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设计模式-DRY原则

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DRY 原则（Don’t Repeat Yourself）

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。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？

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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：

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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？

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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。

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：

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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：

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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。

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