重构指标之如何监控代码圈复杂度

1 引言

软件应用在发展到适当时机，”重构”，是开发过程中不可避免需要进行的一项工作。重构代码，以适配当前模块设计之初未考虑到的多样化场景，并增加模块的可维护性、健壮性、可测试性。那么，如何明确重构的方向，以及量化重构的结果呢？代码圈复杂度可以是一个供选择的指标。下文介绍如何获取应用的代码圈复杂度做到线上监控，给到复盘程序复杂程度的数据支撑。

2 背景知识

2.1 圈复杂度

圈复杂度（Cyclomatic complexity，简写CC）也称为条件复杂度，是一种代码复杂度的衡量标准。由托马斯·J·麦凯布（Thomas J. McCabe, Sr.）于1976年提出，用来表示程序的复杂度，其符号为VG或是M。它可以用来衡量一个模块判定结构的复杂程度，数量上表现为独立现行路径条数，也可理解为覆盖所有的可能情况最少使用的测试用例数。圈复杂度大说明程序代码的判断逻辑复杂，可能质量低且难于测试和维护。程序的可能错误和高的圈复杂度有着很大关系。

2.2 圈复杂度计算方式

常用结构圈复杂度计算

• 顺序结构：顺序结构复杂度为1。
• if-else-else、switch-case：每增加一个分支，复杂度增加1，&& 、|| 运算也为一个分支。
• 循环结构：增加一个循环结构，复杂度增加1。
• return：增加一条return语句，复杂度将加1。

2.3 圈复杂度度量标准

如上列出行业内相对认可的度量数据，实际这个完全是看自己的业务体量和项目情况来决定的。假设你的业务很简单，而且是个单体应用，功能都是很简单的CRUD，那你的圈复杂度即使想上去也没有那么容易。此时你就可以选择把圈复杂度的重构阈值设定为10.

假设你的业务十分复杂，而且涉及到多个其他的微服务系统调用，再加上各种业务中的corner case的判断，圈复杂度上100可能都不在话下。

2.4 降低圈复杂度方法

1）函数提炼与拆分，单一职责

• 拆分成子函数
• 每个函数要有明确的功能实现，不要为了追求行数少而合并功能实现
• 逻辑模块和数据模块要区分开编写

2）优化算法

• 减少不必要条件、循环分支，尽量少用 if …else … ，采用三元表达式替换if else

3）表达式逻辑优化

• 合并条件表达式，比如使用a || b || c

4）减少提前return

3 方案概述

3.1 脚本设计

1）开发语言

• python

2）依赖环境

• lizard
• APScheduler
• smtplib
• pymysql

3）脚本架构

3.2 功能介绍

1）支持检索语言范围：

支持15种开发语言，包含常用语言如下

• C/C++ (works with C++14)
• Java
• C# (C Sharp)
• JavaScript (With ES6 and JSX)
• Python
• Golang

2）扫描参数配置说明：
利用lizard执行扫描，常用命令如下：

配置检查范围：

• 列出要分析的编程语言。如果留空，将搜索支持的所有语言。

1. -l LANGUAGES,--languages LANGUAGES

• 排除与模式匹配的文件。匹配一切？匹配任何单个字符，“/folder/”递归地排除文件夹中的所有内容。可以指定多个模式。不要忘了在模式周围加“”号。

1. -x EXCLUDE,--exclude EXCLUDE

• 设置白名单, 默认’./whitelizard.txt’

1. -W WHITELIST,--whitelist WHITELIST

配置阀值警告：

• 圈复杂度数警告的阈值，默认值为15，>15会产生警告。

1. -C CCN,--CCN CCN

• 设置字段的限制数。可以代码行数，圈复杂度，令牌数，参数数或自定义字段。如果函数设置超过了限制数会报警。

1. -T THRESHOLDS,--Threshold THRESHOLDS

配置报告输出：

• 根据格式输出到文件

1. -o OUTPUT_FILE,--output_file OUTPUT_FILE

官网地址：http://www.lizard.ws
源码地址：https://github.com/terryyin/lizard

3）定时执行扫描任务：

• 通过BackgroundScheduler创建调度任务，自动触发扫描方法，结果写库

1. def dojob():
2. scheduler =BackgroundScheduler()
3. scheduler.add_job(func,"cron", hour=21, minute=30)
4. scheduler.start()

3.3 结果展示

3.3.1 报告名词解释

• Cyclomatic complexity，圈复杂度也就是分支复杂度，最好保持在15 以下，目前脚本设置阀值10。
• LOC，包含注释的代码行数，目前设置200阀值。
• Token count ，token的个数，一个程序最多可以有 8192 个令牌， 每个令牌都是一个词，例如关键字，标识符，常量，标点符号，操作符。 对括号和字符串计数作为 1 个令牌。 逗号、句点、LOCAL、分号、END 和注释不计算在内。
• Parameter count，参数统计就是函数的参数个数，目前脚本设置阀值10。

3.3.2 执行结果展示

• Windows环境运行脚本，输入file_root（文件地址）执行扫描，支持自动弹出浏览器展示本次运行的Html报告

• 每周定期执行，按照系统维度扫描，支持触发邮件通知对应系统研发查看超过阀值方法名称

3.3.3 应用数据监控

• 每周定期拉取指定分支最新代码，执行文件分析，存储扫描结果，通过数据图表展示

4 总结

对于软件代码好坏的衡量，圈复杂度可以作为一个参考指标，研发可以通过提炼拆分函数、优化算法、优化逻辑表达式等方法降低模块（函数）圈复杂度。以上阐述圈复杂度一种线上监控方法，利用好线上化数据，结合现有团队项目情况，才能形成更好的实践机制。