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if else 是所有高級編程語言都有的必備功能。但現(xiàn)實中的代碼往往存在著過多的 if else。
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圖片來自 Pexels
雖然 if else 是必須的，但濫用 if else 會對代碼的可讀性、可維護性造成很大傷害，進而危害到整個軟件系統(tǒng)。
現(xiàn)在軟件開發(fā)領(lǐng)域出現(xiàn)了很多新技術(shù)、新概念，但 if...else 這種基本的程序形式并沒有發(fā)生太大變化。
使用好 if else 不僅對于現(xiàn)在，而且對于將來，都是十分有意義的。今天我們就來看看如何“干掉”代碼中的 if else，還代碼以清爽。
問題一：if else 過多
問題表現(xiàn)
if else 過多的代碼可以抽象為下面這段代碼。其中只列出 5 個邏輯分支，但實際工作中，能見到一個方法包含 10 個、20 個甚至更多的邏輯分支的情況。
另外，if else 過多通常會伴隨著另兩個問題：邏輯表達式復(fù)雜和 if else 嵌套過深。
對于后兩個問題，本文將在下面兩節(jié)介紹。本節(jié)先來討論 if else 過多的情況。
- if (condition1) {
- } else if (condition2) {
- } else if (condition3) {
- } else if (condition4) {
- } else {
- }
通常，if else 過多的方法，通?？勺x性和可擴展性都不好。
從軟件設(shè)計角度講，代碼中存在過多的 if else 往往意味著這段代碼違反了違反單一職責(zé)原則和開閉原則。
因為在實際的項目中，需求往往是不斷變化的，新需求也層出不窮。所以，軟件系統(tǒng)的擴展性是非常重要的。
而解決 if else 過多問題的最大意義，往往就在于提高代碼的可擴展性。
如何解決
接下來我們來看如何解決 ifelse 過多的問題，下面我列出了一些解決方法：
- 表驅(qū)動
- 職責(zé)鏈模式
- 注解驅(qū)動
- 事件驅(qū)動
- 有限狀態(tài)機
- Optional
- Assert
- 多態(tài)
方法一：表驅(qū)動
對于邏輯表達模式固定的 if else 代碼，可以通過某種映射關(guān)系，將邏輯表達式用表格的方式表示;再使用表格查找的方式，找到某個輸入所對應(yīng)的處理函數(shù)，使用這個處理函數(shù)進行運算。
適用場景：邏輯表達模式固定的 if else。
實現(xiàn)與示例：
- if (param.equals(value1)) {
- doAction1(someParams);
- } else if (param.equals(value2)) {
- doAction2(someParams);
- } else if (param.equals(value3)) {
- doAction3(someParams);
- }
- // ...
可重構(gòu)為：
- Map action> actionMappings = new HashMap<>(); // 這里泛型 ? 是為方便演示，實際可替換為你需要的類型
- // When init
- actionMappings.put(value1, (someParams) -> { doAction1(someParams)});
- actionMappings.put(value2, (someParams) -> { doAction2(someParams)});
- actionMappings.put(value3, (someParams) -> { doAction3(someParams)});
- // 省略 null 判斷
- actionMappings.get(param).apply(someParams);
上面的示例使用了 Java 8 的 Lambda 和 Functional Interface，這里不做講解。
表的映射關(guān)系，可以采用集中的方式，也可以采用分散的方式，即每個處理類自行注冊。也可以通過配置文件的方式表達?？傊?，形式有很多。
還有一些問題，其中的條件表達式并不像上例中的那樣簡單，但稍加變換，同樣可以應(yīng)用表驅(qū)動。
下面借用《編程珠璣》中的一個稅金計算的例子：
- if income <= 2200
- tax = 0
- else if income <= 2700
- tax = 0.14 * (income - 2200)
- else if income <= 3200
- tax = 70 + 0.15 * (income - 2700)
- else if income <= 3700
- tax = 145 + 0.16 * (income - 3200)
- ......
- else
- tax = 53090 + 0.7 * (income - 102200)
對于上面的代碼，其實只需將稅金的計算公式提取出來，將每一檔的標(biāo)準(zhǔn)提取到一個表格，在加上一個循環(huán)即可。具體重構(gòu)之后的代碼不給出，大家自己思考。
方法二：職責(zé)鏈模式
當(dāng) if else 中的條件表達式靈活多變，無法將條件中的數(shù)據(jù)抽象為表格并用統(tǒng)一的方式進行判斷時，這時應(yīng)將對條件的判斷權(quán)交給每個功能組件。并用鏈的形式將這些組件串聯(lián)起來，形成完整的功能。
適用場景：條件表達式靈活多變，沒有統(tǒng)一的形式。
實現(xiàn)與示例：職責(zé)鏈的模式在開源框架的 Filter、Interceptor 功能的實現(xiàn)中可以見到很多。下面看一下通用的使用模式。
重構(gòu)前：
- public void handle(request) {
- if (handlerA.canHandle(request)) {
- handlerA.handleRequest(request);
- } else if (handlerB.canHandle(request)) {
- handlerB.handleRequest(request);
- } else if (handlerC.canHandle(request)) {
- handlerC.handleRequest(request);
- }
- }
重構(gòu)后：
- public void handle(request) {
- handlerA.handleRequest(request);
- }
- public abstract class Handler {
- protected Handler next;
- public abstract void handleRequest(Request request);
- public void setNext(Handler next) { this.next = next; }
- }
- public class HandlerA extends Handler {
- public void handleRequest(Request request) {
- if (canHandle(request)) doHandle(request);
- else if (next != null) next.handleRequest(request);
- }
- }
當(dāng)然，示例中的重構(gòu)前的代碼為了表達清楚，做了一些類和方法的抽取重構(gòu)?，F(xiàn)實中，更多的是平鋪式的代碼實現(xiàn)。
注：職責(zé)鏈的控制模式，職責(zé)鏈模式在具體實現(xiàn)過程中，會有一些不同的形式。從鏈的調(diào)用控制角度看，可分為外部控制和內(nèi)部控制兩種。
外部控制不靈活，但是減少了實現(xiàn)難度。職責(zé)鏈上某一環(huán)上的具體實現(xiàn)不用考慮對下一環(huán)的調(diào)用，因為外部統(tǒng)一控制了。
但是一般的外部控制也不能實現(xiàn)嵌套調(diào)用。如果有嵌套調(diào)用，并且希望由外部控制職責(zé)鏈的調(diào)用，實現(xiàn)起來會稍微復(fù)雜。具體可以參考 Spring Web Interceptor 機制的實現(xiàn)方法。
內(nèi)部控制就比較靈活，可以由具體的實現(xiàn)來決定是否需要調(diào)用鏈上的下一環(huán)。但如果調(diào)用控制模式是固定的，那這樣的實現(xiàn)對于使用者來說是不便的。
設(shè)計模式在具體使用中會有很多變種，大家需要靈活掌握。
方法三：注解驅(qū)動
通過 Java 注解(或其他語言的類似機制)定義執(zhí)行某個方法的條件。在程序執(zhí)行時，通過對比入?yún)⑴c注解中定義的條件是否匹配，再決定是否調(diào)用此方法。具體實現(xiàn)時，可以采用表驅(qū)動或職責(zé)鏈的方式實現(xiàn)。
適用場景：適合條件分支很多多，對程序擴展性和易用性均有較高要求的場景。通常是某個系統(tǒng)中經(jīng)常遇到新需求的核心功能。
實現(xiàn)與示例：很多框架中都能看到這種模式的使用，比如常見的 Spring MVC。
因為這些框架很常用，Demo 隨處可見，所以這里不再上具體的演示代碼了。
這個模式的重點在于實現(xiàn)。現(xiàn)有的框架都是用于實現(xiàn)某一特定領(lǐng)域的功能，例如 MVC。
故業(yè)務(wù)系統(tǒng)如采用此模式需自行實現(xiàn)相關(guān)核心功能。主要會涉及反射、職責(zé)鏈等技術(shù)。具體的實現(xiàn)這里就不做演示了。
方法四：事件驅(qū)動
通過關(guān)聯(lián)不同的事件類型和對應(yīng)的處理機制，來實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯，同時達到解耦的目的。
適用場景：從理論角度講，事件驅(qū)動可以看做是表驅(qū)動的一種，但從實踐角度講，事件驅(qū)動和前面提到的表驅(qū)動有多處不同。
具體來說：
- 表驅(qū)動通常是一對一的關(guān)系;事件驅(qū)動通常是一對多。
- 表驅(qū)動中，觸發(fā)和執(zhí)行通常是強依賴;事件驅(qū)動中，觸發(fā)和執(zhí)行是弱依賴。
正是上述兩者不同，導(dǎo)致了兩者適用場景的不同。具體來說，事件驅(qū)動可用于如訂單支付完成觸發(fā)庫存、物流、積分等功能。
實現(xiàn)與示例：實現(xiàn)方式上，單機的實踐驅(qū)動可以使用 Guava、Spring 等框架實現(xiàn)。分布式的則一般通過各種消息隊列方式實現(xiàn)。
但是因為這里主要討論的是消除 if else，所以主要是面向單機問題域。因為涉及具體技術(shù)，所以此模式代碼不做演示。
方法五：有限狀態(tài)機
有限狀態(tài)機通常被稱為狀態(tài)機(無限狀態(tài)機這個概念可以忽略)。先引用維基百科上的定義：
有限狀態(tài)機(英語：finite-state machine，縮寫：FSM)，簡稱狀態(tài)機，是表示有限個狀態(tài)以及在這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移和動作等行為的數(shù)學(xué)模型。
其實，狀態(tài)機也可以看做是表驅(qū)動的一種，其實就是當(dāng)前狀態(tài)和事件兩者組合與處理函數(shù)的一種對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)然，處理成功之后還會有一個狀態(tài)轉(zhuǎn)移處理。
適用場景：雖然現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)后端服務(wù)都在強調(diào)無狀態(tài)，但這并不意味著不能使用狀態(tài)機這種設(shè)計。
其實，在很多場景中，如協(xié)議棧、訂單處理等功能中，狀態(tài)機有這其天然的優(yōu)勢。因為這些場景中天然存在著狀態(tài)和狀態(tài)的流轉(zhuǎn)。
實現(xiàn)與示例：實現(xiàn)狀態(tài)機設(shè)計首先需要有相應(yīng)的框架，這個框架需要實現(xiàn)至少一種狀態(tài)機定義功能，以及對于的調(diào)用路由功能。
狀態(tài)機定義可以使用 DSL 或者注解的方式。原理不復(fù)雜，掌握了注解、反射等功能的同學(xué)應(yīng)該可以很容易實現(xiàn)。
參考技術(shù)：
①Apache Mina State Machine
Apache Mina 框架，雖然在 IO 框架領(lǐng)域不及 Netty，但它卻提供了一個狀態(tài)機的功能。
有自己實現(xiàn)狀態(tài)機功能的同學(xué)可以參考其源碼：
- https://mina.apache.org/mina-project/userguide/ch14-state-machine/ch14-state-machine.html
②Spring State Machine
Spring 子項目眾多，其中有個不顯山不露水的狀態(tài)機框架，可以通過 DSL 和注解兩種方式定義。
- https://projects.spring.io/spring-statemachine/
上述框架只是起到一個參考的作用，如果涉及到具體項目，需要根據(jù)業(yè)務(wù)特點自行實現(xiàn)狀態(tài)機的核心功能。
方法六：Optional
Java 代碼中的一部分 if else 是由非空檢查導(dǎo)致的。因此，降低這部分帶來的 if else 也就能降低整體的 if else 的個數(shù)。
Java 從 8 開始引入了 Optional 類，用于表示可能為空的對象。這個類提供了很多方法，用于相關(guān)的操作，可以用于消除 if else。開源框架 Guava 和 Scala 語言也提供了類似的功能。
使用場景：有較多用于非空判斷的 if else。
實現(xiàn)與示例如下，傳統(tǒng)寫法：
- String str = "Hello World!";
- if (str != null) {
- System.out.println(str);
- } else {
- System.out.println("Null");
- }
使用 Optional 之后：
- Optional
strOptional = Optional.of("Hello World!"); - strOptional.ifPresentOrElse(System.out::println, () -> System.out.println("Null"));
Optional 還有很多方法，這里不一一介紹了。但請注意，不要使用 get() 和 isPresent() 方法，否則和傳統(tǒng)的 if else 無異。
擴展：Kotlin Null Safety
Kotlin 帶有一個被稱為 Null Safety 的特性：
- bob?.department?.head?.name
對于一個鏈?zhǔn)秸{(diào)用，在 Kotlin 語言中可以通過?避免空指針異常。如果某一環(huán)為 null，那整個鏈?zhǔn)奖磉_式的值便為 null。
方法七：Assert 模式
上一個方法適用于解決非空檢查場景所導(dǎo)致的 if else，類似的場景還有各種參數(shù)驗證，比如還有字符串不為空等等。
很多框架類庫，例如 Spring、Apache Commons 都提供了工具里，用于實現(xiàn)這種通用的功能。
這樣大家就不必自行編寫 if else 了：
- Apache Commons Lang 中的 Validate 類：
- https://commons.apache.org/proper/commons-lang/javadocs/api-3.1/org/apache/commons/lang3/Validate.html
- Spring 的 Assert 類：
- https://docs.spring.io/spring-framework/docs/current/javadoc-api/org/springframework/util/Assert.html
使用場景：通常用于各種參數(shù)校驗。
擴展：Bean Validation
類似上一個方法，介紹 Assert 模式順便介紹一個有類似作用的技術(shù)—Bean Validation。
Bean Validation 是 Java EE 規(guī)范中的一個。Bean Validation 通過在 Java Bean 上用注解的方式定義驗證標(biāo)準(zhǔn)，然后通過框架統(tǒng)一進行驗證。也可以起到了減少 if else 的作用。
方法八：多態(tài)
使用面向?qū)ο蟮亩鄳B(tài)，也可以起到消除 if else 的作用。
在代碼重構(gòu)這本書中，對此也有介紹：
- https://refactoring.com/catalog/replaceConditionalWithPolymorphism.html
使用場景：鏈接中給出的示例比較簡單，無法體現(xiàn)適合使用多態(tài)消除 if else 的具體場景。
一般來說，當(dāng)一個類中的多個方法都有類似于示例中的 if else 判斷，且條件相同，那就可以考慮使用多態(tài)的方式消除 if else。
同時，使用多態(tài)也不是徹底消除 if else。而是將 if else 合并轉(zhuǎn)移到了對象的創(chuàng)建階段。在創(chuàng)建階段的 if..，我們可以使用前面介紹的方法處理。
小結(jié)：上面這節(jié)介紹了 if else 過多所帶來的問題，以及相應(yīng)的解決方法。除了本節(jié)介紹的方法，還有一些其他的方法。
比如，在《重構(gòu)與模式》一書中就介紹了“用 Strategy 替換條件邏輯”、“用 State 替換狀態(tài)改變條件語句”和“用 Command 替換條件調(diào)度程序”這三個方法。
其中的“Command 模式”，其思想同本文的“表驅(qū)動”方法大體一致。另兩種方法，因為在《重構(gòu)與模式》一書中已做詳細講解，這里就不再重復(fù)。
何時使用何種方法，取決于面對的問題的類型。上面介紹的一些適用場景，只是一些建議，更多的需要開發(fā)人員自己的思考。
問題二：if else 嵌套過深
問題表現(xiàn)
if else 多通常并不是最嚴(yán)重的的問題。有的代碼 if else 不僅個數(shù)多，而且 if else 之間嵌套的很深，也很復(fù)雜，導(dǎo)致代碼可讀性很差，自然也就難以維護。
- if (condition1) {
- action1();
- if (condition2) {
- action2();
- if (condition3) {
- action3();
- if (condition4) {
- action4();
- }
- }
- }
- }
if else 嵌套過深會嚴(yán)重地影響代碼的可讀性。當(dāng)然，也會有上一節(jié)提到的兩個問題。
如何解決
上一節(jié)介紹的方法也可用用來解決本節(jié)的問題，所以對于上面的方法，此節(jié)不做重復(fù)介紹。
這一節(jié)重點一些方法，這些方法并不會降低 if else 的個數(shù)，但是會提高代碼的可讀性：
- 抽取方法
- 衛(wèi)語句
方法一：抽取方法
抽取方法是代碼重構(gòu)的一種手段。定義很容易理解，就是將一段代碼抽取出來，放入另一個單獨定義的方法。
適用場景：if else 嵌套嚴(yán)重的代碼，通?？勺x性很差。故在進行大型重構(gòu)前，需先進行小幅調(diào)整，提高其代碼可讀性。抽取方法便是最常用的一種調(diào)整手段。
實現(xiàn)與示例如下，重構(gòu)前：
- public void add(Object element) {
- if (!readOnly) {
- int newSize = size + 1;
- if (newSize > elements.length) {
- Object[] newElements = new Object[elements.length + 10];
- for (int i = 0; i < size; i++) {
- newElements[i] = elements[i];
- }
- elements = newElements
- }
- elements[size++] = element;
- }
- }
重構(gòu)后：
- public void add(Object element) {
- if (readOnly) {
- return;
- }
- if (overCapacity()) {
- grow();
- }
- addElement(element);
- }
方法二：衛(wèi)語句
在代碼重構(gòu)中，有一個方法被稱為“使用衛(wèi)語句替代嵌套條件語句”。
直接看代碼：
- double getPayAmount() {
- double result;
- if (_isDead) result = deadAmount();
- else {
- if (_isSeparated) result = separatedAmount();
- else {
- if (_isRetired) result = retiredAmount();
- else result = normalPayAmount();
- };
- }
- return result;
- }
重構(gòu)之后：
- double getPayAmount() {
- if (_isDead) return deadAmount();
- if (_isSeparated) return separatedAmount();
- if (_isRetired) return retiredAmount();
- return normalPayAmount();
- }
使用場景：當(dāng)看到一個方法中，某一層代碼塊都被一個 if else 完整控制時，通常可以采用衛(wèi)語句。
問題三：if else 表達式過于復(fù)雜
問題表現(xiàn)
if else 所導(dǎo)致的第三個問題來自過于復(fù)雜的條件表達式。下面給個簡單的例子。
當(dāng) condition 1、2、3、4 分別為 true、false，請大家排列組合一下下面表達式的結(jié)果：
- if ((condition1 && condition2 ) || ((condition2 || condition3) && condition4)) {
- }
我想沒人愿意干上面的事情。關(guān)鍵是，這一大坨表達式的含義是什么?關(guān)鍵便在于，當(dāng)不知道表達式的含義時，沒人愿意推斷它的結(jié)果。
所以，表達式復(fù)雜，并不一定是錯。但是表達式難以讓人理解就不好了。
如何解決
對于 if else 表達式復(fù)雜的問題，主要用代碼重構(gòu)中的抽取方法、移動方法等手段解決。因為這些方法在《代碼重構(gòu)》一書中都有介紹，所以這里不再重復(fù)。
總結(jié)
本文一共介紹了 10 種(算上擴展有 12 種)用于消除、簡化 if else 的方法。
還有一些方法，如通過策略模式、狀態(tài)模式等手段消除 if else 在《重構(gòu)與模式》一書中也有介紹。
正如前言所說，if else 是代碼中的重要組成部分，但是過度、不必要地使用 if else，會對代碼的可讀性、可擴展性造成負面影響，進而影響到整個軟件系統(tǒng)。
“干掉”if else 的能力高低反映的是程序員對軟件重構(gòu)、設(shè)計模式、面向?qū)ο笤O(shè)計、架構(gòu)模式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等多方面技術(shù)的綜合運用能力，反映的是程序員的內(nèi)功。
要合理使用 if else，不能沒有設(shè)計，也不能過度設(shè)計。這些對技術(shù)的綜合、合理地運用都需要程序員在工作中不斷的摸索總結(jié)。
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