUnitIntValue = ipUnitIntValue * 10 + (c - '0');
}
if (ipUnitIntValue < 0 || ipUnitIntValue > 255) return false;
if (unitsCount != 3) return false;
return true;
}
第一种实现方式利用的是正则表达式，只用三行代码就把这个问题搞定了。它的代码行数最少，那是不是就最符合 KISS 原则呢？答案是否定的。虽然代码行数最少，看似最简单，实际上却很复杂。这正是因为它使用了正则表达式。
一方面，正则表达式本身是比较复杂的，写出完全没有 bug 的正则表达本身就比较有挑战；另一方面，并不是每个程序员都精通正则表达式。对于不怎么懂正则表达式的同事来说，看懂并且维护这段正则表达式是比较困难的。这种实现方式会导致代码的可读性和可维护性变差，所以，从 KISS 原则的设计初衷上来讲，这种实现方式并不符合 KISS原则。
讲完了第一种实现方式，我们再来看下其他两种实现方式。
第二种实现方式使用了 StringUtils 类、Integer 类提供的一些现成的工具函数，来处理IP 地址字符串。第三种实现方式，不使用任何工具函数，而是通过逐一处理 IP 地址中的字符，来判断是否合法。从代码行数上来说，这两种方式差不多。但是，第三种要比第二种更加有难度，更容易写出 bug。从可读性上来说，第二种实现方式的代码逻辑更清晰、更好理解。所以，在这两种实现方式中，第二种实现方式更加“简单”，更加符合KISS 原则。
不过，你可能会说，第三种实现方式虽然实现起来稍微有点复杂，但性能要比第二种实现方式高一些啊。从性能的角度来说，选择第三种实现方式是不是更好些呢？
在回答这个问题之前，我先解释一下，为什么说第三种实现方式性能会更高一些。一般来说，工具类的功能都比较通用和全面，所以，在代码实现上，需要考虑和处理更多的细节，执行效率就会有所影响。而第三种实现方式，完全是自己操作底层字符，只针对IP 地址这一种格式的数据输入来做处理，没有太多多余的函数调用和其他不必要的处理逻辑，所以，在执行效率上，这种类似定制化的处理代码方式肯定比通用的工具类要高些。
不过，尽管第三种实现方式性能更高些，但我还是更倾向于选择第二种实现方法。那是因为第三种实现方式实际上是一种过度优化。除非 isValidIpAddress() 函数是影响系统性能的瓶颈代码，否则，这样优化的投入产出比并不高，增加了代码实现的难度、牺牲了代码的可读性，性能上的提升却并不明显。
代码逻辑复杂就违背 KISS 原则吗？
刚刚我们提到，并不是代码行数越少就越“简单”，还要考虑逻辑复杂度、实现难度、代码的可读性等。那如果一段代码的逻辑复杂、实现难度大、可读性也不太好，是不是就一定违背 KISS 原则呢？在回答这个问题之前，我们先来看下面这段代码：
// KMP algorithm: a, b 分别是主串和模式串；n, m 分别是主串和模式串的长度。
public static int kmp(char[] a, int n, char[] b, int m) {
int[] next = getNexts(b, m);
int j = 0;
for (int i = 0; i < n; ++i) {
while (j > 0 && a[i] != b[j]) { // 一直找到 a[i] 和 b[j]
j = next[j - 1] + 1;
}
if (a[i] == b[j]) {
++j;
}
if (j == m) { // 找到匹配模式串的了
return i - m + 1;
}
}
return -1;
}
// b 表示模式串，m 表示模式串的长度
private static int[] getNexts(char[] b, int m) {
int[] next = new int[m];
next[0] = -1;
int k = -1;
for (int i = 1; i < m; ++i) {
while (k != -1 && b[k + 1] != b[i]) {
k = next[k];
}
if (b[k + 1] == b[i]) {
++k;
}
next[i] = k;
}
return next;
}
这段代码来自我的另一个专栏《数据结构与算法之美》中 KMP 字符串匹配算法的代码实现。这段代码完全符合我们刚提到的逻辑复杂、实现难度大、可读性差的特点，但它并不违反 KISS 原则。为什么这么说呢？
KMP 算法以快速高效著称。当我们需要处理长文本字符串匹配问题（几百 MB 大小文本内容的匹配），或者字符串匹配是某个产品的核心功能（比如 Vim、Word 等文本编辑器），又或者字符串匹配算法是系统性能瓶颈的时候，我们就应该选择尽可能高效的KMP 算法。而 KMP 算法本身具有逻辑复杂、实现难度大、可读性差的特点。本身就复杂的问题，用复杂的方法解决，并不违背 KISS 原则。
不过，平时的项目开发中涉及的字符串匹配问题，大部分都是针对比较小的文本。在这种情况下，直接调用编程语言提供的现成的字符串匹配函数就足够了。如果非得用 KMP算法、BM 算法来实现字符串匹配，那就真的违背 KISS 原则了。也就是说，同样的代码，在某个业务场景下满足 KISS 原则，换一个应用场景可能就不满足了。
如何写出满足 KISS 原则的代码？
实际上，我们前面已经讲到了一些方法。这里我稍微总结一下。
-
不要使用同事可能不懂的技术来实现代码。比如前面例子中的正则表达式，还有一些编程语言中过于高级的语法等。
-
不要重复造轮子，要善于使用已经有的工具类库。经验证明，自己去实现这些类库，出 bug 的概率会更高，维护的成本也比较高。
-
不要过度优化。不要过度使用一些奇技淫巧（比如，位运算代替算术运算、复杂的条件语句代替 if-else、使用一些过于底层的函数等）来优化代码，牺牲代码的可读性。
实际上，代码是否足够简单是一个挺主观的评判。同样的代码，有的人觉得简单，有的人觉得不够简单。而往往自己编写的代码，自己都会觉得够简单。所以，评判代码是否简单，还有一个很有效的间接方法，那就是 code review。如果在 code review 的时候，同事对你的代码有很多疑问，那就说明你的代码有可能不够“简单”，需要优化啦。
这里我还想多说两句，我们在做开发的时候，一定不要过度设计，不要觉得简单的东西就没有技术含量。实际上，越是能用简单的方法解决复杂的问题，越能体现一个人的能力。
YAGNI 跟 KISS 说的是一回事吗？
YAGNI 原则的英文全称是：You Ain’t Gonna Need It。直译就是：你不会需要它。这条原则也算是万金油了。当用在软件开发中的时候，它的意思是：不要去设计当前用不到的功能；不要去编写当前用不到的代码。实际上，这条原则的核心思想就是：不要做过度设计。
比如，我们的系统暂时只用 Redis 存储配置信息，以后可能会用到 ZooKeeper。根据YAGNI 原则，在未用到 ZooKeeper 之前，我们没必要提前编写这部分代码。当然，这并不是说我们就不需要考虑代码的扩展性。我们还是要预留好扩展点，等到需要的时候，再去实现 ZooKeeper 存储配置信息这部分代码。
再比如，我们不要在项目中提前引入不需要依赖的开发包。对于 Java 程序员来说，我们经常使用 Maven 或者 Gradle 来管理依赖的类库（library）。我发现，有些同事为了避免开发中 library 包缺失而频繁地修改 Maven 或者 Gradle 配置文件，提前往项目里引入大量常用的 library 包。实际上，这样的做法也是违背 YAGNI 原则的。
从刚刚的分析我们可以看出，YAGNI 原则跟 KISS 原则并非一回事儿。KISS 原则讲的是“如何做”的问题（尽量保持简单），而 YAGNI 原则说的是“要不要做”的问题（当前不需要的就不要做）。
重点回顾
好了，今天的内容到此就讲完了。我们现在来总结回顾一下，你需要掌握的重点内容。
KISS 原则是保持代码可读和可维护的重要手段。KISS 原则中的“简单”并不是以代码行数来考量的。代码行数越少并不代表代码越简单，我们还要考虑逻辑复杂度、实现难度、代码的可读性等。而且，本身就复杂的问题，用复杂的方法解决，并不违背 KISS 原则。除此之外，同样的代码，在某个业务场景下满足 KISS 原则，换一个应用场景可能就不满足了。
对于如何写出满足 KISS 原则的代码，我还总结了下面几条指导原则：
- 不要使用同事可能不懂的技术来实现代码；
- 不要重复造轮子，要善于使用已经有的工具类库；
- 不要过度优化。
课堂讨论
你怎么看待在开发中重复造轮子这件事情？什么时候要重复造轮子？什么时候应该使用现成的工具类库、开源框架？