面向开发人员的 10 个软件设计和编程最佳实践

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图片来源 - ByteByteGo

朋友们好，软件设计和系统设计是开发过程中的关键方面，可以显著影响项目的成功和可维护性。

虽然掌握软件设计需要时间和经验，但开发人员可以快速学习一些关键的最佳实践来提高代码质量。

之前，我已经解释了关键的系统设计概念，例如API 网关与负载均衡器、正向代理与反向代理以及常见的系统设计问题，用于系统设计面试，但在本文中，我将讨论最佳实践。

您将学习编码时可以使用的编码最佳实践、创建程序和软件设计实践时的编程最佳实践，以及设计软件时可以考虑的更高级别的最佳实践。

顺便说一句，如果你正在准备系统设计面试，并且想要深入学习系统设计，那么你也可以查看ByteByteGo、Design Guru、Exponent、Educative、Codemia.io和Udemy等网站，它们有很多很棒的系统设计课程

此外，了解各种架构模式（如点对点模式和 API 网关）对于设计能够经受生产时间考验的系统大有帮助，关于这一点，这里有一张来自DesignGuru.io的关于微服务架构的精美图表：

PS：请坚持读到最后。我有一个福利给你。

10 个值得学习的系统设计 + 编码 + 编程最佳实践

在本文中，我们将探讨只需 10 分钟即可掌握的 10 个基本软件设计最佳实践。

1.模块化

模块化是将复杂系统分解为更小、更易于管理且独立的模块。

如果不遵循模块化，代码就会变得复杂、难以维护，并且缺乏适应变化的灵活性。

采用模块化可以使代码库更有条理、可重用、可扩展，从而使开发和维护更加高效。

以下是您可以采取的措施来实现项目模块化

• 将代码分成小的、独立的模块。
• 每个模块都应该具有明确定义的职责或功能。
• 促进可重用性和可维护性。

示例：考虑一个银行应用程序。与其用一个整体代码块来处理所有方面（例如账户管理、交易、身份验证），不如将其分解成多个模块化组件，例如** **AccountManager**、 **TransactionProcessor**和 **AuthenticationService**。每个模块负责一项特定的功能，从而促进代码的组织和可重用性。

2.封装

封装是面向对象编程中的一个基本概念，它涉及将数据（属性）和对数据进行操作的方法（函数）捆绑到一个称为类的单元中。

其关键思想是将对象的内部细节封装或屏蔽，不让外界知晓，从而允许对对象功能的受控访问。

对对象内部状态的访问通常受到限制，并且通过明确定义的接口实现与对象的交互。

封装通过限制对对象内部状态的直接访问，提升了代码库的安全性、可维护性和可理解性。遵循封装原则可以使代码更易于管理、更新和调试。

封装失败会导致不可预测的行为、依赖性增加以及随着时间的推移维护和发展软件的困难。

你可以采取以下措施来实现代码的更好封装

• 封装模块的内部细节，仅暴露必要的内容。
• 使用访问修饰符来控制可见性（例如，public、private、protected）。
• 减少依赖并隔离变化。

例子

考虑一个 **BankAccount** 类。如果没有封装，所有的属性（例如余额、账号）和方法（例如存款、取款）可能都是公开的，允许外部代码直接操作这些变量。

然而，通过封装，这些属性被设为私有，并提供了与它们交互的方法。例如，withdraw在更新余额之前，可以采用一种方法来执行必要的验证。

这种封装确保BankAccount对象的内部状态受到保护，并且交互通过受控方法发生。

3. 一致的命名约定

一致的命名约定是一组以统一和标准化的方式命名变量、函数、类和其他代码实体的指南。

在整个代码库中采用一致的命名约定可以增强可读性、可维护性以及开发人员之间的协作。

这些约定定义了一种通用语言来表达每个代码实体的目的和作用，使开发人员更容易理解和使用代码。

例子：

设想这样一个场景：在一个电子商务应用程序中，你有一个代表客户的类。在一致的命名约定下，与客户相关的属性和方法可能遵循诸如 **customerId**、 **customerName**和 这样的模式 **getCustomerDetails()**。

如果没有一致的命名，你可能会遇到像custID、cust_Name和 这样的变体fetchDetailsForClient()。前者提供了一种清晰、标准化的方法，而后者可能会导致混淆，并增加开发人员的认知负担。

您可以采取以下措施来实现项目中的命名一致性：

• 对变量、函数和类采用一致的命名约定。
• 增强代码的可读性，使其他人更容易理解您的代码。
• 遵循您所使用的编程语言或框架中既定的命名约定。

简而言之，一致的命名约定对于创建可维护、可读和协作的代码至关重要。

通过建立并遵守一套标准的代码实体命名规则，开发团队可以促进对代码库的共同理解，简化协作，并提高整体软件质量。

4. SOLID 原则

SOLID 是面向对象编程中的一组五项设计原则的首字母缩写词，旨在创建更易于维护、可扩展和灵活的软件。

这些原则由罗伯特·C·马丁 (Robert C. Martin) 在其经典著作《代码整洁之道》中提出，被认为是构建强大的面向对象系统的基础。

您可以采取以下措施来在项目中实现 SOLID 原则：

• 学习并应用 SOLID 原则（单一职责、开放/封闭、里氏替换、接口隔离、依赖倒置）。
• 帮助创建更具可扩展性、灵活性和可维护性的软件。

遵守SOLID 原则有助于创建高质量、可维护和可扩展的软件。

这些原则为设计灵活、模块化的系统提供了指导，这些系统可以随着需求的变化而发展，并且随着时间的推移更易于理解和扩展。

5. DRY（不要重复自己）

DRY，即“不要重复自己”，是一种鼓励消除代码重复的软件开发原则。

其目的是通过确保特定的知识（代码、逻辑或功能）仅在代码库中的一个地方表达来提高代码的可重用性和可维护性。

DRY 旨在减少冗余、提高一致性并提高代码库的效率。

例子：

假设您有一个 Web 应用程序，其中需要在多个地方验证用户信息——在用户注册、登录和个人资料更新期间。

如果不遵守 DRY，您可能会在每个场景中重复类似的验证逻辑。

但是，通过应用 DRY，您可以创建一个可在所有这些上下文中重复使用的集中验证模块或功能。

然后可以在一个地方对验证规则进行任何更改或更新，确保一致性并最大限度地减少由于规则不一致而导致错误的可能性。

您可以在项目中采取以下措施来实现 DRY：

• 避免重复代码；而是创建可重用的函数或类。
• 降低错误的风险并使代码更易于维护。

总而言之，DRY 是提高代码效率、一致性和可维护性的基本原则。

通过消除冗余和集中知识，开发人员可以创建更易于阅读、更新和扩展的代码，最终创造出更强大、更可持续的软件。

6.关注点分离

关注点分离 (SoC) 是一种软件设计原则，它主张将计算机程序划分为不同的独立部分，每个部分解决特定的关注点或功能方面。

目标是隔离不同的职责并确保每个组件专注于单一任务，从而使系统更加模块化、可维护和可理解。

例子：

**考虑一个处理用户身份验证和从数据库检索数据的 Web 应用程序。

如果不分离关注点，负责身份验证的代码和处理数据库查询的代码可能会紧密交织在一起。**

然而，通过应用SoC，这些问题被分离到不同的模块中。身份验证模块处理用户身份验证逻辑，数据检索模块管理与数据库的交互。

这种分离使得维护更加容易，因为一个关注点的变化不会影响另一个关注点。

您可以采取以下措施来更好地分离软件中的关注点：

• 将代码分成不同的部分，每个部分处理一个特定的问题。
• 改善代码组织，使其更易于理解和维护。

总之，关注点分离是提高软件清晰度、可维护性和可扩展性的基本原则。

通过将不同的关注点隔离到不同的模块或组件中，开发人员可以创建更易于理解、修改和扩展的系统，从而实现更强大、适应性更强的软件架构。

7.错误处理

错误处理是软件开发的一个关键方面，涉及管理和响应程序执行期间的意外情况或错误。

正确的错误处理可确保软件应用程序能够正常处理异常，为用户提供有意义的反馈并防止灾难性的故障。

有效的错误处理包括预测潜在问题、识别错误点以及实施管理和恢复错误的策略。

例子：

想象一下，一个 Web 应用程序与数据库交互以检索用户信息。如果没有适当的错误处理，当数据库连接失败或查询遇到问题时，应用程序可能会崩溃或向用户显示模糊的错误消息。

但是，通过强大的错误处理，应用程序可以捕获这些异常，记录错误详细信息以供调试，并显示一条用户友好的消息，表明数据库连接存在问题。

您可以采取以下措施来在应用程序中实现更好的错误处理：

• 实施适当的错误处理机制来妥善处理意外情况。
• 使用 try-catch 块或类似的结构来处理异常。

总之，错误处理是软件开发的一个基本方面，它可以增强应用程序的弹性、可用性和安全性。

忽视正确的错误处理可能会导致糟糕的用户体验、安全漏洞以及诊断和解决问题的困难。强大的错误处理策略对于创建可靠且用户友好的软件至关重要。

8. 评论和文档

注释和文档是软件开发中的关键要素，可增强代码的理解性、可维护性和协作性。

注释是代码内的注解，提供额外的信息、解释或上下文，而文档是指代码的目的、结构和用法的外部描述。

两者都有助于开发人员、维护人员和其他利益相关者全面了解软件。

例子：

假设有一个复杂的算法，它涉及以特定方式对数组进行排序的复杂逻辑。如果没有注释和文档，其他开发人员可能很难理解这段代码。

在这种情况下，您可以在代码中使用注释来解释每个步骤的目的、某些决策背后的理由或任何潜在的边缘情况。

此外，您还可以提供外部文档，概述如何使用排序算法、其时间复杂度以及任何性能注意事项。

您可以采取以下措施来在项目中实现更好的文档记录：

• 添加有意义的注释来解释代码的复杂部分。
• 为您的代码库编写清晰简洁的文档。
• 帮助其他人理解您的代码并加速入职。

总之，注释和文档在确保代码库的可维护性、可读性和协作性方面发挥着至关重要的作用。

虽然编写良好的代码至关重要，但补充注释和文档可以为开发人员和利益相关者创建更全面、更易于访问的资源。

9.测试驱动开发（TDD）

测试驱动开发 (TDD) 是一种软件开发方法，在实际代码实现之前编写测试。

TDD 周期通常包括三个步骤：编写失败测试、编写最少量的代码以使测试通过，然后重构代码同时确保测试仍然通过。

TDD 强调通过对软件单元进行持续和自动化测试来创建可靠、可维护的代码。

例子：

假设你的任务是开发一个计算给定数字阶乘的函数。在测试驱动开发 (TDD) 中，你首先需要编写一个测试来指定该函数的预期行为。**

初始测试可能会断言 5 的阶乘等于 120。此测试最初会失败，因为您尚未实现阶乘函数。

接下来，你需要编写使测试通过所需的最少量代码。在本例中，你需要实现 factorial 函数来正确计算给定数字的阶乘。

一旦测试通过，您可能会为边缘情况编写额外的测试，例如 0 或 1 的阶乘，并重复该循环。

您可以在软件开发中遵循测试驱动开发，具体如下：

• 在编写实际代码之前编写测试。
• 确保您的代码满足指定的要求并且更易于重构。

总之，测试驱动开发是一种提倡严格、系统化软件开发方法的方法。

通过首先编写测试，开发人员为他们的代码创建了安全网，从而提高了可靠性、可维护性和对软件正确性的信心。

10.性能考虑

在软件设计中，性能考虑至关重要，以确保应用程序高效运行并满足用户期望。

通过在算法选择、数据结构设计和资源管理方面做出明智的选择，开发人员可以创建即使在苛刻的条件下也能表现良好的软件。

优化工作可以缩短响应时间、提高可扩展性并全面增强用户体验。

您可以采取以下措施来提高软件的性能：

• 设计软件时请注意性能影响。
• 选择适当的数据结构和算法。
• 定期分析和优化代码的关键部分。

结论：

好了，各位朋友，就到这里吧。只需 10 分钟，开发人员就能熟悉这些基本的软件设计最佳实践。

虽然软件设计是一个庞大且不断发展的领域，但采用这些实践将为编写干净、可维护和可扩展的代码奠定基础。**

随着开发人员获得更多经验，他们可以更深入地研究高级设计概念，但掌握这些基础知识对于构建强大而高效的软件解决方案至关重要。

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