如何提高Java代码的质量

1、可读性

1.1 准确命名

每种编程语言都有自己的命名规范，不同语言的风格差异有大有小，下面以Java为例：

Java整体命名风格为UpperCamelCase或lowerCamelCase形式。不管是类还是变量命名要见名知意，切勿使用缩写或中文；风格统一，尽量使用英文名词，切勿中英文混合；尽量避免和Java自带类库重名，切勿使用Java关键字命名。

• 包命名规范

包命名使用小写英文名词，使用“.”分割，每个被分割的单元尽量只有一个名词，命名规范为：

域名.公司/个人名称.项目名称.模块名称

• 类命名规范

类采用UpperCamelCase命名风格，一些特殊的缩写可以采用全大写，如XML。类命名使用名词描述类的作用。

• 接口命名规范

接口采用UpperCamelCase命名风格，由于接口定义的是一类功能或动作，所以接口的命名一般使用形容词或动词描述接口的行为。

• 抽象类命名规范

抽象类除了满足UpperCamelCase风格外，一般需要加上Abstract前缀。

• 异常类命名规范

异常类除了满足UpperCamelCase风格外，一般需要加上Exception或Error后缀，使用名词描述什么异常或错误。

• 枚举类命名规范

枚举类除了满足UpperCamelCase风格外，一般加上Enum后缀，枚举类中的枚举值采用全部大写风格，单词与单词之间使用“_”进行分割。

• 方法命名规范

方法命名采用lowerCamelCase风格，一般使用动词+名词来命名，比较常见的有doXxx，handleXxx，findXxxx。

• 变量命名规范

变量命名采用lowerCamelCase风格，一般使用名词描述变量的作用，需要注意的是区别于常量，尽量不要使用特殊符号前缀或使用“_”分割符号。

• 常量命名规范

常量命名采用全部大写，单词与单词之间使用“_”进行分割。

1.2 代码风格

在日常的项目开发中，一个项目有很多人协同开发，每个人使用的开发工具不一样，比如大家常用的vs code和idea，不同的开发工具或代码习惯也会导致代码风格不一致，我们在开发时可能习惯性的进行代码格式化，就会导致整个类改动非常多，在代码合并时容易冲突。

我们可以在项目中增加.editorconfig文件来统一代码风格。

root = true

[*.{adoc,bat,groovy,html,java,js,jsp,kt,kts,md,properties,py,rb,sh,sql,svg,txt,xml,xsd}]
charset = utf-8

[*.{groovy,java,kt,kts,xml,xsd}]
indent_style = tab              #tab键缩进，可选"space"、"tab"
indent_size = 4                 #缩进空格为4个
end_of_line = lf                #结尾换行符，可选"lf"、"cr"、"crlf"
charset = utf-8                 #文件编码
trim_trailing_whitespace = true #不保留行末的空格
insert_final_newline = true     #文件末尾增加一个空行
curly_bracket_next_line = false #大括号不另起一行
spaces_around_operators = true  #运算符两边都有空格
indent_brace_style = 1tbs       #条件语句格式是1tbs

1.3 注释规约

类注释

类注释采用/**......*/，在每个类的头部要有必要的注释信息，包括：作者、创建时间、类功能描述

/**
 * 简单分流算法实验, 每次分流只用考虑当前的桶, 不用回溯历史版本
 * {@link https://duapp.yuque.com/team_tech/confluence-data-iwskfg/dzmogk}
 * @author hufei
 * @date 2021/6/8 7:59 下午
 */

接口注释

接口注释采用/**......*/，在满足类注释的基础上，接口注释应该包含接口的目的、如何使用。

/**
 * AB分桶算法接口规范
 * 对外暴露实验桶计算接口，该接口有一个抽象实现类AbstractBucketAlgorithm，具体的分桶算法实现这个抽象类
 * @author hufei
 * @date 2021/6/8 6:06 下午
 */

方法注释

方法注释采用/**......*/，描述方法的功能、输入、输出及返回值说明

/**
 * 计算实验层的桶信息
 * @param layerId 分层 id
 * @param expId 实验 Id
 * @param expRatio 新的实验占层流量比例
 * @param existsLayerBucket 老的层流量实验配比
 * @return 新的层流量实验配比
 * @throws BucketAlgorithmException
 */

方法内部注释

代码做了些什么以及为什么这样做，特别是复杂的逻辑处理部分，要尽可能的给出详细的注释。

全局变量注释

包括变量的功能、取值范围、注意事项等的说明。

/**
 * 代表kafka收到消息的答复数,0就是不要答复,爱收到没收到.1就是有一个leader broker答复就行,all是所有broker都要收到才行
 * 0: Producer不等待kafka服务器的答复,消息立刻发往socket buffer,这种方式不能保证kafka收到消息,设置成这个值的时候retries参数就失效了,因为producer不知道kafka收没收到消息,所以所谓的重试就没有意义了,发送返回值的offset全默认是-1.
 * 1: 等待leader记录数据到broker本地log即可.不等待leader同步到其他followers,那么假如此时刚好leader收到消息并答复后,leader突然挂了,其他fowller还没来得及复制消息呢,那么这条消息就会丢失了.
 * all:等待所有broker记录消息.保证消息不会丢失(只要从节点没全挂),这种方式是最高可用的 acks默认值是1.
 */
private String acks = "0";

局部变量注释

主要的局部变量必须有注释，无特别意义的情况下可以不加注释。

2可靠性

2.1 增强健壮性

慎用递归算法

递归算法写起来很简单，但用的不好容易导致堆栈溢出和死循环问题。因此尽量不要使用递归算法，如果要使用需要注意以下几个问题：

把退出条件放在函数最上方，这样比较清晰，防止程序一直不满足退出条件而导致堆栈溢出

public int recursiveAlgorithm(){
    if (退出条件)
        return 0;
    ......
}

避免在递归函数中出现过大的局部变量，这会加速堆栈空间的消耗

public int recursiveAlgorithm(){
    char buf[] = new char[1024];
}

增加一个最大递归深度，防止出现死循环导致堆栈溢出

使用参数校验

项目中有很多接口提供给前端，有一些参数在后续的逻辑处理中不能为空并且没有做非空校验，靠口头的约定参数不能为空，如果前端调用时没有传参就会出现空指针异常。最好的解决办法是统一参数校验框架，在接口的入参进行非空限制，如果为空，统一抛出异常。

@Valids({
        @Valid(names = "request.expStatus",required = true,regex = "[1,2]",error = "实验状态必须为1或者2"),
        @Valid(names = "request.weekDateList,request.type" , required = true)
})

幂等校验

我们的系统应该做好幂等校验，等于同一笔业务操作，不管调用多少次，得到的结果都是一样的。比如用户重复下单、MQ消息重复消费、前端重复提交表单等，这些都是需要保证幂等操作。

2.2 善始善终

异常处理

我们在进行异常处理时，一定要把必须执行的语句放到finally块中，比如读写文件时，在finally块中关闭IO连接。

BufferedReader br = null;
try {
    br = new BufferedReader(new FileReader(new File("")));
} catch (FileNotFoundException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    if (br != null) {
        try {
            br.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

加锁释放锁

我们在日常的开发中经常会碰到资源竞争的问题，此时我们需要对竞争的资源进行加锁处理，如果我们忘记释放锁，就会导致其他的请求阻塞。

Lock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
......
lock.unlock();

资源释放

我们在日常的开发中会用到数据库或网络资源，此时我们需要建立数据库连接或网络连接，如果我们忘记释放连接就会导致数据库资源或网络资源一直被占用，直到连接失效。虽然我们在日常的开发中不会直接创建连接而是使用连接池，但是连接数最大连接数如果设置的过大，也会导致资源的耗尽。

ResultSet resultSet = null;
Statement statement = null;
Connection connection = null;
try {
    Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");
    connection = DriverManager.getConnection(url,user,pwd);
    statement = connection.createStatement();
    resultSet = statement.executeQuery("select * from student");
} catch (SQLException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    try {
        if (resultSet != null) {
            resultSet.close();
        }
    } catch (SQLException e) {
        log.error(e.getMessage(),e);
    }
    try {
        if (statement != null) {
            statement.close();
        }
    } catch (SQLException e){
        log.error(e.getMessage(),e);
    }
    try {
        if (connection != null) {
            connection.close();
        }
    } catch (SQLException e){
        log.error(e.getMessage(),e);
    }
}

2.3 异常处理

尽量使用非受检异常

受检异常的缺陷：

• 受检异常使接口声明脆弱

例如我们定义一个接口

interface User {
    public void changePassword() throws MySecurityException;
}

随着业务的开发，接口抛出的异常增加，比如新增一个RejectChangeException，那就需要修改User接口，这就会导致所有的User接口调用者都要追加对RejectChangeException异常的处理。

• 受检异常使代码的可读性降低

一个方法增加了受检异常，则调用者必须对异常进行处理，比如调用无受检异常：

public static void main(String[] args) {
    userImpl.changePassword();
}

如果调用受检异常就不一样了：

public static void main(String[] args) {
    try {
        userImpl.changePassword();
    } catch(Exception e){
        e.printStackTrace();
    }
}

如果一个方法使用了受检异常，那么调用者就必须处理，特别是在多个异常的情况下，要增加多个catch块进行处理，就会增加代码复杂度。

• 受检异常增加了开发工作量

不要在finally块中处理返回值

在finally块中进行return会导致如下问题：

• 覆盖了try代码块中的return返回值，比如下面的方法，我们传入100返回结果也是-1。

public static void main(String[] args) {
    calculate(100);
}
public static int calculate(int number) throws Exception {
    try {
        if (number < 100) {
            throw new DataFormatException("数据格式错误");
        } else {
            return number;
        }
    } catch (Exception e) {
        throw e;
    } finally {
        return -1;
    }
}

• 屏蔽异常

当我们在try块中抛出异常时，异常线程在监视到有异常发生时，就会在异常表中登记当前的异常类型为DataFormatException，但是当执行器执行finally代码块时，就会重新为方法赋值，也就是告诉调用者“该方法执行正确，没有异常产生”，比如我们调用上面的方法，传入-1，不会抛出异常。

异常封装

Java中提供了异常处理机制，可以保证程序的健壮性，但是Java中提供的都是通用异常，我们在项目的开发中需要封装一些业务的异常。

统一异常处理

在项目开发中，可以用切面统一异常处理或依赖SpringMVC的ControllerAdvice，将错误信息按项目统一格式返回给前端，这样在开发过程中只用抛出异常就可以了。

禁止直接吞掉异常

吞掉异常会导致难以排查程序运行过程中出现的问题，应该将异常向上抛出。

2.4 留意编译告警

程序中的编译告警容易被忽略，因为即使出现了告警，源文件仍能被编辑通过并运行，尤其是我们在开发的过程中使用IDE，但这些告警中往往隐藏着一些潜在的问题。

2.5 尽早暴露问题

一个bug在项目的开发、自测、测试、发布等阶段被发现，其修复成本是不一样的，越往后修复成本越高，尤其到了线上可能还会造成一定的资损。项目研发在开发和自测的过程中，应重视代码质量，自测或使用bug扫描工具来尽早的发现问题。

SpotBugs

SpotBugs提供静态字节代码分析，它使用静态分析来查找400多种错误模式，例如空指针取消引用、无限递归循环，对Java库的错误使用和死锁。

3、可维护性

3.1 记录日志

• 所有后台都要有操作日志、数据变更日志
• 日志要配置异步写盘
• 线上仅保留WARN和ERROR级别日志
• 所有日志都要有traceId
• 异常日志要有堆栈、入参、能说清楚是什么错误的信息
• 打印日志时，禁止直接用JSON工具将对象转换成String

3.2 明确错误提示

在产品的使用中，我们会提示一些错误信息给用户，但是如果提供笼统的错误提示可能令用户感到困惑，如：“服务暂不可用”，尤其我们不能提示：“系统内部错误，请联系系统管理员！”给用户，这会降低用户对产品的信任度。我们可以提示具体的错误信息，如“xxx信息未填，请先填写完成。”

3.3 保持代码简洁性

避免嵌套if/else

代码中经常会进行空值判断和逻辑判断，if/else嵌套会使得代码逻辑看起来非常复杂。

public  static String getDepartmentNameOfUser(String username) {
    Result result = getUserByName(username);
    if (result != null) {
        User user = result.getData();
        if (user != null) {
            Department department = user.getDepartment();
            if (department != null) {
                return department.getName();
            }
        }
    }
    return "未知部门";
}

尽量避免嵌套if/else，可以这样写：

public static String getDepartmentNameOfUser(String username) {
    Result result = getUserByName(username);
    if (result == null) {
        return "未知部门";
    }
    User user = result.getData();
    if (user == null) {
        return "未知部门";
    }
    Department department = user.getDepartment();
    if (department == null) {
        return "Department为空";
    }
    return department.getName();
}

抽取类、方法

让类或方法的职责更加明确，不要把所有的逻辑写到一个方法里面。

public boolean addExp(ExpVO expVO){
    //校验参数是否正确，如果失败直接抛出异常
    checkParamValidate(expVO);
    //新增实验信息
    addExp(expVO);
    //新增实验组
    expGroupService.addExpGroup(expVO);
    //新增实验层
    expLayerService.addExpLayer(expVO);
    //计算实验流量
    List flowEntityList = flowService.calculateFlow(expVO);
    //保存流量信息
    flowService.saveFlow(flowEntityList);
}

不要使用魔法值

不要在代码中使用魔法值，这样后续如果值变化改动起来会漏掉。

public boolean addExp(){
    //服务端实验
    expEntity.setExpType(1);
}

可以使用枚举：

public boolean addExp(){
    expEntity.setExpType(ExpTypeEnum.SERVER.getExpType());
}

3.4 使用开源工具

使用一些开源工具可以减少我们重复造轮子，而且常用的开源工具都有完整的单元测试覆盖，可以有效的减少bug的出现。

Google Guava

Guava是一组来自Google的核心Java库，其中包括集合、缓存、原生类型、并发、常用注解、基本字符串操作和I/O等等。

比如集合的交、并、查集，使用Google Guava就很方便。

Set sets = Sets.newHashSet(1, 2, 3, 4, 5, 6);
Set sets2 = Sets.newHashSet(3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);
//交集
SetView intersection = Sets.intersection(sets, sets2);
//差集
SetView diff = Sets.difference(sets, sets2);
//并集
SetView union = Sets.union(sets, sets2);

Apache Commons

Apache Commons是对JDK的扩展，包含了很多开源的工具，下面是我们项目中常用的工具：

Commons Lang3：处理Java基本对象方法的工具类，提供对字符、数组等基本对象的操作。

Commons Codec：提供常用的编码和解码方法，如DES、SHA1、Base64。

Commons BeanUtils：提供Bean的动态生成。

Commons HttpClient：简化HTTP客户端与服务端的各种通讯。

Log4j

各大开源框架和项目中用的最多的日志框架。

4、可扩展性

我们写的代码都是为了特定的需求服务的，但是这些需求并不是一成不变的，当需求变更了，如果我们代码的扩展性很好，我们可能只需要简单的添加或者删除模块就行了，如果扩展性不好，可能所有的代码都需要重写，所以提供代码的扩展性是必须的，我们在写代码的时候使用设计模式可以使代码具备很好的扩展性。

比如AB分流算法，分流算法根据不同的场景不同的需求有不同的实现，我们定义好算法的接口，不同的分流算法实现这个接口，那么我们在使用的时候只需要考虑使用哪个算法就行了，不需要关心算法的实现。

/**
 * AB分桶算法
 * @author hufei
 * @date 2021/6/8 6:06 下午
 */
public interface BucketAlgorithmTemplate {

    /**
     * ab分桶算法
     *
     * @param layerId
     * @param expId        实验id
     * @param expRatio     实验占层流量比
     * @param expGroups    实验组详情
     * @param existsBucket 已存在的实验层和实验组流量详情,第一次创建传null
     * @return
     * @throws BucketAlgorithmException
     */
    public Map calculateBucket(Integer layerId, Integer expId, Integer expRatio, Map expGroups, Map> existsBucket) throws BucketAlgorithmException;
}

/**
 * AB分桶算法
 * @author hufei
 * @date 2021/6/8 6:39 下午
 */
public abstract class AbstractBucketAlgorithm implements BucketAlgorithmTemplate {
    /**
     * @param expId        实验id
     * @param expRatio     实验占层流量比
     * @param expGroups    实验组详情
     * @param existsBucket 已存在的实验层和实验组流量详情,第一次创建传null
     * @return
     * @author hufei
     * @description ab分桶算法
     * @date 2021/6/8 6:31 下午
     */
    public Map calculateBucket(Integer layerId, Integer expId, Integer expRatio, Map expGroups, Map> existsBucket) throws BucketAlgorithmException {
        calculateVerify();
        Map bucketMap = new HashMap<>();
        JSONObject layerObj = new JSONObject();
        JSONObject expObj = new JSONObject();
        if (existsBucket == null) {
            //如果不存在历史分流信息,说明层是新建,实验也是新建
            layerObj = newLayer(layerId, expId, expRatio);
            expObj = newExp(expGroups);
        } else if (existsBucket.get(layerId) != null && existsBucket.size() == 1) {
            //只有层的历史记录,但是没有实验的历史记录,说明层已经存在实验是新建
            layerObj = calculateLayer(layerId, expId, expRatio, existsBucket.get(layerId));
            expObj = newExp(expGroups);
        } else if (existsBucket.get(layerId) != null && existsBucket.get(expId) != null) {
            //有层和实验的历史记录,说明层不是新建并且实验也不是新建
            layerObj = calculateLayer(layerId, expId, expRatio, existsBucket.get(layerId));
            expObj = calculateExp(expGroups, existsBucket.get(expId));
        }
        bucketMap.put(layerId, layerObj);
        bucketMap.put(expId, expObj);
        return bucketMap;
    }
    /**
     * @param layerId
     * @param expId
     * @param expRatio
     * @return
     * @author hufei
     * @description 新建层
     * @date 2021/6/10 11:24 上午
     */
    public JSONObject newLayer(Integer layerId, Integer expId, Integer expRatio) {
        return new JSONObject();
    }
    public JSONObject calculateLayer(Integer layerId, Integer expId, Integer expRatio, List layerHistoryFlow) {
        return new JSONObject();
    }
    /**
     * @return
     * @author hufei
     * @description 新建实验
     * @date 2021/6/10 11:24 上午
     */
    public JSONObject newExp(Map expGroups) {
        return new JSONObject();
    }

    public JSONObject calculateExp(Map expGroups, List expHistoryFlow) {
        return new JSONObject();
    }
}

/**
 * 简单分流算法实验, 每次分流只用考虑当前的桶, 不用回溯历史版本
 * {@link https://duapp.yuque.com/team_tech/confluence-data-iwskfg/dzmogk}
 * @author hufei
 * @date 2021/6/8 7:59 下午
 */
public class SimpleBucketAlgorithm extends AbstractBucketAlgorithm {
    /**
     * @param layerId
     * @param expId
     * @param expRatio
     * @return
     * @author hufei
     * @description 新建层
     * @date 2021/6/10 11:24 上午
     */
    @Override
    public JSONObject newLayer(Integer layerId, Integer expId, Integer expRatio) {
        ......
    }
    @Override
    public JSONObject calculateLayer(Integer layerId, Integer expId, Integer expRatio, List layerHistoryFlow) {
        ......
    }
    /**
     * @return
     * @author hufei
     * @description 新建实验
     * @date 2021/6/10 11:24 上午
     */
    @Override
    public JSONObject newExp(Map expGroups) {
        ......
    }
    /**
     * 实验组流量变更:
     * 1.优先从右边空白开始分配
     * 2.先增后减
     *
     * @param expGroups
     * @param expHistoryFlow
     * @return
     */
    @Override
    public JSONObject calculateExp(Map expGroups, List expHistoryFlow) {
        .......
    }
    /**
     * 递归计算
     */
    private void calculateExpRecursion(JSONObject currentExpFlow, Map groupCountMap, List positiveRatioList, List negativeRatioList, Map groupNeedAddOrReduceRatioMap) {
        
    }
}

5、效率​

5.1 代码优化

循环优化

for (int i=0;i...
}
for (int i=0,size=list.size();i...
}

不要在循环中创建对象

集合优化

在初始化集合时，尽量指定可预知的集合大小，减少集合的扩容次数。

5.2 引入并发

并发可以很好的提升程序的执行时间，但是使用不好也会带来很多问题。如果任务和任务之间没有关联性，我们并发的执行任务来缩短整体时间。

CompletableFuture[] cfs = tailorEntry.getValue().values().stream().map(layerExtraInfo -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> layerCalculate(layerExtraInfo, userHitWhiteListMap, request.getUserId(), needGroupId, request.getCurrentGroupParm()), asyncFlowServiceExecutor).whenComplete((r, e) -> {
    if (!r.isEmpty()) {
        hitGroupList.addAll(r);
        r.forEach(g -> {
            needGroupId.add(g.getId());
        });
    }
})).toArray(CompletableFuture[]::new);
CompletableFuture.allOf(cfs).join();

提高代码质量是一个复杂且持续的工作，一篇文章的讲解也很有限，我们在项目的开发中需要持续不断的迭代优化，来保证代码的质量。​

*文

文章名称：如何提高Java代码的质量
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