21|理论七：重复的代码就一定违背DRY吗？如何提高代码的复用性？
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在上一节课中，我们讲了 KISS 原则和 YAGNI 原则，KISS 原则可以说是人尽皆知。今天，我们再学习一个你肯定听过的原则，那就是 DRY 原则。它的英文描述为：Don’t Repeat Yourself。中文直译为：不要重复自己。将它应用在编程中，可以理解为：不要写重复的代码。
你可能会觉得，这条原则非常简单、非常容易应用。只要两段代码长得一样，那就是违反 DRY 原则了。真的是这样吗？答案是否定的。这是很多人对这条原则存在的误解。实际上，重复的代码不一定违反 DRY 原则，而且有些看似不重复的代码也有可能违反 DRY 原则。
听到这里，你可能会有很多疑问。没关系，今天我会结合具体的代码实例，来把这个问题讲清楚，纠正你对这个原则的错误认知。除此之外，DRY 原则与代码的复用性也有一些联系，所以，今天，我还会讲一讲，如何写出可复用性好的代码。
话不多说，让我们正式开始今天的学习吧！
DRY 原则（Don’t Repeat Yourself）
DRY 原则的定义非常简单，我就不再过度解读。今天，我们主要讲三种典型的代码重复情况，它们分别是：实现逻辑重复、功能语义重复和代码执行重复。这三种代码重复，有的看似违反 DRY，实际上并不违反；有的看似不违反，实际上却违反了。
实现逻辑重复
我们先来看下面这样一段代码是否违反了 DRY 原则。如果违反了，你觉得应该如何重构，才能让它满足 DRY 原则？如果没有违反，那又是为什么呢？
public class UserAuthenticator {
public void authenticate(String username, String password) {
if (!isValidUsername(username)) {
// …throw InvalidUsernameException…
}
if (!isValidPassword(password)) {
// …throw InvalidPasswordException…
}
//… 省略其他代码…
}
private boolean isValidUsername(String username) {
// check not null, not empty
if (StringUtils.isBlank(username)) {
return false;
}
// check length: 4~64
int length = username.length();
if (length < 4 || length > 64) {
return false;
}
// contains only lowcase characters
if (!StringUtils.isAllLowerCase(username)) {
return false;
}
// contains only a~z,0~9,dot
for (int i = 0; i < length; ++i) {
char c = username.charAt(i);
if (!(c >= ‘a’ && c <= ‘z’) || (c >= ‘0’ && c <= ‘9’) || c == ‘.’) {
return false;
}
}
return true;
}
private boolean isValidPassword(String password) {
// check not null, not empty
if (StringUtils.isBlank(password)) {
return false;
}
// check length: 4~64
int length = password.length();
if (length < 4 || length > 64) {
return false;
}
// contains only lowcase characters
if (!StringUtils.isAllLowerCase(password)) {
return false;
}
// contains only a~z,0~9,dot
for (int i = 0; i < length; ++i) {
char c = password.charAt(i);
if (!(c >= ‘a’ && c <= ‘z’) || (c >= ‘0’ && c <= ‘9’) || c == ‘.’) {
return false;
}
}
return true;
}
}
代码很简单，我就不做过多解释了。在代码中，有两处非常明显的重复的代码片段：isValidUserName() 函数和 isValidPassword() 函数。重复的代码被敲了两遍，或者简单 copy-paste 了一下，看起来明显违反 DRY 原则。为了移除重复的代码，我们对上面的代码做下重构，将 isValidUserName() 函数和 isValidPassword() 函数，合并为一个更通用的函数 isValidUserNameOrPassword()。重构后的代码如下所示：
public class UserAuthenticatorV2 {
public void authenticate(String userName, String password) {
if (!isValidUsernameOrPassword(userName)) {
// …throw InvalidUsernameException…
}
if (!isValidUsernameOrPassword(password)) {
// ...throw InvalidPasswordException...
}
}
private boolean isValidUsernameOrPassword(String usernameOrPassword) {
// 省略实现逻辑
// 跟原来的 isValidUsername() 或 isValidPassword() 的实现逻辑一样…
return true;
}
}
经过重构之后，代码行数减少了，也没有重复的代码了，是不是更好了呢？答案是否定的，这可能跟你预期的不一样，我来解释一下为什么。
单从名字上看，我们就能发现，合并之后的 isValidUserNameOrPassword() 函数，负责两件事情：验证用户名和验证密码，违反了“单一职责原则”和“接口隔离原则”。实际上，即便将两个函数合并成 isValidUserNameOrPassword()，代码仍然存在问题。
因为 isValidUserName() 和 isValidPassword() 两个函数，虽然从代码实现逻辑上看起来是重复的，但是从语义上并不重复。所谓“语义不重复”指的是：从功能上来看，这两个函数干的是完全不重复的两件事情，一个是校验用户名，另一个是校验密码。尽管在目前的设计中，两个校验逻辑是完全一样的，但如果按照第二种写法，将两个函数的合并，那就会存在潜在的问题。在未来的某一天，如果我们修改了密码的校验逻辑，比如，允许密码包含大写字符，允许密码的长度为 8 到 64 个字符，那这个时候，isValidUserName() 和 isValidPassword() 的实现逻辑就会不相同。我们就要把合并后的函数，重新拆成合并前的那两个函数。
尽管代码的实现逻辑是相同的，但语义不同，我们判定它并不违反 DRY 原则。对于包含重复代码的问题，我们可以通过抽象成更细粒度函数的方式来解决。比如将校验只包含 a~z、0~9、dot 的逻辑封装成 boolean onlyContains(String str, String charlist); 函数。
功能语义重复
现在我们再来看另外一个例子。在同一个项目代码中有下面两个函数：isValidIp() 和 checkIfIpValid()。尽管两个函数的命名不同，实现逻辑不同，但功能是相同的，都是用来判定 IP 地址是否合法的。
之所以在同一个项目中会有两个功能相同的函数，那是因为这两个函数是由两个不同的同事开发的，其中一个同事在不知道已经有了 isValidIp() 的情况下，自己又定义并实现了同样用来校验 IP 地址是否合法的 checkIfIpValid() 函数。
那在同一项目代码中，存在如下两个函数，是否违反 DRY 原则呢？
public boolean isValidIp(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);
}
public boolean checkIfIpValid(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;
}
这个例子跟上个例子正好相反。上一个例子是代码实现逻辑重复，但语义不重复，我们并不认为它违反了 DRY 原则。而在这个例子中，尽管两段代码的实现逻辑不重复，但语义重复，也就是功能重复，我们认为它违反了 DRY 原则。我们应该在项目中，统一一种实现思路，所有用到判断 IP 地址是否合法的地方，都统一调用同一个函数。
假设我们不统一实现思路，那有些地方调用了 isValidIp() 函数，有些地方又调用了 checkIfIpValid() 函数，这就会导致代码看起来很奇怪，相当于给代码“埋坑”，给不熟悉这部分代码的同事增加了阅读的难度。同事有可能研究了半天，觉得功能是一样的，但又有点疑惑，觉得是不是有更高深的考量，才定义了两个功能类似的函数，最终发现居然是代码设计的问题。
除此之外，如果哪天项目中 IP 地址是否合法的判定规则改变了，比如：255.255.255.255 不再被判定为合法的了，相应地，我们对 isValidIp() 的实现逻辑做了相应的修改，但却忘记了修改 checkIfIpValid() 函数。又或者，我们压根就不知道还存在一个功能相同的 checkIfIpValid() 函数，这样就会导致有些代码仍然使用老的 IP 地址判断逻辑，导致出现一些莫名其妙的 bug。
代码执行重复
前两个例子一个是实现逻辑重复，一个是语义重复，我们再来看第三个例子。其中，UserService 中 login() 函数用来校验用户登录是否成功。如果失败，就返回异常；如果成功，就返回用户信息。具体代码如下所示：
public class UserService {
private UserRepo userRepo;// 通过依赖注入或者 IOC 框架注入
public User login(String email, String password) {
boolean existed = userRepo.checkIfUserExisted(email, password);
if (!existed) {
// … throw AuthenticationFailureException…
}
User user = userRepo.getUserByEmail(email);
return user;
}
}
public class UserRepo {
public boolean checkIfUserExisted(String email, String password) {
if (!EmailValidation.validate(email)) {
// … throw InvalidEmailException…
}
if (!PasswordValidation.validate(password)) {
// ... throw InvalidPasswordException...
}
//...query db to check if email&password exists...
}
public User getUserByEmail(String email) {
if (!EmailValidation.validate(email)) {
// … throw InvalidEmailException…
}
//…query db to get user by email…
}
}
上面这段代码，既没有逻辑重复，也没有语义重复，但仍然违反了 DRY 原则。这是因为代码中存在“执行重复”。我们一块儿来看下，到底哪些代码被重复执行了？
重复执行最明显的一个地方，就是在 login() 函数中，email 的校验逻辑被执行了两次。一次是在调用 checkIfUserExisted() 函数的时候，另一次是调用 getUserByEmail() 函数的时候。这个问题解决起来比较简单，我们只需要将校验逻辑从 UserRepo 中移除，统一放到 UserService 中就可以了。
除此之外，代码中还有一处比较隐蔽的执行重复，不知道你发现了没有？实际上，login() 函数并不需要调用 checkIfUserExisted() 函数，只需要调用一次 getUserByEmail() 函数，从数据库中获取到用户的 email、password 等信息，然后跟用户输入的 email、password 信息做对比，依次判断是否登录成功。
实际上，这样的优化是很有必要的。因为 checkIfUserExisted() 函数和 getUserByEmail() 函数都需要查询数据库，而数据库这类的 I/O 操作是比较耗时的。我们在写代码的时候，应当尽量减少这类 I/O 操作。
按照刚刚的修改思路，我们把代码重构一下，移除“重复执行”的代码，只校验一次 email 和 password，并且只查询一次数据库。重构之后的代码如下所示：
public class UserService {
private UserRepo userRepo;// 通过依赖注入或者 IOC 框架注入
public User login(String email, String password) {
if (!EmailValidation.validate(email)) {
// … throw InvalidEmailException…
}
if (!PasswordValidation.validate(password)) {
// … throw InvalidPasswordException…
}
User user = userRepo.getUserByEmail(email);
if (user == null || !password.equals(user.getPassword()) {
// … throw AuthenticationFailureException…
}
return user;
}
}
public class UserRepo {
public boolean checkIfUserExisted(String email, String password) {
//…query db to check if email&password exists
}
public User getUserByEmail(String email) {
//…query db to get user by email…
}
}
代码复用性（Code Reusability）
在专栏的最开始，我们有提到，代码的复用性是评判代码质量的一个非常重要的标准。当时只是点到为止，没有展开讲解，今天，我再带你深入地学习一下这个知识点。
什么是代码的复用性？
我们首先来区分三个概念：代码复用性（Code Reusability）、代码复用（Code Resue）和 DRY 原则。
代码复用表示一种行为：我们在开发新功能的时候，尽量复用已经存在的代码。代码的可复用性表示一段代码可被复用的特性或能力：我们在编写代码的时候，让代码尽量可复用。DRY 原则是一条原则：不要写重复的代码。从定义描述上，它们好像有点类似，但深究起来，三者的区别还是蛮大的。
**首先，“不重复”并不代表“可复用”。**在一个项目代码中，可能不存在任何重复的代码，但也并不表示里面有可复用的代码，不重复和可复用完全是两个概念。所以，从这个角度来说，DRY 原则跟代码的可复用性讲的是两回事。
**其次，“复用”和“可复用性”关注角度不同。**代码“可复用性”是从代码开发者的角度来讲的，“复用”是从代码使用者的角度来讲的。比如，A 同事编写了一个 UrlUtils 类，代码的“可复用性”很好。B 同事在开发新功能的时候，直接“复用”A 同事编写的 UrlUtils 类。
尽管复用、可复用性、DRY 原则这三者从理解上有所区别，但实际上要达到的目的都是类似的，都是为了减少代码量，提高代码的可读性、可维护性。除此之外，复用已经经过测试的老代码，bug 会比从零重新开发要少。
“复用”这个概念不仅可以指导细粒度的模块、类、函数的设计开发，实际上，一些框架、类库、组件等的产生也都是为了达到复用的目的。比如，Spring 框架、Google Guava 类库、UI 组件等等。
怎么提高代码复用性？
实际上，我们前面已经讲到过很多提高代码可复用性的手段，今天算是集中总结一下，我总结了 7 条，具体如下。
- 减少代码耦合
对于高度耦合的代码，当我们希望复用其中的一个功能，想把这个功能的代码抽取出来成为一个独立的模块、类或者函数的时候，往往会发现牵一发而动全身。移动一点代码，就要牵连到很多其他相关的代码。所以，高度耦合的代码会影响到代码的复用性，我们要尽量减少代码耦合。
- 满足单一职责原则
我们前面讲过，如果职责不够单一，模块、类设计得大而全，那依赖它的代码或者它依赖的代码就会比较多，进而增加了代码的耦合。根据上一点，也就会影响到代码的复用性。相反，越细粒度的代码，代码的通用性会越好，越容易被复用。
- 模块化
这里的“模块”，不单单指一组类构成的模块，还可以理解为单个类、函数。我们要善于将功能独立的代码，封装成模块。独立的模块就像一块一块的积木，更加容易复用，可以直接拿来搭建更加复杂的系统。
- 业务与非业务逻辑分离
越是跟业务无关的代码越是容易复用，越是针对特定业务的代码越难复用。所以，为了复用跟业务无关的代码，我们将业务和非业务逻辑代码分离，抽取成一些通用的框架、类库、组件等。
- 通用代码下沉
从分层的角度来看，越底层的代码越通用、会被越多的模块调用，越应该设计得足够可复用。一般情况下，在代码分层之后，为了避免交叉调用导致调用关系混乱，我们只允许上层代码调用下层代码及同层代码之间的调用，杜绝下层代码调用上层代码。所以，通用的代码我们尽量下沉到更下层。
- 继承、多态、抽象、封装
在讲面向对象特性的时候，我们讲到，利用继承，可以将公共的代码抽取到父类，子类复用父类的属性和方法。利用多态，我们可以动态地替换一段代码的部分逻辑，让这段代码可复用。除此之外，抽象和封装，从更加广义的层面、而非狭义的面向对象特性的层面来理解的话，越抽象、越不依赖具体的实现，越容易复用。代码封装成模块，隐藏可变的细节、暴露不变的接口，就越容易复用。
- 应用模板等设计模式
一些设计模式，也能提高代码的复用性。比如，模板模式利用了多态来实现，可以灵活地替换其中的部分代码，整个流程模板代码可复用。关于应用设计模式提高代码复用性这一部分，我们留在后面慢慢来讲解。
除了刚刚我们讲到的几点，还有一些跟编程语言相关的特性，也能提高代码的复用性，比如泛型编程等。实际上，除了上面讲到的这些方法之外，复用意识也非常重要。在写代码的时候，我们要多去思考一下，这个部分代码是否可以抽取出来，作为一个独立的模块、类或者函数供多处使用。在设计每个模块、类、函数的时候，要像设计一个外部 API 那样，去思考它的复用性。
辩证思考和灵活应用
实际上，编写可复用的代码并不简单。如果我们在编写代码的时候，已经有复用的需求场景，那根据复用的需求去开发可复用的代码，可能还不算难。但是，如果当下并没有复用的需求，我们只是希望现在编写的代码具有可复用的特点，能在未来某个同事开发某个新功能的时候复用得上。在这种没有具体复用需求的情况下，我们就需要去预测将来代码会如何复用，这就比较有挑战了。
实际上，除非有非常明确的复用需求，否则，为了暂时用不到的复用需求，花费太多的时间、精力，投入太多的开发成本，并不是一个值得推荐的做法。这也违反我们之前讲到的 YAGNI 原则。
除此之外，有一个著名的原则，叫作“Rule of Three”。这条原则可以用在很多行业和场景中，你可以自己去研究一下。如果把这个原则用在这里，那就是说，我们在第一次写代码的时候，如果当下没有复用的需求，而未来的复用需求也不是特别明确，并且开发可复用代码的成本比较高，那我们就不需要考虑代码的复用性。在之后我们开发新的功能的时候，发现可以复用之前写的这段代码，那我们就重构这段代码，让其变得更加可复用。
也就是说，第一次编写代码的时候，我们不考虑复用性；第二次遇到复用场景的时候，再进行重构使其复用。需要注意的是，“Rule of Three”中的“Three”并不是真的就指确切的“三”，这里就是指“二”。
重点回顾
今天的内容到此就讲完了。我们一块来回顾一下，你需要重点掌握的内容。
1.DRY 原则
我们今天讲了三种代码重复的情况：实现逻辑重复、功能语义重复、代码执行重复。实现逻辑重复，但功能语义不重复的代码，并不违反 DRY 原则。实现逻辑不重复，但功能语义重复的代码，也算是违反 DRY 原则。除此之外，代码执行重复也算是违反 DRY 原则。
2. 代码复用性
今天，我们讲到提高代码可复用性的一些方法，有以下 7 点。
- 减少代码耦合
- 满足单一职责原则
- 模块化
- 业务与非业务逻辑分离
- 通用代码下沉
- 继承、多态、抽象、封装
- 应用模板等设计模式
实际上，除了上面讲到的这些方法之外，复用意识也非常重要。在设计每个模块、类、函数的时候，要像设计一个外部 API 一样去思考它的复用性。
我们在第一次写代码的时候，如果当下没有复用的需求，而未来的复用需求也不是特别明确，并且开发可复用代码的成本比较高，那我们就不需要考虑代码的复用性。在之后开发新的功能的时候，发现可以复用之前写的这段代码，那我们就重构这段代码，让其变得更加可复用。
相比于代码的可复用性，DRY 原则适用性更强一些。我们可以不写可复用的代码，但一定不能写重复的代码。
课堂讨论
除了实现逻辑重复、功能语义重复、代码执行重复，你还知道有哪些其他类型的代码重复？这些代码重复是否违反 DRY 原则？
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文章作者 anonymous
上次更新 2024-04-28