对复杂if-else代码块的优化方案

1.1 问题提出

对于很多码农而言，if-else可能是最高频的代码关键字，毕竟，这也比较符合人们二维思考问题的方式，试想大部分问题的答案都是只有两个维度，要么true，要么false，那么通过if-else的方式是再好不过了。当然，if-else固然好，但是在代码中过多的使用，或者反复的嵌套使用，那样就不好了。
前几天看到了下面这张图，固然这张图比较夸张，但是也说明了，多重嵌套的if-else的不可取之处。

image.png

今天本文就来聊聊，在java中，面对已经出现了的多重if-else嵌套的情况，我们应该怎么去优化。

考虑到要优化if，else的方案，那么现在正好手头上有一个具体的实例代码，在netty的自定义协议栈中，在netty收到消息之后的ByteToMessageDecoder中，将收到的二进制消息，转换为所需要的实体对象。

if(in.readInt() == 1) {
    //转换为TankJoinMsg对象

}else if(in.readInt() == 2) {
    //转换为TankStartMovingMsg对象

}else if(in.readInt() == 3) {
    //转换为TankStopMsg对象

}else if(in.readInt() == 4) {
    //转换为TankDirChangedMsg对象

}else if(in.readInt() == 5) {
    //转换为BulletNew对象

}

代码结构如上所示，现在需要在channel中对传入的第一个int字段进行判断，根据这个字段的值，来确定传入的数据类型，之后将后续的字节流转换为所需要的实体对象。这个过程非常low。

1.2 用switch-case优化

鉴于if-else的控制逻辑的冗余性，如果if-else的分支间不存在关联性，那么首先想到的解决方案是通过switch-case。对于本文的问题，可以定义一个枚举类MsgType，然后用switch-case来解决。
如下是定义的枚举类：

public enum  MsgType {
    TankJoin,TankDirChanged,TankStop,TankStartMoving,BulletNew,TankDie,TankExit
}

之前的if-else代码被优化为：

MsgType msgType = MsgType.values()[in.readInt()];
int length = in.readInt();
if (in.readableBytes() < length) {
    in.resetReaderIndex();
    return;
}
byte[] bytes = new byte[length];
in.readBytes(bytes);

Msg msg = null;
switch (msgType) {
    case TankJoin:
        msg = new TankJoinMsg();
        msg.parse(bytes);
        out.add(msg);
        break;
    case TankStartMoving:
        msg = new TankStartMovingMsg();
        msg.parse(bytes);
        out.add(msg);
        break;
    case TankStop:
        msg = new TankStopMsg();
        msg.parse(bytes);
        out.add(msg);
        break;
    case TankDirChanged:
        msg = new TankDirChangedMsg();
        msg.parse(bytes);
        out.add(msg);
        break;
    case BulletNew:
        msg = new BulletNewMsg();
        msg.parse(bytes);
        out.add(msg);
        break;
    case TankDie:
        msg = new TankDieMsg();
        msg.parse(bytes);
        out.add(msg);
        break;
    case TankExit:
        msg = new TankExitMsg();
        msg.parse(bytes);
        out.add(msg);
        break;
    default:
        break;
}

这样就能很好的将if转换为了switch-case的方式。但是需要注意的是，并不是全部的if-esle的复杂逻辑都能转换为switch-case，只有if的分支处于并列关系，且分支逻辑间没有什么关联性的情况才适用这种情况。此外，上述switch-case方法还存在一个问题就是，一旦增加了新的消息类型，那么就需要不断的修改这个类的代码进行扩展。这在设计上来说不是一个很好的设计。这就不满足开闭原则。

1.3 用反射替换switch-case

对于上述switch-case逻辑，我们可以看到，是存在一定的规律的，我们定义的消息类型，如TankJoin，则会处理为TankJoinMsg对象来进行处理。那么只要我们后续添加的类型都始终满足这个逻辑的话，我们就可以使用反射的方式来优化这部分代码，使其符合开闭原则。

Msg msg = null;
//此处可用反射替换
Class localClass = Class.forName("com.dhb.tank.mode."+msgType.toString()+"Msg");
msg = (Msg)localClass.newInstance();
msg.parse(bytes);
out.add(msg);

这样就将上述复杂的switch代码通过反射几行代码就能搞定。
但是需要注意的是，反射代码存在的问题是，在写代码的时候需要满足一些通用的规则，如上述代码中，我们根据type的toString加上Msg字符串就能够反射出这个实体类，我们在增加新的业务类型的时候，就带来了局限性，所以通过反射方式来实现的逻辑的话，必须要将这写潜在的业务规则写明白，以便后续的开发者忽略了这些规则而造成bug。

1.4 策略模式进一步优化

如果要对反射的实现反射进一步优化的话，那么还可以使用策略模式来实现。
代码实现如下：
首先需要定义一个HashMap，将对应关系存在这个hashMap中。

private static final Map<MsgType,Msg> msgMap = new HashMap<>();
static{
    msgMap.put(MsgType.TankJoin,new TankJoinMsg());
    msgMap.put(MsgType.TankStartMoving,new TankStartMovingMsg());
    msgMap.put(MsgType.TankStop,new TankStopMsg());
    msgMap.put(MsgType.TankDirChanged,new TankDirChangedMsg());
    msgMap.put(MsgType.BulletNew,new BulletNewMsg());
    msgMap.put(MsgType.TankDie,new TankDieMsg());
    msgMap.put(MsgType.TankExit,new TankExitMsg());
}

之后使用这个代码就非常容易了：

Msg msg = null;
//此处可用反射替换
msg = msgMap.get(msgType);
msg.parse(bytes);
out.add(msg);

可以直接采用get的方式就能轻松或者之前定义的msg类型进行处理。如果在spring中，这个map完全可以在配置文件中进行配置，然后再此处使用的时候进行注入。那么就能完美实现减少代码的目的。
不过需要注意的是，上述方式仍然只能解决并列的分支判断问题。

1.5 用责任链模式处理复杂的嵌套关系

考虑到策略模式只能解决并列分支的问题，对解决分支嵌套的问题还是没有任何帮助。因此，我们考虑另外一种设计模式，责任链模式。责任链模式的链实际上是一个list对象，如果需要进入下一个嵌套，那么此处就不是写一个新的if-else,而是将这个新的if-else封装为一个对象，写在代码里面。
如果假定我们上述的if-else嵌套为如下的话：

if(in.readInt() == 1) {
    //转换为TankJoinMsg对象
    if(in.readInt() == 2) {
    //转换为TankStartMovingMsg对象
         if(in.readInt() == 3) {
        //转换为TankStopMsg对象
            if(in.readInt() == 4) {
            //转换为TankDirChangedMsg对象
                if(in.readInt() == 5) {
                    //转换为BulletNew对象
                    
                    //复杂嵌套式的处理逻辑

                    } else {
                       //处理逻辑5 
                    }
            }else {
                //else处理逻辑4
            }
        }else {
            //else处理逻辑3
        }
    }else {
        //else处理逻辑2
    }
}else {
    //else处理逻辑1
    
} 

这就与开篇那张图非常类似了，对于这样的嵌套逻辑，那么可以采用责任链模式进行优化。
上述代码修改为责任链如下：
构建了一个处理链：

public class ProcessChain {
    int index = 0;
    List<MsgProcesser> processers = new ArrayList<>();

    public ProcessChain add(MsgProcesser p) {
        processers.add(p);
        return this;
    }

    public void process(Msg msg) {
        if(index == processers.size()) {
            return;
        }
        MsgProcesser proccess = processers.get(index);
        index ++;
        proccess.process(msg,this);
    }
}

之后将每层的if-else都定义为一个msgProcesser

public interface MsgProcesser {

    public void process(Msg msg,ProcessChain chain);


}

然后具体的类实现这个processer：

public class TankJoinMsgProcesser implements MsgProcesser{

    @Override
    public void process(Msg msg, ProcessChain chain) {
        if(in.readInt() == 1) {
            //if处理逻辑，之后继续执行责任链中的后续逻辑
            chain.process(msg);
        }else {
            //else处理逻辑，并退出
        }
    }
}

可以看到，我们在处理具体的proccesser的实现类的时候，如果if逻辑满足，则继续对链中的后续逻辑进行调用。
那么在调用的时候，只需要将已经构造好的处理器增加到chain中，之后就能完成整个流程。

ProcessChain chain = new ProcessChain();
        chain.add(new TankJoinMsgProcesser()).add(new TankStartMovingMsgProcesser());
        ...
        chain.process(msg);

其本质就是将每一层的if-else都转换为了一个具体的类，如果某个类里面如果需要继续向下嵌套，那么继续调用这个chain的process方法。
需要注意的是，这是一种单一的责任链，如果条件复杂的情况下，可能会构成多个链。
反正不难看出，对于if-else的处理，实际上有很多方式，但是我们需要注意的是避免对程序的过度设计，这样会造成代码的可读性变差。