如何解決代碼中if…else 過多的問題
作者：艾瑞克·邵?鏈接：https://www.cnblogs.com/eric-shao/p/10115577.html
前言
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。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 if...else 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
介紹
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?？傊问接泻芏?。
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，將每一檔的標準提取到一個表格，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
介紹
當 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
介紹
通過 Java 注解（或其它語言的類似機制）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
介紹
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
介紹
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)：
- Apache 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。https://mina.apache.org/mina-project/userguide/ch14-state-machine/ch14-state-machine.html。有自己實現(xiàn)狀態(tài)機功能的同學(xué)可以參考其源碼。 - Spring 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 —— Spring State Machine?https://projects.spring.io/spring-statemachine/?？梢酝ㄟ^ DSL 和注解兩種方式定義。
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
介紹
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
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：
1?Optional?strOptional?=?Optional.of("Hello?World!");
2?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
對于一個鏈式調(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，那整個鏈式表達式的值便為 null。
方法七：Assert 模式
介紹
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準，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)
介紹
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，還有一些其它的方法。
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 嵌套過深會嚴重地影響代碼的可讀性。當然，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
介紹
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。借用?https://refactoring.com/catalog/extractMethod.html?中的定義：
適用場景
if...else 嵌套嚴重的代碼，通常可讀性很差。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
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?????????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
介紹
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”https://refactoring.com/catalog/replaceNestedConditionalWithGuardClauses.html。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?？梢圆捎眯l(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 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。1?if?((condition1?&&?condition2?)?||?((condition2?||?condition3)?&&?condition4))?{
2???
3?}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)
本文一個介紹了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)。
有道無術(shù)，術(shù)可成；有術(shù)無道，止于術(shù)
歡迎大家關(guān)注Java之道公眾號
好文章，我在看??
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