设计原则与思想：规范和重构（11讲）
文章目录
- 设计原则与思想：规范和重构（11讲）
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- 理论一：什么情况下要重构？到底重构什么？又该如何重构？
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- 重构的目的：为什么要重构（why）？
- 重构的对象：到底重构什么（what）？
- 重构的时机：什么时候重构（when）？
- 重构的方法：又该如何重构（how）？
- 重点回顾
- 理论二：为了保证重构不出错，有哪些非常能落地的技术手段？
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- 什么是单元测试？
- 为什么要写单元测试？
- 如何编写单元测试？
- 单元测试为何难落地执行？
- 重点回顾
- 理论三：什么是代码的可测试性？如何写出可测试性好的代码？
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- 编写可测试代码案例实战
- 其他常见的 Anti-Patterns
- 重点回顾
- 理论四：如何通过封装、抽象、模块化、中间层等解耦代码？
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- “解耦”为何如此重要？
- 代码是否需要“解耦”？
- 如何给代码“解耦”？
- 重点回顾
- 理论五：让你最快速地改善代码质量的20条编程规范
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- 命名
- 重点回顾
设计原则与思想：规范和重构（11讲）
理论一：什么情况下要重构？到底重构什么？又该如何重构？
“重构”这个词对于大部分工程师来说都不陌生。不过，据我了解，大部分人都只是“听得多做得少”，真正进行过代码重构的人不多，而把持续重构作为开发的一部分的人，就更是少之又少了。
一方面，重构代码对一个工程师能力的要求，要比单纯写代码高得多。重构需要你能洞察出代码存在的坏味道或者设计上的不足，并且能合理、熟练地利用设计思想、原则、模式、编程规范等理论知识解决这些问题。
另一方面，很多工程师对为什么要重构、到底重构什么、什么时候重构、又该如何重构等相关问题理解不深，对重构没有系统性、全局性的认识，面对一堆烂代码，没有重构技巧的指导，只能想到哪改到哪，并不能全面地改善代码质量。
为了让你对重构有个清晰的认识，对于这部分知识的讲解，我安排了六节课的内容，主要包含以下几个方面：
- 对重构概括性的介绍，包括重构的目的（why）、对象（what）、时机（when）、方法（how）；
- 保证重构不出错的手段，这里我会重点讲解单元测试和代码的可测试性；
- 不同规模的重构，重点讲解大规模高层次重构（比如系统、模块、代码结构、类与类之间的交互等的重构）和小规模低层次重构（类、函数、变量等的重构）。
重构的目的：为什么要重构（why）？
软件设计大师 Martin Fowler 是这样定义重构的：“重构是一种对软件内部结构的改善，目的是在不改变软件的可见行为的情况下，使其更易理解，修改成本更低。”
实际上，当讲到重构的时候，很多书籍都会引用这个定义。这个定义中有一个值得强调的点：“重构不改变外部的可见行为”。我们可以把重构理解为，在保持功能不变的前提下，利用设计思想、原则、模式、编程规范等理论来优化代码，修改设计上的不足，提高代码质量。
简单了解重构的定义之后，我们重点来看一下，为什么要进行代码重构？
首先，重构是时刻保证代码质量的一个极其有效的手段，不至于让代码腐化到无可救药的地步。项目在演进，代码不停地在堆砌。如果没有人为代码的质量负责任，代码总是会往越来越混乱的方向演进。当混乱到一定程度之后，量变引起质变，项目的维护成本已经高过重新开发一套新代码的成本，想要再去重构，已经没有人能做到了。
其次，优秀的代码或架构不是一开始就能完全设计好的，就像优秀的公司和产品也都是迭代出来的。我们无法 100% 遇见未来的需求，也没有足够的精力、时间、资源为遥远的未来买单，所以，随着系统的演进，重构代码也是不可避免的。
最后，重构是避免过度设计的有效手段。在我们维护代码的过程中，真正遇到问题的时候，再对代码进行重构，能有效避免前期投入太多时间做过度的设计，做到有的放矢。
除此之外，重构对一个工程师本身技术的成长也有重要的意义。
从前面我给出的重构的定义来看，重构实际上是对我们学习的经典设计思想、设计原则、设计模式、编程规范的一种应用。重构实际上就是将这些理论知识，应用到实践的一个很好的场景，能够锻炼我们熟练使用这些理论知识的能力。除此之外，平时堆砌业务逻辑，你可能总觉得没啥成长，而将一个比较烂的代码重构成一个比较好的代码，会让你很有成就感。
除此之外，重构能力也是衡量一个工程师代码能力的有效手段。所谓“初级工程师在维护代码，高级工程师在设计代码，资深工程师在重构代码”，这句话的意思是说，初级工程师在已有代码框架下修改 bug、修改添加功能代码；高级工程师从零开始设计代码结构、搭建代码框架；而资深工程师为代码质量负责，需要发觉代码存在的问题，重构代码，时刻保证代码质量处于一个可控的状态（当然这里的初级、高级、资深只是一个相对概念，并不是一个确定的职级）。
重构的对象：到底重构什么（what）？
根据重构的规模，我们可以笼统地分为大规模高层次重构（以下简称为“大型重构”）和小规模低层次的重构（以下简称为“小型重构”）。
大型重构指的是对顶层代码设计的重构，包括：系统、模块、代码结构、类与类之间的关系等的重构，重构的手段有：分层、模块化、解耦、抽象可复用组件等等。这类重构的工具就是我们学习过的那些设计思想、原则和模式。这类重构涉及的代码改动会比较多，影响面会比较大，所以难度也较大，耗时会比较长，引入 bug 的风险也会相对比较大。
小型重构指的是对代码细节的重构，主要是针对类、函数、变量等代码级别的重构，比如规范命名、规范注释、消除超大类或函数、提取重复代码等等。小型重构更多的是利用我们能后面要讲到的编码规范。这类重构要修改的地方比较集中，比较简单，可操作性较强，耗时会比较短，引入 bug 的风险相对来说也会比较小。你只需要熟练掌握各种编码规范，就可以做到得心应手。
重构的时机：什么时候重构（when）？
搞清楚了为什么重构，到底重构什么，我们再来看一下，什么时候重构？是代码烂到一定程度之后才去重构吗？当然不是。因为当代码真的烂到出现“开发效率低，招了很多人，天天加班，出活却不多，线上 bug 频发，领导发飙，中层束手无策，工程师抱怨不断，查找 bug 困难”的时候，基本上重构也无法解决问题了。我个人比较反对，平时不注重代码质量，堆砌烂代码，实在维护不了了就大刀阔斧地重构、甚至重写的行为。有时候项目代码太多了，重构很难做得彻底，最后又搞出来一个“四不像的怪物”，这就更麻烦了！所以，寄希望于在代码烂到一定程度之后，集中重构解决所有问题是不现实的，我们必须探索一条可持续、可演进的方式。
所以，我特别提倡的重构策略是持续重构。这也是我在工作中特别喜欢干的事情。平时没有事情的时候，你可以看看项目中有哪些写得不够好的、可以优化的代码，主动去重构一下。或者，在修改、添加某个功能代码的时候，你也可以顺手把不符合编码规范、不好的设计重构一下。总之，就像把单元测试、Code Review 作为开发的一部分，我们如果能把持续重构也作为开发的一部分，成为一种开发习惯，对项目、对自己都会很有好处。
尽管我们说重构能力很重要，但持续重构意识更重要。我们要正确地看待代码质量和重构这件事情。技术在更新、需求在变化、人员在流动，代码质量总会在下降，代码总会存在不完美，重构就会持续在进行。时刻具有持续重构意识，才能避免开发初期就过度设计，避免代码维护的过程中质量的下降。而那些看到别人代码有点瑕疵就一顿乱骂，或者花尽心思去构思一个完美设计的人，往往都是因为没有树立正确的代码质量观，没有持续重构意识。
重构的方法：又该如何重构（how）？
前面我们讲到，按照重构的规模，重构可以笼统地分为大型重构和小型重构。对于这两种不同规模的重构，我们要区别对待。
对于大型重构来说，因为涉及的模块、代码会比较多，如果项目代码质量又比较差，耦合比较严重，往往会牵一发而动全身，本来觉得一天就能完成的重构，你会发现越改越多、越改越乱，没一两个礼拜都搞不定。而新的业务开发又与重构相冲突，最后只能半途而废，revert 掉所有的改动，很失落地又去堆砌烂代码了。
在进行大型重构的时候，我们要提前做好完善的重构计划，有条不紊地分阶段来进行。每个阶段完成一小部分代码的重构，然后提交、测试、运行，发现没有问题之后，再继续进行下一阶段的重构，保证代码仓库中的代码一直处于可运行、逻辑正确的状态。每个阶段，我们都要控制好重构影响到的代码范围，考虑好如何兼容老的代码逻辑，必要的时候还需要写一些兼容过渡代码。只有这样，我们才能让每一阶段的重构都不至于耗时太长（最好一天就能完成），不至于与新的功能开发相冲突。
大规模高层次的重构一定是有组织、有计划，并且非常谨慎的，需要有经验、熟悉业务的资深同事来主导。而小规模低层次的重构，因为影响范围小，改动耗时短，所以，只要你愿意并且有时间，随时都可以去做。实际上，除了人工去发现低层次的质量问题，我们还可以借助很多成熟的静态代码分析工具（比如 CheckStyle、FindBugs、PMD），来自动发现代码中的问题，然后针对性地进行重构优化。
对于重构这件事情，资深的工程师、项目 leader 要负起责任来，没事就重构一下代码，时刻保证代码质量处在一个良好的状态。否则，一旦出现“破窗效应”，一个人往里堆了一些烂代码，之后就会有更多的人往里堆更烂的代码。毕竟往项目里堆砌烂代码的成本太低了。不过，保持代码质量最好的方法还是打造一种好的技术氛围，以此来驱动大家主动去关注代码质量，持续重构代码。
重点回顾
好了，下面我们还是来总结一下。对于今天的内容，你需要重点理解并且掌握如下知识点。
- 重构的目的：为什么重构（why）？
对于项目来言，重构可以保持代码质量持续处于一个可控状态，不至于腐化到无可救药的地步。对于个人而言，重构非常锻炼一个人的代码能力，并且是一件非常有成就感的事情。它是我们学习的经典设计思想、原则、模式、编程规范等理论知识的练兵场。 - 重构的对象：重构什么（what）？
按照重构的规模，我们可以将重构大致分为大规模高层次的重构和小规模低层次的重构。大规模高层次重构包括对代码分层、模块化、解耦、梳理类之间的交互关系、抽象复用组件等等。这部分工作利用的更多的是比较抽象、比较顶层的设计思想、原则、模式。小规模低层次的重构包括规范命名、注释、修正函数参数过多、消除超大类、提取重复代码等等编程细节问题，主要是针对类、函数级别的重构。小规模低层次的重构更多的是利用编码规范这一理论知识。 - 重构的时机：什么时候重构（when）？
我反复强调，我们一定要建立持续重构意识，把重构作为开发必不可少的部分，融入到日常开发中，而不是等到代码出现很大问题的时候，再大刀阔斧地重构。 - 重构的方法：如何重构（how）？
大规模高层次的重构难度比较大，需要组织、有计划地进行，分阶段地小步快跑，时刻让代码处于一个可运行的状态。而小规模低层次的重构，因为影响范围小，改动耗时短，所以，只要你愿意并且有时间，随时随地都可以去做。
理论二：为了保证重构不出错，有哪些非常能落地的技术手段？
上一节课中，我们对“为什么要重构、到底重构什么、什么时候重构、该如何重构”，做了概括性介绍，强调了重构的重要性，希望你建立持续重构意识，将重构作为开发的一部分来执行。
据我了解，很多程序员对重构这种做法还是非常认同的，面对项目中的烂代码，也想重构一下，但又担心重构之后出问题，出力不讨好。确实，如果你要重构的代码是别的同事开发的，你不是特别熟悉，在没有任何保障的情况下，重构引入 bug 的风险还是很大的。
那如何保证重构不出错呢？你需要熟练掌握各种设计原则、思想、模式，还需要对所重构的业务和代码有足够的了解。除了这些个人能力因素之外，最可落地执行、最有效的保证重构不出错的手段应该就是单元测试（Unit Testing）了。当重构完成之后，如果新的代码仍然能通过单元测试，那就说明代码原有逻辑的正确性未被破坏，原有的外部可见行为未变，符合上一节课中我们对重构的定义。
那今天我们就来学习一下单元测试。今天的内容主要包含这样几个内容：
- 什么是单元测试？
- 为什么要写单元测试？
- 如何编写单元测试？
- 如何在团队中推行单元测试？
什么是单元测试？
单元测试由研发工程师自己来编写，用来测试自己写的代码的正确性。我们常常将它跟集成测试放到一块来对比。单元测试相对于集成测试（Integration Testing）来说，测试的粒度更小一些。集成测试的测试对象是整个系统或者某个功能模块，比如测试用户注册、登录功能是否正常，是一种端到端（end to end）的测试。而单元测试的测试对象是类或者函数，用来测试一个类和函数是否都按照预期的逻辑执行。这是代码层级的测试。
这么说比较理论，我举个例子来解释一下。
public class Text {
private String content;
public Text(String content) {
this.content = content;
}
/**
* 将字符串转化成数字，忽略字符串中的首尾空格；
* 如果字符串中包含除首尾空格之外的非数字字符，则返回null。
*/
public Integer toNumber() {
if (content == null || content.isEmpty()) {
return null;
}
//...省略代码实现...
return null;
}
}
如果我们要测试 Text 类中的 toNumber() 函数的正确性，应该如何编写单元测试呢？
实际上，写单元测试本身不需要什么高深技术。它更多的是考验程序员思维的缜密程度，看能否设计出覆盖各种正常及异常情况的测试用例，来保证代码在任何预期或非预期的情况下都能正确运行。
为了保证测试的全面性，针对 toNumber() 函数，我们需要设计下面这样几个测试用例。
- 如果字符串只包含数字：“123”，toNumber() 函数输出对应的整数：123。
- 如果字符串是空或者 null，toNumber() 函数返回：null。
- 如果字符串包含首尾空格：“ 123”，“123 ”，“ 123 ”，toNumber() 返回对应的整数：123。
- 如果字符串包含多个首尾空格：“ 123 ”，toNumber() 返回对应的整数：123；
- 如果字符串包含非数字字符：“123a4”，“123 4”，toNumber() 返回 null；
当我们设计好测试用例之后，剩下的就是将其翻译成代码了。翻译成代码的过程非常简单，我把代码贴在下面了，你可以参考一下（注意，我们这里没有使用任何测试框架）。
public class Assert {
public static void assertEquals(Integer expectedValue, Integer actualValue) {
if (actualValue != expectedValue) {
String message = String.format(
"Test failed, expected: %d, actual: %d.", expectedValue, actualValue);
System.out.println(message);
} else {
System.out.println("Test succeeded.");
}
}
public static boolean assertNull(Integer actualValue) {
boolean isNull = actualValue == null;
if (isNull) {
System.out.println("Test succeeded.");
} else {
System.out.println("Test failed, the value is not null:" + actualValue);
}
return isNull;
}
}
public class TestCaseRunner {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Run testToNumber()");
new TextTest().testToNumber();
System.out.println("Run testToNumber_nullorEmpty()");
new TextTest().testToNumber_nullorEmpty();
System.out.println("Run testToNumber_containsLeadingAndTrailingSpaces()");
new TextTest().testToNumber_containsLeadingAndTrailingSpaces();
System.out.println("Run testToNumber_containsMultiLeadingAndTrailingSpaces()");
new TextTest().testToNumber_containsMultiLeadingAndTrailingSpaces();
System.out.println("Run testToNumber_containsInvalidCharaters()");
new TextTest().testToNumber_containsInvalidCharaters();
}
}
public class TextTest {
public void testToNumber() {
Text text = new Text("123");
Assert.assertEquals(123, text.toNumber());
}
public void testToNumber_nullorEmpty() {
Text text1 = new Text(null);
Assert.assertNull(text1.toNumber());
Text text2 = new Text("");
Assert.assertNull(text2.toNumber());
}
public void testToNumber_containsLeadingAndTrailingSpaces() {
Text text1 = new Text(" 123");
Assert.assertEquals(123, text1.toNumber());
Text text2 = new Text("123 ");
Assert.assertEquals(123, text2.toNumber());
Text text3 = new Text(" 123 ");
Assert.assertEquals(123, text3.toNumber());
}
public void testToNumber_containsMultiLeadingAndTrailingSpaces() {
Text text1 = new Text(" 123");
Assert.assertEquals(123, text1.toNumber());
Text text2 = new Text("123 ");
Assert.assertEquals(123, text2.toNumber());
Text text3 = new Text(" 123 ");
Assert.assertEquals(123, text3.toNumber());
}
public void testToNumber_containsInvalidCharaters() {
Text text1 = new Text("123a4");
Assert.assertNull(text1.toNumber());
Text text2 = new Text("123 4");
Assert.assertNull(text2.toNumber());
}
}
为什么要写单元测试？
单元测试除了能有效地为重构保驾护航之外，也是保证代码质量最有效的两个手段之一（另一个是 Code Review）。我在 Google 工作的时候，写了大量的单元测试代码，结合我的这些开发经验，我总结了以下几点单元测试的好处。尽管有些听起来有点“务虚”，但如果你认真写过一些单元测试的话，应该会很有共鸣。
- 单元测试能有效地帮你发现代码中的 bug
能否写出 bug free 的代码，是判断工程师编码能力的重要标准之一，也是很多大厂面试考察的重点，特别是像 FLAG 这样的外企。即便像我这样代码写了十几年，逻辑还算缜密、清晰的人，通过单元测试也常常会发现代码中的很多考虑不全面的地方。
在离开 Google 之后，尽管我就职的很多公司，其开发模式都是“快、糙、猛”，对单元测试根本没有要求，但我还是坚持为自己提交的每一份代码，都编写完善的单元测试。得益于此，我写的代码几乎是 bug free 的。这也节省了我很多 fix 低级 bug 的时间，能够有时间去做其他更有意义的事情，我也因此在工作上赢得了很多人的认可。可以这么说，坚持写单元测试是保证我的代码质量的一个“杀手锏”，也是帮助我拉开与其他人差距的一个“小秘密”。
- 写单元测试能帮你发现代码设计上的问题
前面我们提到，代码的可测试性是评判代码质量的一个重要标准。对于一段代码，如果很难为其编写单元测试，或者单元测试写起来很吃力，需要依靠单元测试框架里很高级的特性才能完成，那往往就意味着代码设计得不够合理，比如，没有使用依赖注入、大量使用静态函数、全局变量、代码高度耦合等。
- 单元测试是对集成测试的有力补充
程序运行的 bug 往往出现在一些边界条件、异常情况下，比如，除数未判空、网络超时。而大部分异常情况都比较难在测试环境中模拟。而单元测试可以利用下一节课中讲到的 mock 的方式，控制 mock 的对象返回我们需要模拟的异常，来测试代码在这些异常情况的表现。
除此之外，对于一些复杂系统来说，集成测试也无法覆盖得很全面。复杂系统往往有很多模块。每个模块都有各种输入、输出、异常情况，组合起来，整个系统就有无数测试场景需要模拟，无数的测试用例需要设计，再强大的测试团队也无法穷举完备。
尽管单元测试无法完全替代集成测试，但如果我们能保证每个类、每个函数都能按照我们的预期来执行，底层 bug 少了，那组装起来的整个系统，出问题的概率也就相应减少了。
- 写单元测试的过程本身就是代码重构的过程
上一节课中，我们提到，要把持续重构作为开发的一部分来执行，那写单元测试实际上就是落地执行持续重构的一个有效途径。设计和实现代码的时候，我们很难把所有的问题都想清楚。而编写单元测试就相当于对代码的一次自我 Code Review，在这个过程中，我们可以发现一些设计上的问题（比如代码设计的不可测试）以及代码编写方面的问题（比如一些边界条件处理不当）等，然后针对性的进行重构。
- 阅读单元测试能帮助你快速熟悉代码
阅读代码最有效的手段，就是先了解它的业务背景和设计思路，然后再去看代码，这样代码读起来就会轻松很多。但据我了解，程序员都不怎么喜欢写文档和注释，而大部分程序员写的代码又很难做到“不言自明”。在没有文档和注释的情况下，单元测试就起了替代性作用。单元测试用例实际上就是用户用例，反映了代码的功能和如何使用。借助单元测试，我们不需要深入的阅读代码，便能知道代码实现了什么功能，有哪些特殊情况需要考虑，有哪些边界条件需要处理。
- 单元测试是 TDD 可落地执行的改进方案
测试驱动开发（Test-Driven Development，简称 TDD）是一个经常被提及但很少被执行的开发模式。它的核心指导思想就是测试用例先于代码编写。不过，要让程序员能彻底地接受和习惯这种开发模式还是挺难的，毕竟很多程序员连单元测试都懒得写，更何况在编写代码之前先写好测试用例了。
我个人觉得，单元测试正好是对 TDD 的一种改进方案，先写代码，紧接着写单元测试，最后根据单元测试反馈出来问题，再回过头去重构代码。这个开发流程更加容易被接受，更加容易落地执行，而且又兼顾了 TDD 的优点。
如何编写单元测试？
前面在讲什么是单元测试的时候，我们举了一个给 toNumber() 函数写单元测试的例子。根据那个例子，我们可以总结得出，写单元测试就是针对代码设计覆盖各种输入、异常、边界条件的测试用例，并将这些测试用例翻译成代码的过程。
在把测试用例翻译成代码的时候，我们可以利用单元测试框架，来简化测试代码的编写。比如，Java 中比较出名的单元测试框架有 Junit、TestNG、Spring Test 等。这些框架提供了通用的执行流程（比如执行测试用例的 TestCaseRunner）和工具类库（比如各种 Assert 判断函数）等。借助它们，我们在编写测试代码的时候，只需要关注测试用例本身的编写即可。
针对 toNumber() 函数的测试用例，我们利用 Junit 单元测试框架重新实现一下，具体代码如下所示。你可以拿它跟之前没有利用测试框架的实现方式对比一下，看是否简化了很多呢？
import org.junit.Assert;
import org.junit.Test;
public class TextTest {
@Test
public void testToNumber() {
Text text = new Text("123");
Assert.assertEquals(new Integer(123), text.toNumber());
}
@Test
public void testToNumber_nullorEmpty() {
Text text1 = new Text(null);
Assert.assertNull(text1.toNumber());
Text text2 = new Text("");
Assert.assertNull(text2.toNumber());
}
@Test
public void testToNumber_containsLeadingAndTrailingSpaces() {
Text text1 = new Text(" 123");
Assert.assertEquals(new Integer(123), text1.toNumber());
Text text2 = new Text("123 ");
Assert.assertEquals(new Integer(123), text2.toNumber());
Text text3 = new Text(" 123 ");
Assert.assertEquals(new Integer(123), text3.toNumber());
}
@Test
public void testToNumber_containsMultiLeadingAndTrailingSpaces() {
Text text1 = new Text(" 123");
Assert.assertEquals(new Integer(123), text1.toNumber());
Text text2 = new Text("123 ");
Assert.assertEquals(new Integer(123), text2.toNumber());
Text text3 = new Text(" 123 ");
Assert.assertEquals(new Integer(123), text3.toNumber());
}
@Test
public void testToNumber_containsInvalidCharaters() {
Text text1 = new Text("123a4");
Assert.assertNull(text1.toNumber());
Text text2 = new Text("123 4");
Assert.assertNull(text2.toNumber());
}
}
对于如何使用这些单元测试框架，大部分框架都给出了非常详细的官方文档，你可以自行查阅。这些东西理解和掌握起来没有太大难度，所以这不是专栏要讲解的重点。关于如何编写单元测试，我更希望传达给你一些我的经验总结。具体包括以下几点。
1.写单元测试真的是件很耗时的事情吗？尽管单元测试的代码量可能是被测代码本身的 1～2 倍，写的过程很繁琐，但并不是很耗时。毕竟我们不需要考虑太多代码设计上的问题，测试代码实现起来也比较简单。不同测试用例之间的代码差别可能并不是很大，简单 copy-paste 改改就行。
2.对单元测试的代码质量有什么要求吗？单元测试毕竟不会在产线上运行，而且每个类的测试代码也比较独立，基本不互相依赖。所以，相对于被测代码，我们对单元测试代码的质量可以放低一些要求。命名稍微有些不规范，代码稍微有些重复，也都是没有问题的。
3.单元测试只要覆盖率高就够了吗？单元测试覆盖率是比较容易量化的指标，常常作为单元测试写得好坏的评判标准。有很多现成的工具专门用来做覆盖率统计，比如，JaCoCo、Cobertura、Emma、Clover。覆盖率的计算方式有很多种，比较简单的是语句覆盖，稍微高级点的有：条件覆盖、判定覆盖、路径覆盖。不管覆盖率的计算方式如何高级，将覆盖率作为衡量单元测试质量的唯一标准是不合理的。实际上，更重要的是要看测试用例是否覆盖了所有可能的情况，特别是一些 corner case。我来举个简单的例子解释一下。
像下面这段代码，我们只需要一个测试用例就可以做到 100% 覆盖率，比如 cal(10.0, 2.0)，但并不代表测试足够全面了，我们还需要考虑，当除数等于０的情况下，代码执行是否符合预期。
public double cal(double a, double b) {
if (b != 0) {
return a / b;
}
}
实际上，过度关注单元测试的覆盖率会导致开发人员为了提高覆盖率，写很多没有必要的测试代码，比如 get、set 方法非常简单，没有必要测试。从过往的经验上来讲，一个项目的单元测试覆盖率在 60～70% 即可上线。如果项目对代码质量要求比较高，可以适当提高单元测试覆盖率的要求。
- 写单元测试需要了解代码的实现逻辑吗？
单元测试不要依赖被测试函数的具体实现逻辑，它只关心被测函数实现了什么功能。我们切不可为了追求覆盖率，逐行阅读代码，然后针对实现逻辑编写单元测试。否则，一旦对代码进行重构，在代码的外部行为不变的情况下，对代码的实现逻辑进行了修改，那原本的单元测试都会运行失败，也就起不到为重构保驾护航的作用了，也违背了我们写单元测试的初衷。
- 如何选择单元测试框架？
写单元测试本身不需要太复杂的技术，大部分单元测试框架都能满足。在公司内部，起码团队内部需要统一单元测试框架。如果自己写的代码用已经选定的单元测试框架无法测试，那多半是代码写得不够好，代码的可测试性不够好。这个时候，我们要重构自己的代码，让其更容易测试，而不是去找另一个更加高级的单元测试框架。
单元测试为何难落地执行？
虽然很多书籍中都会讲到，单元测试是保证重构不出错的有效手段；也有非常多人已经认识到单元测试的重要性。但是有多少项目有完善的、高质量的单元测试呢？据我了解，真的非常非常少，包括 BAT 这样级别公司的项目。如果不相信的话，你可以去看一下国内很多大厂开源的项目，有很多项目完全没有单元测试，还有很多项目的单元测试写得非常不完备，仅仅测试了逻辑是否运行正确而已。所以，100% 落实执行单元测试是件“知易行难”的事。
写单元测试确实是一件考验耐心的活儿。一般情况下，单元测试的代码量要大于被测试代码量，甚至是要多出好几倍。很多人往往会觉得写单元测试比较繁琐，并且没有太多挑战，而不愿意去做。有很多团队和项目在刚开始推行单元测试的时候，还比较认真，执行得比较好。但当开发任务紧了之后，就开始放低对单元测试的要求，一旦出现破窗效应，慢慢的，大家就都不写了，这种情况很常见。
还有一种情况就是，由于历史遗留问题，原来的代码都没有写单元测试，代码已经堆砌了十几万行了，不可能再一个一个去补单元测试。这种情况下，我们首先要保证新写的代码都要有单元测试，其次，每次在改动到某个类时，如果没有单元测试就顺便补上，不过这要求工程师们有足够强的主人翁意识（ownership），毕竟光靠 leader 督促，很多事情是很难执行到位的。
除此之外，还有人觉得，有了测试团队，写单元测试就是浪费时间，没有必要。程序员这一行业本该是智力密集型的，但现在很多公司把它搞成劳动密集型的，包括一些大厂，在开发过程中，既没有单元测试，也没有 Code Review 流程。即便有，做的也是差强人意。写好代码直接提交，然后丢给黑盒测试狠命去测，测出问题就反馈给开发团队再修改，测不出的问题就留在线上出了问题再修复。
在这样的开发模式下，团队往往觉得没有必要写单元测试，但如果我们把单元测试写好、做好 Code Review，重视起代码质量，其实可以很大程度上减少黑盒测试的投入。我在 Google 的时候，很多项目几乎没有测试团队参与，代码的正确性完全靠开发团队来保障，线上 bug 反倒非常少。
以上是我对单元测试的认知和实践心得。现在互联网信息如此的公开透明，网上有很多文章可以参考，对于程序员这个具有很强学习能力的群体来说，学会如何写单元测试并不是一件难事，难的是能够真正感受到它的作用，并且打心底认可、能 100% 落地执行。这也是我今天的课程特别想传达给你的一点。
重点回顾
好了，今天的内容到此就讲完了。我们来一块总结回顾一下，你需要掌握的重点内容。
- 什么是单元测试？
单元测试是代码层面的测试，由研发自己来编写，用于测试“自己”编写的代码的逻辑的正确性。单元测试顾名思义是测试一个“单元”，有别于集成测试，这个“单元”一般是类或函数，而不是模块或者系统。 - 为什么要写单元测试？
写单元测试的过程本身就是代码 Code Review 和重构的过程，能有效地发现代码中的 bug 和代码设计上的问题。除此之外，单元测试还是对集成测试的有力补充，还能帮助我们快速熟悉代码，是 TDD 可落地执行的改进方案。 - 如何编写单元测试？
写单元测试就是针对代码设计各种测试用例，以覆盖各种输入、异常、边界情况，并将其翻译成代码。我们可以利用一些测试框架来简化单元测试的编写。除此之外，对于单元测试，我们需要建立以下正确的认知：编写单元测试尽管繁琐，但并不是太耗时；我们可以稍微放低对单元测试代码质量的要求；覆盖率作为衡量单元测试质量的唯一标准是不合理的；单元测试不要依赖被测代码的具体实现逻辑；单元测试框架无法测试，多半是因为代码的可测试性不好。 - 单元测试为何难落地执行？
一方面，写单元测试本身比较繁琐，技术挑战不大，很多程序员不愿意去写；另一方面，国内研发比较偏向“快、糙、猛”，容易因为开发进度紧，导致单元测试的执行虎头蛇尾。最后，关键问题还是团队没有建立对单元测试正确的认识，觉得可有可无，单靠督促很难执行得很好。
理论三：什么是代码的可测试性？如何写出可测试性好的代码？
实际上，写单元测试并不难，也不需要太多技巧，相反，写出可测试的代码反倒是件非常有挑战的事情。所以，今天，我们就再来聊一聊代码的可测试性，主要包括这样几个问题：
- 什么是代码的可测试性？
- 如何写出可测试的代码？
- 有哪些常见的不好测试的代码？
编写可测试代码案例实战
其中，Transaction 是经过我抽象简化之后的一个电商系统的交易类，用来记录每笔订单交易的情况。Transaction 类中的 execute() 函数负责执行转账操作，将钱从买家的钱包转到卖家的钱包中。真正的转账操作是通过调用 WalletRpcService RPC 服务来完成的。除此之外，代码中还涉及一个分布式锁 DistributedLock 单例类，用来避免 Transaction 并发执行，导致用户的钱被重复转出。
public class Transaction {
private String id;
private Long buyerId;
private Long sellerId;
private Long productId;
private String orderId;
private Long createTimestamp;
private Double amount;
private STATUS status;
private String walletTransactionId;
// ...get() methods...
public Transaction(String preAssignedId, Long buyerId, Long sellerId, Long productId, String orderId) {
if (preAssignedId != null && !preAssignedId.isEmpty()) {
this.id = preAssignedId;
} else {
this.id = IdGenerator.generateTransactionId();
}
if (!this.id.startWith("t_")) {
this.id = "t_" + preAssignedId;
}
this.buyerId = buyerId;
this.sellerId = sellerId;
this.productId = productId;
this.orderId = orderId;
this.status = STATUS.TO_BE_EXECUTD;
this.createTimestamp = System.currentTimestamp();
}
public boolean execute() throws InvalidTransactionException {
if ((buyerId == null || (sellerId == null || amount < 0.0) {
throw new InvalidTransactionException(...);
}
if (status == STATUS.EXECUTED) return true;
boolean isLocked = false;
try {
isLocked = RedisDistributedLock.getSingletonIntance().lockTransction(id);
if (!isLocked) {
return false; // 锁定未成功，返回false，job兜底执行
}
if (status == STATUS.EXECUTED) return true; // double check
long executionInvokedTimestamp = System.currentTimestamp();
if (executionInvokedTimestamp - createdTimestap > 14days) {
this.status = STATUS.EXPIRED;
return false;
}
WalletRpcService walletRpcService = new WalletRpcService();
String walletTransactionId = walletRpcService.moveMoney(id, buyerId, sellerId, amount);
if (walletTransactionId != null) {
this.walletTransactionId = walletTransactionId;
this.status = STATUS.EXECUTED;
return true;
} else {
this.status = STATUS.FAILED;
return false;
}
} finally {
if (isLocked) {
RedisDistributedLock.getSingletonIntance().unlockTransction(id);
}
}
}
}
对比上一节课中的 Text 类的代码，这段代码要复杂很多。如果让你给这段代码编写单元测试，你会如何来写呢？你可以先试着思考一下，然后再来看我下面的分析。
在 Transaction 类中，主要逻辑集中在 execute() 函数中，所以它是我们测试的重点对象。为了尽可能全面覆盖各种正常和异常情况，针对这个函数，我设计了下面 6 个测试用例。
1.正常情况下，交易执行成功，回填用于对账（交易与钱包的交易流水）用的 walletTransactionId，交易状态设置为 EXECUTED，函数返回 true。
2.buyerId、sellerId 为 null、amount 小于 0，返回 InvalidTransactionException。
3.交易已过期（createTimestamp 超过 14 天），交易状态设置为 EXPIRED，返回 false。
4.交易已经执行了（status==EXECUTED），不再重复执行转钱逻辑，返回 true。
5.钱包（WalletRpcService）转钱失败，交易状态设置为 FAILED，函数返回 false。
6.交易正在执行着，不会被重复执行，函数直接返回 false。
测试用例设计完了。现在看起来似乎一切进展顺利。但是，事实是，当我们将测试用例落实到具体的代码实现时，你就会发现有很多行不通的地方。对于上面的测试用例，第 2 个实现起来非常简单，我就不做介绍了。我们重点来看其中的 1 和 3。测试用例 4、5、6 跟 3 类似，留给你自己来实现。
现在，我们就来看测试用例 1 的代码实现。具体如下所示：
public void testExecute() {
Long buyerId = 123L;
Long sellerId = 234L;
Long productId = 345L;
Long orderId = 456L;
Transction transaction = new Transaction(null, buyerId, sellerId, productId, orderId);
boolean executedResult = transaction.execute();
assertTrue(executedResult);
}
execute() 函数的执行依赖两个外部的服务，一个是 RedisDistributedLock，一个 WalletRpcService。这就导致上面的单元测试代码存在下面几个问题。
- 如果要让这个单元测试能够运行，我们需要搭建 Redis 服务和 Wallet RPC 服务。搭建和维护的成本比较高。
- 我们还需要保证将伪造的 transaction 数据发送给 Wallet RPC 服务之后，能够正确返回我们期望的结果，然而 Wallet RPC 服务有可能是第三方（另一个团队开发维护的）的服务，并不是我们可控的。换句话说，并不是我们想让它返回什么数据就返回什么。
- Transaction 的执行跟 Redis、RPC 服务通信，需要走网络，耗时可能会比较长，对单元测试本身的执行性能也会有影响。
- 网络的中断、超时、Redis、RPC 服务的不可用，都会影响单元测试的执行。
我们回到单元测试的定义上来看一下。单元测试主要是测试程序员自己编写的代码逻辑的正确性，并非是端到端的集成测试，它不需要测试所依赖的外部系统（分布式锁、Wallet RPC 服务）的逻辑正确性。所以，如果代码中依赖了外部系统或者不可控组件，比如，需要依赖数据库、网络通信、文件系统等，那我们就需要将被测代码与外部系统解依赖，而这种解依赖的方法就叫作“mock”。所谓的 mock 就是用一个“假”的服务替换真正的服务。mock 的服务完全在我们的控制之下，模拟输出我们想要的数据。
那如何来 mock 服务呢？mock 的方式主要有两种，手动 mock 和利用框架 mock。利用框架 mock 仅仅是为了简化代码编写，每个框架的 mock 方式都不大一样。我们这里只展示手动 mock。
我们通过继承 WalletRpcService 类，并且重写其中的 moveMoney() 函数的方式来实现 mock。具体的代码实现如下所示。通过 mock 的方式，我们可以让 moveMoney() 返回任意我们想要的数据，完全在我们的控制范围内，并且不需要真正进行网络通信。
public class MockWalletRpcServiceOne extends WalletRpcService {
public String moveMoney(Long id, Long fromUserId, Long toUserId, Double amount) {
return "123bac";
}
}
public class MockWalletRpcServiceTwo extends WalletRpcService {
public String moveMoney(Long id, Long fromUserId, Long toUserId, Double amount) {
return null;
}
}
现在我们再来看，如何用 MockWalletRpcServiceOne、MockWalletRpcServiceTwo 来替换代码中的真正的 WalletRpcService 呢？
因为 WalletRpcService 是在 execute() 函数中通过 new 的方式创建的，我们无法动态地对其进行替换。也就是说，Transaction 类中的 execute() 方法的可测试性很差，需要通过重构来让其变得更容易测试。该如何重构这段代码呢？
在第 19 节中，我们讲到，依赖注入是实现代码可测试性的最有效的手段。我们可以应用依赖注入，将 WalletRpcService 对象的创建反转给上层逻辑，在外部创建好之后，再注入到 Transaction 类中。重构之后的 Transaction 类的代码如下所示：
public class Transaction {
//...
// 添加一个成员变量及其set方法
private WalletRpcService walletRpcService;
public void setWalletRpcService(WalletRpcService walletRpcService) {
this.walletRpcService = walletRpcService;
}
// ...
public boolean execute() {
// ...
// 删除下面这一行代码
// WalletRpcService walletRpcService = new WalletRpcService();
// ...
}
}
现在，我们就可以在单元测试中，非常容易地将 WalletRpcService 替换成 MockWalletRpcServiceOne 或 WalletRpcServiceTwo 了。重构之后的代码对应的单元测试如下所示：
public void testExecute() {
Long buyerId = 123L;
Long sellerId = 234L;
Long productId = 345L;
Long orderId = 456L;
Transction transaction = new Transaction(null, buyerId, sellerId, productId, orderId);
// 使用mock对象来替代真正的RPC服务
transaction.setWalletRpcService(new MockWalletRpcServiceOne()):
boolean executedResult = transaction.execute();
assertTrue(executedResult);
assertEquals(STATUS.EXECUTED, transaction.getStatus());
}
WalletRpcService 的 mock 和替换问题解决了，我们再来看 RedisDistributedLock。它的 mock 和替换要复杂一些，主要是因为 RedisDistributedLock 是一个单例类。单例相当于一个全局变量，我们无法 mock（无法继承和重写方法），也无法通过依赖注入的方式来替换。
如果 RedisDistributedLock 是我们自己维护的，可以自由修改、重构，那我们可以将其改为非单例的模式，或者定义一个接口，比如 IDistributedLock，让 RedisDistributedLock 实现这个接口。这样我们就可以像前面 WalletRpcService 的替换方式那样，替换 RedisDistributedLock 为 MockRedisDistributedLock 了。但如果 RedisDistributedLock 不是我们维护的，我们无权去修改这部分代码，这个时候该怎么办呢？
我们可以对 transaction 上锁这部分逻辑重新封装一下。具体代码实现如下所示：
public class TransactionLock {
public boolean lock(String id) {
return RedisDistributedLock.getSingletonIntance().lockTransction(id);
}
public void unlock() {
RedisDistributedLock.getSingletonIntance().unlockTransction(id);
}
}
public class Transaction {
//...
private TransactionLock lock;
public void setTransactionLock(TransactionLock lock) {
this.lock = lock;
}
public boolean execute() {
//...
try {
isLocked = lock.lock();
//...
} finally {
if (isLocked) {
lock.unlock();
}
}
//...
}
}
针对重构过的代码，我们的单元测试代码修改为下面这个样子。这样，我们就能在单元测试代码中隔离真正的 RedisDistributedLock 分布式锁这部分逻辑了。
public void testExecute() {
Long buyerId = 123L;
Long sellerId = 234L;
Long productId = 345L;
Long orderId = 456L;
TransactionLock mockLock = new TransactionLock() {
public boolean lock(String id) {
return true;
}
public void unlock() {}
};
Transction transaction = new Transaction(null, buyerId, sellerId, productId, orderId);
transaction.setWalletRpcService(new MockWalletRpcServiceOne());
transaction.setTransactionLock(mockLock);
boolean executedResult = transaction.execute();
assertTrue(executedResult);
assertEquals(STATUS.EXECUTED, transaction.getStatus());
}
至此，测试用例 1 就算写好了。我们通过依赖注入和 mock，让单元测试代码不依赖任何不可控的外部服务。你可以照着这个思路，自己写一下测试用例 4、5、6。
现在，我们再来看测试用例 3：交易已过期（createTimestamp 超过 14 天），交易状态设置为 EXPIRED，返回 false。针对这个单元测试用例，我们还是先把代码写出来，然后再来分析。
public void testExecute_with_TransactionIsExpired() {
Long buyerId = 123L;
Long sellerId = 234L;
Long productId = 345L;
Long orderId = 456L;
Transction transaction = new Transaction(null, buyerId, sellerId, productId, orderId);
transaction.setCreatedTimestamp(System.currentTimestamp() - 14days);
boolean actualResult = transaction.execute();
assertFalse(actualResult);
assertEquals(STATUS.EXPIRED, transaction.getStatus());
}
上面的代码看似没有任何问题。我们将 transaction 的创建时间 createdTimestamp 设置为 14 天前，也就是说，当单元测试代码运行的时候，transaction 一定是处于过期状态。但是，如果在 Transaction 类中，并没有暴露修改 createdTimestamp 成员变量的 set 方法（也就是没有定义 setCreatedTimestamp() 函数）呢？
你可能会说，如果没有 createTimestamp 的 set 方法，我就重新添加一个呗！实际上，这违反了类的封装特性。在 Transaction 类的设计中，createTimestamp 是在交易生成时（也就是构造函数中）自动获取的系统时间，本来就不应该人为地轻易修改，所以，暴露 createTimestamp 的 set 方法，虽然带来了灵活性，但也带来了不可控性。因为，我们无法控制使用者是否会调用 set 方法重设 createTimestamp，而重设 createTimestamp 并非我们的预期行为。
那如果没有针对 createTimestamp 的 set 方法，那测试用例 3 又该如何实现呢？实际上，这是一类比较常见的问题，就是代码中包含跟“时间”有关的“未决行为”逻辑。我们一般的处理方式是将这种未决行为逻辑重新封装。针对 Transaction 类，我们只需要将交易是否过期的逻辑，封装到 isExpired() 函数中即可，具体的代码实现如下所示：
public class Transaction {
protected boolean isExpired() {
long executionInvokedTimestamp = System.currentTimestamp();
return executionInvokedTimestamp - createdTimestamp > 14days;
}
public boolean execute() throws InvalidTransactionException {
//...
if (isExpired()) {
this.status = STATUS.EXPIRED;
return false;
}
//...
}
}
通过重构，Transaction 代码的可测试性提高了。之前罗列的所有测试用例，现在我们都顺利实现了。不过，Transaction 类的构造函数的设计还有点不妥。为了方便你查看，我把构造函数的代码重新 copy 了一份贴到这里。
public Transaction(String preAssignedId, Long buyerId, Long sellerId, Long productId, String orderId) {
if (preAssignedId != null && !preAssignedId.isEmpty()) {
this.id = preAssignedId;
} else {
this.id = IdGenerator.generateTransactionId();
}
if (!this.id.startWith("t_")) {
this.id = "t_" + preAssignedId;
}
this.buyerId = buyerId;
this.sellerId = sellerId;
this.productId = productId;
this.orderId = orderId;
this.status = STATUS.TO_BE_EXECUTD;
this.createTimestamp = System.currentTimestamp();
}
我们发现，构造函数中并非只包含简单赋值操作。交易 id 的赋值逻辑稍微复杂。我们最好也要测试一下，以保证这部分逻辑的正确性。为了方便测试，我们可以把 id 赋值这部分逻辑单独抽象到一个函数中，具体的代码实现如下所示：
public Transaction(String preAssignedId, Long buyerId, Long sellerId, Long productId, String orderId) {
//...
fillTransactionId(preAssignId);
//...
}
protected void fillTransactionId(String preAssignedId) {
if (preAssignedId != null && !preAssignedId.isEmpty()) {
this.id = preAssignedId;
} else {
this.id = IdGenerator.generateTransactionId();
}
if (!this.id.startWith("t_")) {
this.id = "t_" + preAssignedId;
}
}
到此为止，我们一步一步将 Transaction 从不可测试代码重构成了测试性良好的代码。不过，你可能还会有疑问，Transaction 类中 isExpired() 函数就不用测试了吗？对于 isExpired() 函数，逻辑非常简单，肉眼就能判定是否有 bug，是可以不用写单元测试的。
实际上，可测试性差的代码，本身代码设计得也不够好，很多地方都没有遵守我们之前讲到的设计原则和思想，比如“基于接口而非实现编程”思想、依赖反转原则等。重构之后的代码，不仅可测试性更好，而且从代码设计的角度来说，也遵从了经典的设计原则和思想。这也印证了我们之前说过的，代码的可测试性可以从侧面上反应代码设计是否合理。除此之外，在平时的开发中，我们也要多思考一下，这样编写代码，是否容易编写单元测试，这也有利于我们设计出好的代码。
其他常见的 Anti-Patterns
刚刚我们通过一个实战案例，讲解了如何利用依赖注入来提高代码的可测试性，以及编写单元测试中最复杂的一部分内容：如何通过 mock、二次封装等方式解依赖外部服务。现在，我们再来总结一下，有哪些典型的、常见的测试性不好的代码，也就是我们常说的 Anti-Patterns。
- 未决行为
所谓的未决行为逻辑就是，代码的输出是随机或者说不确定的，比如，跟时间、随机数有关的代码。对于这一点，在刚刚的实战案例中我们已经讲到，你可以利用刚才讲到的方法，试着重构一下下面的代码，并且为它编写单元测试。
public class Demo {
public long caculateDelayDays(Date dueTime) {
long currentTimestamp = System.currentTimeMillis();
if (dueTime.getTime() >= currentTimestamp) {
return 0;
}
long delayTime = currentTimestamp - dueTime.getTime();
long delayDays = delayTime / 86400;
return delayDays;
}
}
- 全局变量
前面我们讲过，全局变量是一种面向过程的编程风格，有种种弊端。实际上，滥用全局变量也让编写单元测试变得困难。我举个例子来解释一下。
RangeLimiter 表示一个[-5, 5]的区间，position 初始在 0 位置，move() 函数负责移动 position。其中，position 是一个静态全局变量。RangeLimiterTest 类是为其设计的单元测试，不过，这里面存在很大的问题，你可以先自己分析一下。
public class RangeLimiter {
private static AtomicInteger position = new AtomicInteger(0);
public static final int MAX_LIMIT = 5;
public static final int MIN_LIMIT = -5;
public boolean move(int delta) {
int currentPos = position.addAndGet(delta);
boolean betweenRange = (currentPos <= MAX_LIMIT) && (currentPos >= MIN_LIMIT);
return betweenRange;
}
}
public class RangeLimiterTest {
public void testMove_betweenRange() {
RangeLimiter rangeLimiter = new RangeLimiter();
assertTrue(rangeLimiter.move(1));
assertTrue(rangeLimiter.move(3));
assertTrue(rangeLimiter.move(-5));
}
public void testMove_exceedRange() {
RangeLimiter rangeLimiter = new RangeLimiter();
assertFalse(rangeLimiter.move(6));
}
}
上面的单元测试有可能会运行失败。假设单元测试框架顺序依次执行 testMove_betweenRange() 和 testMove_exceedRange() 两个测试用例。在第一个测试用例执行完成之后，position 的值变成了 -1；再执行第二个测试用例的时候，position 变成了 5，move() 函数返回 true，assertFalse 语句判定失败。所以，第二个测试用例运行失败。
当然，如果 RangeLimiter 类有暴露重设（reset）position 值的函数，我们可以在每次执行单元测试用例之前，把 position 重设为 0，这样就能解决刚刚的问题。不过，每个单元测试框架执行单元测试用例的方式可能是不同的。有的是顺序执行，有的是并发执行。对于并发执行的情况，即便我们每次都把 position 重设为 0，也并不奏效。如果两个测试用例并发执行，第 16、17、18、23 这四行代码可能会交叉执行，影响到 move() 函数的执行结果。
- 静态方法
前面我们也提到，静态方法跟全局变量一样，也是一种面向过程的编程思维。在代码中调用静态方法，有时候会导致代码不易测试。主要原因是静态方法也很难 mock。但是，这个要分情况来看。只有在这个静态方法执行耗时太长、依赖外部资源、逻辑复杂、行为未决等情况下，我们才需要在单元测试中 mock 这个静态方法。除此之外，如果只是类似 Math.abs() 这样的简单静态方法，并不会影响代码的可测试性，因为本身并不需要 mock。
- 复杂继承
我们前面提到，相比组合关系，继承关系的代码结构更加耦合、不灵活，更加不易扩展、不易维护。实际上，继承关系也更加难测试。这也印证了代码的可测试性跟代码质量的相关性。
如果父类需要 mock 某个依赖对象才能进行单元测试，那所有的子类、子类的子类……在编写单元测试的时候，都要 mock 这个依赖对象。对于层次很深（在继承关系类图中表现为纵向深度）、结构复杂（在继承关系类图中表现为横向广度）的继承关系，越底层的子类要 mock 的对象可能就会越多，这样就会导致，底层子类在写单元测试的时候，要一个一个 mock 很多依赖对象，而且还需要查看父类代码，去了解该如何 mock 这些依赖对象。
如果我们利用组合而非继承来组织类之间的关系，类之间的结构层次比较扁平，在编写单元测试的时候，只需要 mock 类所组合依赖的对象即可。
- 高耦合代码
如果一个类职责很重，需要依赖十几个外部对象才能完成工作，代码高度耦合，那我们在编写单元测试的时候，可能需要 mock 这十几个依赖的对象。不管是从代码设计的角度来说，还是从编写单元测试的角度来说，这都是不合理的。
重点回顾
- 什么是代码的可测试性？
粗略地讲，所谓代码的可测试性，就是针对代码编写单元测试的难易程度。对于一段代码，如果很难为其编写单元测试，或者单元测试写起来很费劲，需要依靠单元测试框架中很高级的特性，那往往就意味着代码设计得不够合理，代码的可测试性不好。
- 编写可测试性代码的最有效手段
依赖注入是编写可测试性代码的最有效手段。通过依赖注入，我们在编写单元测试的时候，可以通过 mock 的方法解依赖外部服务，这也是我们在编写单元测试的过程中最有技术挑战的地方。
- 常见的 Anti-Patterns
常见的测试不友好的代码有下面这 5 种：
- 代码中包含未决行为
- 逻辑滥用可变全局变量
- 滥用静态方法
- 使用复杂的继承关系
- 高度耦合的代码
理论四：如何通过封装、抽象、模块化、中间层等解耦代码？
前面我们讲到，重构可以分为大规模高层重构（简称“大型重构”）和小规模低层次重构（简称“小型重构”）。大型重构是对系统、模块、代码结构、类之间关系等顶层代码设计进行的重构。对于大型重构来说，今天我们重点讲解最有效的一个手段，那就是“解耦”。解耦的目的是实现代码高内聚、松耦合。关于解耦，我准备分下面三个部分来给你讲解。
- “解耦”为何如此重要？
- 如何判定代码是否需要“解耦”？
- 如何给代码“解耦”？
“解耦”为何如此重要？
软件设计与开发最重要的工作之一就是应对复杂性。人处理复杂性的能力是有限的。过于复杂的代码往往在可读性、可维护性上都不友好。那如何来控制代码的复杂性呢？手段有很多，我个人认为，最关键的就是解耦，保证代码松耦合、高内聚。如果说重构是保证代码质量不至于腐化到无可救药地步的有效手段，那么利用解耦的方法对代码重构，就是保证代码不至于复杂到无法控制的有效手段。
我们在第 22 讲有介绍，什么是“高内聚、松耦合”。如果印象不深，你可以再去回顾一下。实际上，“高内聚、松耦合”是一个比较通用的设计思想，不仅可以指导细粒度的类和类之间关系的设计，还能指导粗粒度的系统、架构、模块的设计。相对于编码规范，它能够在更高层次上提高代码的可读性和可维护性。
不管是阅读代码还是修改代码，“高内聚、松耦合”的特性可以让我们聚焦在某一模块或类中，不需要了解太多其他模块或类的代码，让我们的焦点不至于过于发散，降低了阅读和修改代码的难度。而且，因为依赖关系简单，耦合小，修改代码不至于牵一发而动全身，代码改动比较集中，引入 bug 的风险也就减少了很多。同时，“高内聚、松耦合”的代码可测试性也更加好，容易 mock 或者很少需要 mock 外部依赖的模块或者类。
除此之外，代码“高内聚、松耦合”，也就意味着，代码结构清晰、分层和模块化合理、依赖关系简单、模块或类之间的耦合小，那代码整体的质量就不会差。即便某个具体的类或者模块设计得不怎么合理，代码质量不怎么高，影响的范围是非常有限的。我们可以聚焦于这个模块或者类，做相应的小型重构。而相对于代码结构的调整，这种改动范围比较集中的小型重构的难度就容易多了。
代码是否需要“解耦”？
那现在问题来了，我们该怎么判断代码的耦合程度呢？或者说，怎么判断代码是否符合“高内聚、松耦合”呢？再或者说，如何判断系统是否需要解耦重构呢？
间接的衡量标准有很多，前面我们讲到了一些，比如，看修改代码会不会牵一发而动全身。除此之外，还有一个直接的衡量标准，也是我在阅读源码的时候经常会用到的，那就是把模块与模块之间、类与类之间的依赖关系画出来，根据依赖关系图的复杂性来判断是否需要解耦重构。
如果依赖关系复杂、混乱，那从代码结构上来讲，可读性和可维护性肯定不是太好，那我们就需要考虑是否可以通过解耦的方法，让依赖关系变得清晰、简单。当然，这种判断还是有比较强的主观色彩，但是可以作为一种参考和梳理依赖的手段，配合间接的衡量标准一块来使用。
如何给代码“解耦”？
- 封装与抽象
封装和抽象作为两个非常通用的设计思想，可以应用在很多设计场景中，比如系统、模块、lib、组件、接口、类等等的设计。封装和抽象可以有效地隐藏实现的复杂性，隔离实现的易变性，给依赖的模块提供稳定且易用的抽象接口。
比如，Unix 系统提供的 open() 文件操作函数，我们用起来非常简单，但是底层实现却非常复杂，涉及权限控制、并发控制、物理存储等等。我们通过将其封装成一个抽象的 open() 函数，能够有效控制代码复杂性的蔓延，将复杂性封装在局部代码中。除此之外，因为 open() 函数基于抽象而非具体的实现来定义，所以我们在改动 open() 函数的底层实现的时候，并不需要改动依赖它的上层代码，也符合我们前面提到的“高内聚、松耦合”代码的评判标准。
- 中间层
引入中间层能简化模块或类之间的依赖关系。下面这张图是引入中间层前后的依赖关系对比图。在引入数据存储中间层之前，A、B、C 三个模块都要依赖内存一级缓存、Redis 二级缓存、DB 持久化存储三个模块。在引入中间层之后，三个模块只需要依赖数据存储一个模块即可。从图上可以看出，中间层的引入明显地简化了依赖关系，让代码结构更加清晰。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-d8PRlE01-1591598629089)(C:/Users/87142/AppData/Roaming/Typora/typora-user-images/image-20200607172433245.png)]
除此之外，我们在进行重构的时候，引入中间层可以起到过渡的作用，能够让开发和重构同步进行，不互相干扰。比如，某个接口设计得有问题，我们需要修改它的定义，同时，所有调用这个接口的代码都要做相应的改动。如果新开发的代码也用到这个接口，那开发就跟重构冲突了。为了让重构能小步快跑，我们可以分下面四个阶段来完成接口的修改。
第一阶段：引入一个中间层，包裹老的接口，提供新的接口定义。
第二阶段：新开发的代码依赖中间层提供的新接口。
第三阶段：将依赖老接口的代码改为调用新接口。
第四阶段：确保所有的代码都调用新接口之后，删除掉老的接口。
- 模块化
模块化是构建复杂系统常用的手段。不仅在软件行业，在建筑、机械制造等行业，这个手段也非常有用。对于一个大型复杂系统来说，没有人能掌控所有的细节。之所以我们能搭建出如此复杂的系统，并且能维护得了，最主要的原因就是将系统划分成各个独立的模块，让不同的人负责不同的模块，这样即便在不了解全部细节的情况下，管理者也能协调各个模块，让整个系统有效运转。
聚焦到软件开发上面，很多大型软件（比如 Windows）之所以能做到几百、上千人有条不紊地协作开发，也归功于模块化做得好。不同的模块之间通过 API 来进行通信，每个模块之间耦合很小，每个小的团队聚焦于一个独立的高内聚模块来开发，最终像搭积木一样将各个模块组装起来，构建成一个超级复杂的系统。
我们再聚焦到代码层面。合理地划分模块能有效地解耦代码，提高代码的可读性和可维护性。所以，我们在开发代码的时候，一定要有模块化意识，将每个模块都当作一个独立的 lib 一样来开发，只提供封装了内部实现细节的接口给其他模块使用，这样可以减少不同模块之间的耦合度。
实际上，从刚刚的讲解中我们也可以发现，模块化的思想无处不在，像 SOA、微服务、lib 库、系统内模块划分，甚至是类、函数的设计，都体现了模块化思想。如果追本溯源，模块化思想更加本质的东西就是分而治之。
- 其他设计思想和原则
“高内聚、松耦合”是一个非常重要的设计思想，能够有效提高代码的可读性和可维护性，缩小功能改动导致的代码改动范围。实际上，在前面的章节中，我们已经多次提到过这个设计思想。很多设计原则都以实现代码的“高内聚、松耦合”为目的。我们来一块总结回顾一下都有哪些原则。
- 单一职责原则
我们前面提到，内聚性和耦合性并非独立的。高内聚会让代码更加松耦合，而实现高内聚的重要指导原则就是单一职责原则。模块或者类的职责设计得单一，而不是大而全，那依赖它的类和它依赖的类就会比较少，代码耦合也就相应的降低了。
- 基于接口而非实现编程
基于接口而非实现编程能通过接口这样一个中间层，隔离变化和具体的实现。这样做的好处是，在有依赖关系的两个模块或类之间，一个模块或者类的改动，不会影响到另一个模块或类。实际上，这就相当于将一种强依赖关系（强耦合）解耦为了弱依赖关系（弱耦合）。
- 依赖注入
跟基于接口而非实现编程思想类似，依赖注入也是将代码之间的强耦合变为弱耦合。尽管依赖注入无法将本应该有依赖关系的两个类，解耦为没有依赖关系，但可以让耦合关系没那么紧密，容易做到插拔替换。
- 多用组合少用继承
我们知道，继承是一种强依赖关系，父类与子类高度耦合，且这种耦合关系非常脆弱，牵一发而动全身，父类的每一次改动都会影响所有的子类。相反，组合关系是一种弱依赖关系，这种关系更加灵活，所以，对于继承结构比较复杂的代码，利用组合来替换继承，也是一种解耦的有效手段。
- 迪米特法则
迪米特法则讲的是，不该有直接依赖关系的类之间，不要有依赖；有依赖关系的类之间，尽量只依赖必要的接口。从定义上，我们明显可以看出，这条原则的目的就是为了实现代码的松耦合。至于如何应用这条原则来解耦代码，你可以回过头去阅读一下第 22 讲，这里我就不赘述了。
除了上面讲到的这些设计思想和原则之外，还有一些设计模式也是为了解耦依赖，比如观察者模式，有关这一部分的内容，我们留在设计模式模块中慢慢讲解。
重点回顾
1.“解耦”为何如此重要？
过于复杂的代码往往在可读性、可维护性上都不友好。解耦保证代码松耦合、高内聚，是控制代码复杂度的有效手段。代码高内聚、松耦合，也就是意味着，代码结构清晰、分层模块化合理、依赖关系简单、模块或类之间的耦合小，那代码整体的质量就不会差。
- 代码是否需要“解耦”？
间接的衡量标准有很多，比如，看修改代码是否牵一发而动全身。直接的衡量标准是把模块与模块、类与类之间的依赖关系画出来，根据依赖关系图的复杂性来判断是否需要解耦重构。
- 如何给代码“解耦”？
给代码解耦的方法有：封装与抽象、中间层、模块化，以及一些其他的设计思想与原则，比如：单一职责原则、基于接口而非实现编程、依赖注入、多用组合少用继承、迪米特法则等。当然，还有一些设计模式，比如观察者模式。
理论五：让你最快速地改善代码质量的20条编程规范
编码规范的三个部分：命名与注释（Naming and Comments）、代码风格（Code Style）和编程技巧（Coding Tips）。
命名
- 命名多长最合适？
实际上，在足够表达其含义的情况下，命名当然是越短越好。但是，大部分情况下，短的命名都没有长的命名更能达意。所以，很多书籍或者文章都不推荐在命名时使用缩写。对于一些默认的、大家都比较熟知的词，我比较推荐用缩写。
- 利用上下文简化命名
public class User {
private String userName;
private String userPassword;
private String userAvatarUrl;
//...
}
在 User 类这样一个上下文中，我们没有在成员变量的命名中重复添加“user”这样一个前缀单词，而是直接命名为 name、password、avatarUrl。在使用这些属性时候，我们能借助对象这样一个上下文，表意也足够明确。具体代码如下所示：
User user = new User();
user.getName(); // 借助user对象这个上下文
除了类之外，函数参数也可以借助函数这个上下文来简化命名。关于这一点，我举了下面这个例子，你一看就能明白，我就不多啰嗦了。
public void uploadUserAvatarImageToAliyun(String userAvatarImageUri);
//利用上下文简化为：
public void uploadUserAvatarImageToAliyun(String imageUri);
- 命名要可读、可搜索
我们再来讲一下命名可搜索。我们在 IDE 中编写代码的时候，经常会用“关键词联想”的方法来自动补全和搜索。比如，键入某个对象“.get”，希望 IDE 返回这个对象的所有 get 开头的方法。再比如，通过在 IDE 搜索框中输入“Array”，搜索 JDK 中数组相关的类。所以，我们在命名的时候，最好能符合整个项目的命名习惯。大家都用“selectXXX”表示查询，你就不要用“queryXXX”；大家都用“insertXXX”表示插入一条数据，你就要不用“addXXX”，统一规约是很重要的，能减少很多不必要的麻烦。
- 如何命名接口和抽象类？
对于接口的命名，一般有两种比较常见的方式。一种是加前缀“I”，表示一个 Interface。比如 IUserService，对应的实现类命名为 UserService。另一种是不加前缀，比如 UserService，对应的实现类加后缀“Impl”，比如 UserServiceImpl。
对于抽象类的命名，也有两种方式，一种是带上前缀“Abstract”，比如 AbstractConfiguration；另一种是不带前缀“Abstract”。实际上，对于接口和抽象类，选择哪种命名方式都是可以的，只要项目里能够统一就行。
重点回顾
关于命名
- 命名的关键是能准确达意。对于不同作用域的命名，我们可以适当地选择不同的长度。
- 我们可以借助类的信息来简化属性、函数的命名，利用函数的信息来简化函数参数的命名。
- 命名要可读、可搜索。不要使用生僻的、不好读的英文单词来命名。命名要符合项目的统一规范，也不要用些反直觉的命名。
- 接口有两种命名方式：一种是在接口中带前缀“I”；另一种是在接口的实现类中带后缀“Impl”。对于抽象类的命名，也有两种方式，一种是带上前缀“Abstract”，一种是不带前缀。这两种命名方式都可以，关键是要在项目中统一。
关于注释
- 注释的内容主要包含这样三个方面：做什么、为什么、怎么做。对于一些复杂的类和接口，我们可能还需要写明“如何用”。
- 类和函数一定要写注释，而且要写得尽可能全面详细。函数内部的注释要相对少一些，一般都是靠好的命名、提炼函数、解释性变量、总结性注释来提高代码可读性。
关于代码风格
- 函数、类多大才合适？函数的代码行数不要超过一屏幕的大小，比如 50 行。类的大小限制比较难确定。
- 一行代码多长最合适？最好不要超过 IDE 的显示宽度。当然，也不能太小，否则会导致很多稍微长点的语句被折成两行，也会影响到代码的整洁，不利于阅读。
- 善用空行分割单元块。对于比较长的函数，为了让逻辑更加清晰，可以使用空行来分割各个代码块。
- 四格缩进还是两格缩进？我个人比较推荐使用两格缩进，这样可以节省空间，尤其是在代码嵌套层次比较深的情况下。不管是用两格缩进还是四格缩进，一定不要用 tab 键缩进。
- 大括号是否要另起一行？将大括号放到跟上一条语句同一行，可以节省代码行数。但是将大括号另起新的一行的方式，左右括号可以垂直对齐，哪些代码属于哪一个代码块，更加一目了然。
- 类中成员怎么排列？在 Google Java 编程规范中，依赖类按照字母序从小到大排列。类中先写成员变量后写函数。成员变量之间或函数之间，先写静态成员变量或函数，后写普通变量或函数，并且按照作用域大小依次排列。
关于编码技巧
- 将复杂的逻辑提炼拆分成函数和类。
- 通过拆分成多个函数或将参数封装为对象的方式，来处理参数过多的情况。
- 函数中不要使用参数来做代码执行逻辑的控制。
- 函数设计要职责单一。
- 移除过深的嵌套层次，方法包括：去掉多余的 if 或 else 语句，使用 continue、break、return 关键字提前退出嵌套，调整执行顺序来减少嵌套，将部分嵌套逻辑抽象成函数。
- 用字面常量取代魔法数。
- 用解释性变量来解释复杂表达式，以此提高代码可读性。
统一编码规范
接口有两种命名方式：一种是在接口中带前缀“I”；另一种是在接口的实现类中带后缀“Impl”。对于抽象类的命名，也有两种方式，一种是带上前缀“Abstract”，一种是不带前缀。这两种命名方式都可以，关键是要在项目中统一。
关于注释
- 注释的内容主要包含这样三个方面：做什么、为什么、怎么做。对于一些复杂的类和接口，我们可能还需要写明“如何用”。
- 类和函数一定要写注释，而且要写得尽可能全面详细。函数内部的注释要相对少一些，一般都是靠好的命名、提炼函数、解释性变量、总结性注释来提高代码可读性。
关于代码风格
- 函数、类多大才合适？函数的代码行数不要超过一屏幕的大小，比如 50 行。类的大小限制比较难确定。
- 一行代码多长最合适？最好不要超过 IDE 的显示宽度。当然，也不能太小，否则会导致很多稍微长点的语句被折成两行，也会影响到代码的整洁，不利于阅读。
- 善用空行分割单元块。对于比较长的函数，为了让逻辑更加清晰，可以使用空行来分割各个代码块。
- 四格缩进还是两格缩进？我个人比较推荐使用两格缩进，这样可以节省空间，尤其是在代码嵌套层次比较深的情况下。不管是用两格缩进还是四格缩进，一定不要用 tab 键缩进。
- 大括号是否要另起一行？将大括号放到跟上一条语句同一行，可以节省代码行数。但是将大括号另起新的一行的方式，左右括号可以垂直对齐，哪些代码属于哪一个代码块，更加一目了然。
- 类中成员怎么排列？在 Google Java 编程规范中，依赖类按照字母序从小到大排列。类中先写成员变量后写函数。成员变量之间或函数之间，先写静态成员变量或函数，后写普通变量或函数，并且按照作用域大小依次排列。
关于编码技巧
- 将复杂的逻辑提炼拆分成函数和类。
- 通过拆分成多个函数或将参数封装为对象的方式，来处理参数过多的情况。
- 函数中不要使用参数来做代码执行逻辑的控制。
- 函数设计要职责单一。
- 移除过深的嵌套层次，方法包括：去掉多余的 if 或 else 语句，使用 continue、break、return 关键字提前退出嵌套，调整执行顺序来减少嵌套，将部分嵌套逻辑抽象成函数。
- 用字面常量取代魔法数。
- 用解释性变量来解释复杂表达式，以此提高代码可读性。
统一编码规范
除了这三节讲到的比较细节的知识点之外，最后，还有一条非常重要的，那就是，项目、团队，甚至公司，一定要制定统一的编码规范，并且通过 Code Review 督促执行，这对提高代码质量有立竿见影的效果。