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本文分析「復(fù)用性」這一概念背后的風(fēng)險(xiǎn)及成因，借助筆者在業(yè)務(wù)安全和基礎(chǔ)安全的經(jīng)驗(yàn)，提出了一個(gè)在軟件研發(fā)流程中，管理「復(fù)用性成本風(fēng)險(xiǎn)」的風(fēng)險(xiǎn)管理模型，希望能為讀者在后續(xù)的技術(shù)決策和軟件研發(fā)流程提供些許幫助。

作者 | 齊光

來(lái)源 | 阿里云開(kāi)發(fā)者公眾號(hào)

復(fù)用性（Reusability）是軟件工程中一個(gè)被頻頻使用的術(shù)語(yǔ)，它一般作為產(chǎn)品的賣(mài)點(diǎn)被宣傳，或者出現(xiàn)在技術(shù)設(shè)計(jì)文檔之中。大部分看到這個(gè)概念的的受眾只是將其作為一個(gè)積極的軟件非功能屬性去理解，但卻忽略了其背后隱藏的風(fēng)險(xiǎn)。本文從另一個(gè)角度出發(fā)，去分析「復(fù)用性」這一概念背后的風(fēng)險(xiǎn)及成因，借助筆者在業(yè)務(wù)安全和基礎(chǔ)安全的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，提出了一個(gè)在軟件研發(fā)流程中，管理「復(fù)用性成本風(fēng)險(xiǎn)」的風(fēng)險(xiǎn)管理模型。從模型出發(fā)，我們可以認(rèn)識(shí)到實(shí)現(xiàn)復(fù)用時(shí)面臨的各項(xiàng)挑戰(zhàn)、開(kāi)發(fā)認(rèn)知謬誤、復(fù)用成本的形式化定義方法等，希望這些輸入能為讀者在后續(xù)的技術(shù)決策和軟件研發(fā)流程提供些許幫助。

本文主要分為三個(gè)部分：第一部分介紹復(fù)用性的定義以及不合理復(fù)用引入的主要技術(shù)債，第二部分分析復(fù)用性失效的原因；第三部分為復(fù)用性軟件資產(chǎn)的構(gòu)建方和使用方提供一個(gè)形式化的度量工具，該工具將奠定后續(xù)風(fēng)險(xiǎn)管理模型評(píng)估階段定量分析的基礎(chǔ)；第四部分提出一個(gè)用于管理「復(fù)用性風(fēng)險(xiǎn)」的模型，覆蓋軟件研發(fā)生命周期的全流程，通過(guò)事前評(píng)估、事中緩釋和事后迭代三個(gè)環(huán)節(jié)最大程度地降低由于軟件復(fù)用帶來(lái)的軟件開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本。

一、復(fù)用性的理想與現(xiàn)實(shí)

1.1 復(fù)用定義：從代碼到系統(tǒng)

軟件復(fù)用是解決軟件質(zhì)量和生產(chǎn)力問(wèn)題的一種方法，它指的是在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中重復(fù)使用相同或相似的軟件元素。通過(guò)合理利用軟件復(fù)用技術(shù)，我們可以提高開(kāi)發(fā)效率，并且降低開(kāi)發(fā)過(guò)程中的錯(cuò)誤率。同時(shí)，軟件復(fù)用還可以促進(jìn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和知識(shí)共享，使得開(kāi)發(fā)者們能夠更好地利用彼此的經(jīng)驗(yàn)和資源。因此，在當(dāng)今快節(jié)奏的開(kāi)發(fā)環(huán)境中，軟件復(fù)用已經(jīng)成為提高生產(chǎn)力和質(zhì)量的關(guān)鍵策略之一。在過(guò)去幾十年的時(shí)間里，很多編程語(yǔ)言的成功（Python、Java 等）和開(kāi)源文化的蓬勃發(fā)展，都與復(fù)用密不可分。

軟件復(fù)用可以在不同粒度上進(jìn)行，包括代碼和設(shè)計(jì)拷貝、源代碼復(fù)用、設(shè)計(jì)和軟件體系結(jié)構(gòu)復(fù)用以及領(lǐng)域特定的軟件體系結(jié)構(gòu)復(fù)用等。早期的軟件復(fù)用主要集中在代碼級(jí)別，例如共享方法、抽象類(lèi)、庫(kù)、微服務(wù)和Docker鏡像等。隨著時(shí)間推移，其外延拓展至領(lǐng)域知識(shí)、開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計(jì)文檔、需求分析和測(cè)試用例及數(shù)據(jù)等在不同階段所產(chǎn)生的各種軟件產(chǎn)品。在本文中，除非特別說(shuō)明，復(fù)用性主要指的就是聚焦代碼的復(fù)用，下文中的「組件復(fù)用」，不僅限于通常我們認(rèn)知中的公共庫(kù)，還包括代碼方法、公共類(lèi)、軟件框架、可集成系統(tǒng)等軟件開(kāi)發(fā)中的可復(fù)用元素。

1.2 復(fù)用風(fēng)險(xiǎn)：復(fù)雜度和成本

誠(chéng)然，通過(guò)組件的復(fù)用可以提高軟件開(kāi)發(fā)效率和質(zhì)量，但復(fù)用不是銀彈，復(fù)用也會(huì)有一些副作用：

1.兼容性/安全性/性能；

2.增加了系統(tǒng)間的依賴(lài)；

3.增加了開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本。

首先，兼容性/安全性/性能等這幾類(lèi)問(wèn)題，是針對(duì)可復(fù)用組件的使用方來(lái)說(shuō)的，一般來(lái)說(shuō)，在決策是否復(fù)用之前就可以評(píng)估，其指標(biāo)和過(guò)程也比較清晰，這里就不具體展開(kāi)了。?

其次，復(fù)用會(huì)增加系統(tǒng)依賴(lài)。依賴(lài)關(guān)系是軟件的基本組成部分，無(wú)法消除，但軟件設(shè)計(jì)的目標(biāo)之一是盡可能消除依賴(lài)關(guān)系，并使依賴(lài)關(guān)系盡可能簡(jiǎn)單和明顯。當(dāng)我們引入外部組件進(jìn)行復(fù)用時(shí)，軟件組件之間的依賴(lài)關(guān)系會(huì)導(dǎo)致組件變更范圍的擴(kuò)大以及組件認(rèn)知負(fù)荷的增加，前者是針對(duì)組件維護(hù)方而言的，即看似簡(jiǎn)單的變更需要在許多不同的地方修改代碼，隨著消費(fèi)者數(shù)量的增長(zhǎng)，在不同需求之間進(jìn)行平衡變得越來(lái)越困難；后者是對(duì)于組件使用方而言的，即開(kāi)發(fā)人員需要了解大量組件領(lǐng)域知識(shí)才能實(shí)現(xiàn)有效的組件復(fù)用。

比如，需要了解待使用接口中若干入?yún)⒌脑O(shè)計(jì)意圖、是否存在隱式依賴(lài)傳遞從而導(dǎo)致依賴(lài)沖突等。依賴(lài)的增加會(huì)為系統(tǒng)引入更多的復(fù)雜性，而我們知道，構(gòu)建軟件系統(tǒng)的核心挑戰(zhàn)就是管理復(fù)雜性，復(fù)用組件只會(huì)在一定程度上轉(zhuǎn)移復(fù)雜性，但并不能消除復(fù)雜性。因此，我們需要在「復(fù)用組件降低成本」和「復(fù)用組件引入依賴(lài)（復(fù)雜性）」之間取得平衡。

最后，復(fù)用會(huì)增加各項(xiàng)成本。包括開(kāi)發(fā)的成本、變更的成本、集成的成本、領(lǐng)域知識(shí)遷移的成本。對(duì)于一個(gè)面向復(fù)用設(shè)計(jì)的組件來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)正確抽象和通用框架的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)成本，比一次性的解決方案高得多，對(duì)于組件的后續(xù)維護(hù)者來(lái)說(shuō)，這樣的可復(fù)用框架和庫(kù)通常也會(huì)帶來(lái)陡峭的學(xué)習(xí)曲線(xiàn)（因?yàn)槲臋n一般是缺失的），組件會(huì)逐漸走向腐化，最后不得不推倒重來(lái)。此外，對(duì)于可復(fù)用組件的使用方來(lái)說(shuō)，其理解和集成組件的成本通常也是被忽略的，一些強(qiáng)推的業(yè)務(wù)層的「?jìng)螐?fù)用框架」給前臺(tái)集成的同學(xué)帶來(lái)了巨大的集成、學(xué)習(xí)和維護(hù)成本。

上述復(fù)用帶來(lái)問(wèn)題，有一些是可以規(guī)避的，如兼容性、性能、容量等的匹配度，有一些是無(wú)法避免的，如設(shè)計(jì)通用化組件的開(kāi)發(fā)成本、不合理的抽象導(dǎo)致的代碼腐化、不合理的復(fù)用導(dǎo)致的維護(hù)成本等。事實(shí)上，無(wú)論我們?cè)诩夹g(shù)上做多么精妙的設(shè)計(jì)，技術(shù)的創(chuàng)新永遠(yuǎn)滯后于系統(tǒng)的腐化速度。?

為了最大程度的降低復(fù)用帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，本文提出一套從類(lèi)比于安全風(fēng)險(xiǎn)管理的「復(fù)用性風(fēng)險(xiǎn)」應(yīng)對(duì)模型，從事前評(píng)估、事中緩釋、事后迭代三個(gè)階段出發(fā)，最大程度地降低我們?cè)陂_(kāi)發(fā)可復(fù)用組件、使用可復(fù)用組件中遇到的各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)。需要說(shuō)明的是，上面以及后面指的「復(fù)用性風(fēng)險(xiǎn)」，定義為「由于不合理的復(fù)用決策，導(dǎo)致依賴(lài)和復(fù)雜度膨脹過(guò)快，從而導(dǎo)致軟件維護(hù)成本過(guò)高」的問(wèn)題，除了成本風(fēng)險(xiǎn)外，由于復(fù)用組件的不合理使用或存在的缺陷而導(dǎo)致的兼容性、安全性、性能等方面的風(fēng)險(xiǎn)，其風(fēng)險(xiǎn)更為顯著和易于治理，因此不是本文論述的重點(diǎn)。此外，復(fù)用開(kāi)發(fā)過(guò)程中的開(kāi)發(fā)目標(biāo)偏移、迭代和發(fā)布計(jì)劃的延期、人員短缺等風(fēng)險(xiǎn)，限于篇幅也不在這里展開(kāi)。

第二部分首先會(huì)介紹導(dǎo)致「復(fù)用提升軟件開(kāi)發(fā)效率」這一原則失效的幾類(lèi)主要原因，第三部分會(huì)重點(diǎn)介紹用于評(píng)估復(fù)用性的若干工具，有了對(duì)復(fù)用性本質(zhì)的認(rèn)識(shí)后，再第四部分我們會(huì)簡(jiǎn)要介紹復(fù)用性風(fēng)險(xiǎn)管理模型。

二、復(fù)用性風(fēng)險(xiǎn)根因分析

2.1 現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)：正確和錯(cuò)誤的抽象

我們復(fù)用組件的一個(gè)初衷，除了是為了提升研發(fā)效率之外，也是希望可復(fù)用組件可以將領(lǐng)域的復(fù)雜性隔離在一個(gè)我們永遠(yuǎn)看不到的地方，從而整體降低組件使用方的系統(tǒng)復(fù)雜度。因此，一個(gè)可復(fù)用的組件，無(wú)論其規(guī)模大小，其設(shè)計(jì)過(guò)程就是對(duì)某個(gè)領(lǐng)域高度抽象的過(guò)程。在設(shè)計(jì)組件時(shí)，向上面對(duì)當(dāng)前或潛在的需求，需要我們做一定的前向通用設(shè)計(jì)，向下盡可能屏蔽掉組件的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，抽象的結(jié)果直接決定了后續(xù)該組件可復(fù)用性程度的高低（可復(fù)用性的度量將在下一個(gè)章節(jié)詳述）。但遺憾的是，良好的抽象能力對(duì)于大部分開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)是一個(gè)稀缺的產(chǎn)物，它需要對(duì)問(wèn)題進(jìn)行清晰的定義、簡(jiǎn)化和分解，同時(shí)識(shí)別和利用通用模式，將子問(wèn)題的解法組合起來(lái)形成一個(gè)整體解決方案，依賴(lài)對(duì)設(shè)計(jì)模式、開(kāi)源的庫(kù)和框架、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法以及大量生產(chǎn)項(xiàng)目的長(zhǎng)期實(shí)踐和思考。

在日常的代碼中，我們不乏抽象，但大部分都是不合理的抽象。錯(cuò)誤的抽象造成的危害甚于不抽象，比如常見(jiàn)的一個(gè)現(xiàn)象：對(duì)設(shè)計(jì)模式的適用范圍知之甚少，僅僅為了炫技而濫用設(shè)計(jì)模式，導(dǎo)致代碼的可讀性和可維護(hù)性下降。

除了對(duì)抽象能力的要求外，很多時(shí)候需求緊迫度、開(kāi)發(fā)資源、責(zé)任心以及組件所在領(lǐng)域職責(zé)的變更等因素，都會(huì)導(dǎo)致可復(fù)用組件從出生就帶著「高成本」的原罪，其后續(xù)的使用成本和維護(hù)成本會(huì)急劇上升，這里就不一一展開(kāi)了。

2.2 認(rèn)知謬誤：復(fù)用不是設(shè)計(jì)目標(biāo)

一個(gè)對(duì)于復(fù)用性的認(rèn)知謬誤就是，把「不重復(fù)」等效為「復(fù)用」，這兩個(gè)概念之間有相似之處，但還是有一些微妙的差別。「不重復(fù)」即我們所熟知的 DRY 原則（Don’t Repeat Yourself），其目標(biāo)是通過(guò)減少重復(fù)建設(shè)從而避免承擔(dān)副本不一致的維護(hù)成本，而 Reusability 是從所有代碼中找到重復(fù)的部分，然后在復(fù)雜度可控的前提下，努力抽象出可復(fù)用的東西。一堆不重復(fù)的代碼，并不代表存在可復(fù)用的組件。

復(fù)用只是實(shí)現(xiàn)不重復(fù)目標(biāo)的一種手段，「不重復(fù)」才是我們?cè)O(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)時(shí)的目標(biāo)，單純追逐「復(fù)用性」很多時(shí)候會(huì)出現(xiàn)一些本末倒置的現(xiàn)象。如出現(xiàn)了一些接入成本非常高的自動(dòng)測(cè)試框架、業(yè)務(wù)中臺(tái)框架，一味追逐「（我）一次開(kāi)發(fā)，（你）隨處使用」，殊不知在使用方需要消耗大量的精力去內(nèi)化框架設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)初衷，面對(duì)十幾個(gè)接入?yún)?shù)或配置文件一籌莫展。

舉個(gè)例子，偶爾會(huì)看到我們?cè)跇I(yè)務(wù)層代碼中，部分同學(xué)會(huì)把簡(jiǎn)單的新增和修改邏輯抽象為一個(gè)方法，美其名曰「提供給接入層復(fù)用」，如下面的 insertOrUpdate 方法中，初看是復(fù)用了領(lǐng)域?qū)ο筠D(zhuǎn)換和用戶(hù)對(duì)象是否存在的代碼，符合 DRY 原則，但實(shí)際上卻是混用了兩個(gè)不同的業(yè)務(wù)語(yǔ)義，會(huì)給后續(xù)的維護(hù)帶來(lái)較高的成本，如變更用戶(hù)信息時(shí)，需要做更個(gè)性化的用戶(hù)屬性處理，這時(shí)候調(diào)整領(lǐng)域?qū)ο筠D(zhuǎn)換處的代碼，將會(huì)影響新增邏輯。

更合理的實(shí)現(xiàn)是，將明顯不同語(yǔ)義的代碼進(jìn)行拆分，雖然看上去存在一定程度上的代碼重復(fù)，但其設(shè)計(jì)會(huì)更利于后續(xù)的功能迭代，也更符合代碼的「單一職責(zé)」設(shè)計(jì)原則。

2.3 決策偏差：復(fù)用的決策權(quán)在哪

代碼的復(fù)用更多的時(shí)候是軟件開(kāi)發(fā)者自發(fā)完成的，但我們無(wú)法忽視的一點(diǎn)是，如何集成、是否復(fù)用、如何復(fù)用、是否是同一個(gè)功能、使用什么粒度的復(fù)用，很多時(shí)候是由業(yè)務(wù)架構(gòu)決定的，「康威定律」還是無(wú)法回避的。

比如，在一個(gè)新的場(chǎng)景里，產(chǎn)品要求把「PPT 上與其名字相同的一個(gè)功能」進(jìn)行復(fù)用，以快速上線(xiàn)，雖然他們除了名字相同，其產(chǎn)品形態(tài)、業(yè)務(wù)流程、環(huán)境依賴(lài)等都不一樣。最終強(qiáng)行「復(fù)用」的結(jié)果就是代碼邏輯里出現(xiàn)了大量的分支判斷，底層技術(shù)架構(gòu)變得臃腫。由于對(duì)于領(lǐng)域的理解不同，出現(xiàn)這種情況在所難免。雖然很多時(shí)候軟件復(fù)用的決策權(quán)并不在開(kāi)發(fā)者這里，但出于技術(shù)情懷也好，責(zé)任心也罷，開(kāi)發(fā)者有義務(wù)去做這種糾偏，最大程度地消除這種差異性。但需要認(rèn)識(shí)到技術(shù)的作用在這里并不是決定性的，卓越的技術(shù)是復(fù)用成功的必要非充分條件。

2.4 工具缺失：如何計(jì)算復(fù)用成本

復(fù)用性度量，主要分為兩個(gè)部分：

1.復(fù)用度：決定一個(gè)組件復(fù)用性高低水平的因素有哪些？

2.復(fù)用成本：組件集成方、組件所在的組織，決定實(shí)行復(fù)用策略后的 ROI 如何計(jì)算？

通過(guò)復(fù)用度和復(fù)用成本兩個(gè)指標(biāo)，我們可以進(jìn)行一定程度上的復(fù)用性定量分析，做出更為長(zhǎng)遠(yuǎn)的技術(shù)決策。比如，可以了解到一個(gè)復(fù)用性高的組件，其特征有哪些？引入一個(gè)新的第三方組件時(shí)，除了基礎(chǔ)的功能性組件外，我還需要考慮哪些？相較于使用已經(jīng)存在的組件，是否考慮重新造一個(gè)輪子？「復(fù)用」和「造輪子」間成本有多大？關(guān)于復(fù)用性的度量工具，第三部分將重點(diǎn)論述。

三、復(fù)用性的形式化度量

3.1 組件度量：可復(fù)用水平的評(píng)估

我們?cè)谠O(shè)計(jì)一段代碼/一個(gè)類(lèi)/一個(gè)模塊等可復(fù)用的組件時(shí)，一些可衡量的軟件指標(biāo)共同決定了組件的可復(fù)用性水平的高低。這些指標(biāo)包括：可靠性（Reliability）、可讀性（Understandability）、可維護(hù)性（Maintainability）、通用性（Generality）與可遷移性（Portability），如下圖所示。每一個(gè)指標(biāo)可由各類(lèi)代碼度量屬性決定，如組件的可遷移性由「組件的獨(dú)立性」和「耦合性」兩個(gè)屬性決定，大部分的度量屬性都是可以通過(guò)形式化定義并計(jì)算出來(lái)。不同指標(biāo)的決定因子及度量值（括號(hào)中）如下：

1.可靠性：性能（響應(yīng)時(shí)間）、容錯(cuò)程度（恢復(fù)時(shí)間）；

2.通用性：類(lèi)泛化水平（子類(lèi)實(shí)例個(gè)數(shù)或接口實(shí)現(xiàn)類(lèi)個(gè)數(shù)）；

3.可讀性：內(nèi)聚性（類(lèi)之間耦合度）、復(fù)雜度（圈復(fù)雜度）、規(guī)模（代碼行數(shù)）、文檔水平（數(shù)量 完整度）；

4.可維護(hù)性：易于修改、單測(cè)和回歸測(cè)試（測(cè)試覆蓋度）、組件的獨(dú)立性（依賴(lài)數(shù)）、耦合性（類(lèi)間耦合度）；

5.可遷移性：組件的獨(dú)立性（依賴(lài)數(shù)）、耦合性（類(lèi)間耦合度）。

為了度量整個(gè)組件的的可復(fù)用性，有必要定義一個(gè)可復(fù)用性計(jì)算模型。該模型基于上圖所示的復(fù)用性屬性模型。主要的可復(fù)用性屬性、影響這些屬性的因素以及度量這些因素的量度之間的關(guān)系顯示在這個(gè)模型中。理論上，軟件組件的可復(fù)用性(用 Reusability 表示)可以用表達(dá)式來(lái)計(jì)算：

Reusability = w1*M w2*R w3*P w4*U w5*G

?其中 w1 ~ w5 為不同指標(biāo)的權(quán)重值，指標(biāo) M（Maintainability）、R（Reliability）、P（Portability）、U（Understandability）、G（Generality） 值進(jìn)行歸一化（0 … 1）后，乘以每個(gè)指標(biāo)不同的權(quán)重值，通過(guò)計(jì)算得到最終的組件的可復(fù)用度。

在上面的分析過(guò)程中，存在部分度量無(wú)法進(jìn)行定量分析的情況，但不同因子組合計(jì)算還是有意義的，我們可以拿這些指標(biāo)去評(píng)估我們目前的系統(tǒng)，存在的問(wèn)題的嚴(yán)重程度。當(dāng)下次別人問(wèn)我們?yōu)槭裁匆獜?fù)用組件A而不是組件B時(shí)，我們可以給出更令人信服的理由，而不僅僅是「我覺(jué)得」、「A比B好很多」等論述。

3.2 組織度量：復(fù)用的投入產(chǎn)出比

對(duì)組件的復(fù)用性有了一個(gè)感性認(rèn)知后，更加一步地，讓我們從經(jīng)濟(jì)的角度去思考復(fù)用性背后的成本問(wèn)題。首先，我們先定義幾個(gè)變量 RL、NUC、RCR、RCWR。

• RL（Reuse Level）：可復(fù)用組件在應(yīng)用中的比例，即 RL=復(fù)用的組件中代碼行數(shù)/應(yīng)用總的代碼行數(shù)；
• NUC（Not Use Cost）：應(yīng)用開(kāi)發(fā)過(guò)程中完全不使用可復(fù)用組件的成本，注意不包括后續(xù)的維護(hù)成本；
• RCR（Relative Cost of Reuse）：復(fù)用既有的組件與重新造一個(gè)相似的輪子，這兩者之間工作量的比值，一般在0.03~0.4之間，經(jīng)驗(yàn)值為20%，即這意味著復(fù)用所花費(fèi)的成本大約是編寫(xiě)新組件所投入的20%；
• RCWR（Relative Cost of Writing for Reuse）：開(kāi)發(fā)可復(fù)用的組件與開(kāi)發(fā)一次性使用的模塊，這兩者之間工作量的比值，一般在1.0~2.2之間，經(jīng)驗(yàn)值為 1.5，即這意味著編寫(xiě)可復(fù)用軟件需要大約50%的額外成本。

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