Refactoring ist der Prozess der Verbesserung des bestehenden Codes, ohne dabei dessen Funktionalität zu ändern. Dabei wird der Code optimiert, um die Lesbarkeit zu erhöhen, die Wartbarkeit zu verbessern und technische Schulden zu reduzieren. Eine wichtige Methode, um Refactoring effektiv umzusetzen, ist das Anwenden der SOLID-Prinzipien. Diese Prinzipien fördern sauberen, gut strukturierten und wartbaren Code. In diesem Artikel gehen wir tief auf Refactoring mit SOLID ein, beschreiben die Prinzipien im Detail und zeigen, wie sie in der Praxis angewendet werden können.

Was ist Refactoring?

Refactoring bedeutet, den internen Aufbau eines Programms zu ändern, ohne dessen äußeres Verhalten zu beeinflussen. Ziel ist es, den Code zu verbessern, ohne neue Funktionen hinzuzufügen. Dies kann durch die Optimierung der Lesbarkeit, die Reduktion von Duplikationen und die Vereinfachung komplexer Strukturen erfolgen. Refactoring hilft dabei, den Code verständlicher und leichter wartbar zu machen, was besonders bei langfristigen Projekten von großer Bedeutung ist.

Der Prozess umfasst oft mehrere kleinere Schritte, wie das Umbenennen von Variablen, das Extrahieren von Methoden oder das Umstrukturieren von Klassen. Refactoring sorgt für eine saubere Codebasis, die weniger anfällig für Fehler ist und die Zusammenarbeit im Team erleichtert.

Was versteht man unter SOLID?

SOLID ist ein Akronym, das fünf Prinzipien der objektorientierten Softwareentwicklung bezeichnet, die von Robert C. Martin (auch bekannt als „Uncle Bob“) formuliert wurden. Diese Prinzipien sollen dazu beitragen, Software flexibler, wartungsfreundlicher und erweiterbarer zu gestalten. Die fünf SOLID-Prinzipien sind:

1. S – Single Responsibility Principle (SRP): Eine Klasse sollte nur eine einzige Verantwortlichkeit haben, also nur einen Grund zur Änderung. Dies bedeutet, dass eine Klasse nur eine Aufgabe erfüllen sollte und nicht für mehrere verschiedene Dinge zuständig sein darf.
2. O – Open/Closed Principle (OCP): Eine Klasse sollte offen für Erweiterungen, aber geschlossen für Änderungen sein. Das bedeutet, dass das Verhalten einer Klasse durch Erweiterungen (z. B. Vererbung oder Interfaces) verändert werden kann, ohne die ursprüngliche Klasse selbst zu verändern.
3. L – Liskov Substitution Principle (LSP): Objekte einer abgeleiteten Klasse sollten in der Lage sein, Objekte der Basisklasse zu ersetzen, ohne dass das System dadurch falsches Verhalten zeigt. Dies bedeutet, dass die abgeleitete Klasse das Verhalten der Basisklasse nicht unerwartet verändern sollte.
4. I – Interface Segregation Principle (ISP): Es ist besser, mehrere spezifische Schnittstellen zu haben als eine allgemeine. Eine Klasse sollte nur die Schnittstellen implementieren, die sie tatsächlich benötigt. Dadurch wird verhindert, dass Klassen von unnötigen Methoden abhängig sind, die sie nicht verwenden.
5. D – Dependency Inversion Principle (DIP): High-Level-Module sollten nicht von Low-Level-Modulen abhängen, sondern beide sollten von Abstraktionen abhängen. Abstraktionen sollten nicht von Details abhängen, sondern Details von Abstraktionen. Dies fördert eine lose Kopplung und erleichtert die Wartung und Erweiterung des Codes.

Einführung in SOLID

SOLID ist eine Sammlung von fünf Prinzipien, die entwickelt wurden, um die Qualität und Struktur von objektorientiertem Code zu verbessern. Diese Prinzipien helfen dabei, den Code verständlich, flexibel und wartbar zu halten. Sie sind besonders nützlich beim Refactoring bestehender Systeme. Die fünf SOLID-Prinzipien lauten:

• S: Single Responsibility Principle (SRP) – Prinzip der einzigen Verantwortung
• O: Open/Closed Principle (OCP) – Offen/geschlossen Prinzip
• L: Liskov Substitution Principle (LSP) – Liskovsches Substitutionsprinzip
• I: Interface Segregation Principle (ISP) – Prinzip der Schnittstellentrennung
• D: Dependency Inversion Principle (DIP) – Prinzip der Abhängigkeitsumkehr

Jedes dieser Prinzipien hilft dabei, die Struktur von Software zu verbessern und sorgt dafür, dass der Code erweiterbar und stabil bleibt. Lassen Sie uns die einzelnen Prinzipien nun genauer betrachten und sehen, wie sie beim Refactoring angewendet werden.

Single Responsibility Principle (SRP)

Das Single Responsibility Principle besagt, dass eine Klasse nur eine einzige Verantwortlichkeit haben sollte. Mit anderen Worten: Jede Klasse sollte nur für eine Aufgabe zuständig sein. Wenn eine Klasse mehrere Verantwortlichkeiten übernimmt, wird der Code schwerer zu verstehen und zu warten. Änderungen in einem Bereich können unvorhersehbare Auswirkungen auf andere Bereiche haben.

Anwendung im Refactoring: Beim Refactoring kannst du eine Klasse, die mehrere Verantwortlichkeiten hat, in kleinere Klassen aufteilen. Jede Klasse sollte dann eine einzige, klar definierte Aufgabe haben. Dies fördert die Wartbarkeit und Testbarkeit des Codes.

Beispiel: Wenn eine Klasse sowohl für die Berechnung von Gehältern als auch für das Drucken von Gehaltsabrechnungen zuständig ist, solltest du diese Verantwortlichkeiten in zwei separate Klassen aufteilen. Eine Klasse kümmert sich dann nur um die Berechnung, während eine andere für das Drucken verantwortlich ist.

Open/Closed Principle (OCP)

Das Open/Closed Principle besagt, dass Software-Entitäten (wie Klassen, Module oder Funktionen) offen für Erweiterungen, aber geschlossen für Modifikationen sein sollten. Das bedeutet, dass du bestehenden Code nicht ändern solltest, um neue Funktionen hinzuzufügen. Stattdessen solltest du den Code so gestalten, dass er durch Erweiterungen ergänzt werden kann, ohne dass der bestehende Code angepasst werden muss.

Anwendung im Refactoring: Wenn du eine neue Funktionalität hinzufügst, solltest du dies durch Vererbung oder Komposition tun, anstatt den bestehenden Code zu ändern. Dies stellt sicher, dass bestehende Funktionen weiterhin unverändert und stabil bleiben.

Beispiel: Angenommen, du hast eine Klasse, die verschiedene Arten von Zahlungen verarbeitet. Wenn du nun eine neue Zahlungsart hinzufügen möchtest, solltest du dies durch das Erstellen einer neuen Klasse tun, die von einer abstrakten Basisklasse oder einem Interface erbt. Dadurch wird der bestehende Code nicht verändert, sondern nur erweitert.

Liskov Substitution Principle (LSP)

Das Liskov Substitution Principle besagt, dass Objekte von Unterklassen durch Objekte der Basisklasse ersetzt werden können, ohne dass dies das korrekte Verhalten des Programms beeinträchtigt. Mit anderen Worten, eine Unterklasse sollte alle Eigenschaften und Verhaltensweisen der Basisklasse erben, ohne diese zu verändern.

Anwendung im Refactoring: Beim Refactoring solltest du sicherstellen, dass alle Unterklassen sich wie die Basisklasse verhalten und keine unerwarteten Seiteneffekte verursachen. Achte darauf, dass Methoden in der Unterklasse die Erwartungen an das Verhalten der Basisklasse erfüllen.

Beispiel: Wenn du eine Basisklasse „Vogel“ hast, die eine Methode „fliegen“ enthält, sollte jede Unterklasse wie „Adler“ oder „Sparrow“ diese Methode auf eine Weise implementieren, die zu ihrer natürlichen Verhaltensweise passt. Wenn eine Unterklasse die Methode „fliegen“ nicht korrekt implementiert oder entfernt, verletzt dies das Liskov Substitution Principle.

Interface Segregation Principle (ISP)

Das Interface Segregation Principle besagt, dass Clients nicht gezwungen werden sollten, von Schnittstellen abhängig zu sein, die sie nicht nutzen. Stattdessen sollten Schnittstellen klein und spezifisch sein, sodass jede Klasse nur die Methoden implementiert, die sie wirklich benötigt.

Anwendung im Refactoring: Wenn du eine große, allgemeine Schnittstelle hast, solltest du diese in kleinere, spezifischere Schnittstellen aufteilen. Jede Schnittstelle sollte nur die Methoden enthalten, die für eine bestimmte Funktionalität erforderlich sind.

Beispiel: Angenommen, du hast eine „Drucker“-Schnittstelle, die sowohl Funktionen zum Drucken als auch zum Scannen enthält. Wenn du eine Klasse „Drucker“ hast, die nur druckt und nicht scannt, wäre es sinnvoll, die „Drucker“-Schnittstelle in zwei kleinere Schnittstellen zu unterteilen: „DruckerFunktionalität“ und „ScannerFunktionalität“.

Dependency Inversion Principle (DIP)

Das Dependency Inversion Principle besagt, dass hohe Ebenen nicht von niedrigen Ebenen abhängen sollten, sondern beide von Abstraktionen. Darüber hinaus sollten Abstraktionen nicht von Details abhängen, sondern Details von Abstraktionen. Dies bedeutet, dass du Abhängigkeiten so gestalten solltest, dass sie flexibel und einfach zu ändern sind.

Anwendung im Refactoring: Um das DIP zu befolgen, solltest du sicherstellen, dass deine Klassen und Module nicht direkt von anderen konkreten Klassen abhängen, sondern von Abstraktionen wie Interfaces oder abstrakten Klassen. Dies fördert die Flexibilität und macht es einfacher, Änderungen vorzunehmen, ohne den gesamten Code zu beeinflussen.

Beispiel: Wenn du eine Klasse hast, die direkt von einer „Datenbank“-Klasse abhängt, solltest du diese Abhängigkeit auf ein Interface oder eine abstrakte Klasse ändern. So kannst du später leicht die Datenquelle wechseln, ohne die restlichen Teile des Systems zu beeinflussen.

Anwendung von SOLID beim Refactoring

Beim Refactoring bestehender Software ist es wichtig, dass du die SOLID-Prinzipien im Hinterkopf behältst. Durch das Anwenden dieser Prinzipien stellst du sicher, dass der Code nicht nur in seiner aktuellen Form gut strukturiert ist, sondern auch erweiterbar und wartbar bleibt. Es ist entscheidend, die Prinzipien schrittweise anzuwenden, um den Code nicht zu überladen, sondern schrittweise zu verbessern.

Ein häufiger Fehler beim Refactoring ist es, nur das vorhandene Design zu verändern, ohne die zugrunde liegenden Prinzipien zu berücksichtigen. Wenn du hingegen beim Refactoring die SOLID-Prinzipien im Fokus behältst, wird der Code nicht nur kurzfristig verbessert, sondern auch langfristig stabiler und erweiterbar.

Was sind die Vorteile der SOLID-Prinzipien?

Die Anwendung der SOLID-Prinzipien in der Softwareentwicklung bietet viele Vorteile, die zu einer besseren Codequalität und einer höheren Wartungsfähigkeit führen. Einige der wichtigsten Vorteile sind:

1. Bessere Wartbarkeit

• Klarere Struktur: Durch das Einhalten der SOLID-Prinzipien wird der Code oft klarer strukturiert und leichter verständlich. Dies erleichtert die Wartung, weil Änderungen gezielt vorgenommen werden können, ohne dass ungewollte Seiteneffekte auftreten.
• Fehlerbehebung: Der Code wird leichter debugbar, da Klassen und Module weniger miteinander verwoben sind und Veränderungen in einem Bereich keine unerwarteten Probleme in anderen Bereichen verursachen.

2. Erhöhte Flexibilität und Erweiterbarkeit

• Einfachere Erweiterung: Das Open/Closed Principle (OCP) ermöglicht es, das Verhalten einer Klasse zu ändern oder zu erweitern, ohne den bestehenden Code zu verändern. Dadurch wird es einfacher, neue Funktionen hinzuzufügen, ohne die bestehende Funktionalität zu beeinträchtigen.
• Weniger Risiken bei Änderungen: Durch die Entkopplung von Modulen und das Minimieren von Abhängigkeiten sind Änderungen weniger riskant, da sie nicht so viele andere Teile des Systems beeinflussen.

3. Wiederverwendbarkeit des Codes

• Modulare Komponenten: Klassen und Module, die das Single Responsibility Principle (SRP) und das Interface Segregation Principle (ISP) befolgen, sind spezialisierter und können daher oft in anderen Projekten oder Kontexten wiederverwendet werden.
• Erweiterbare Schnittstellen: Das Interface Segregation Principle hilft, Schnittstellen zu definieren, die für eine bestimmte Aufgabe notwendig sind, ohne unnötige Abhängigkeiten zu erzeugen.

4. Bessere Testbarkeit

• Einfachere Unit-Tests: Durch die Trennung von Verantwortlichkeiten und die Entkopplung von Modulen wird das Testen von Komponenten vereinfacht. Kleine, unabhängige Klassen sind leichter zu testen als große, komplexe Klassen.
• Mocks und Stubs: Das Dependency Inversion Principle (DIP) erleichtert das Testen von Klassen, da sie nicht direkt von konkreten Implementierungen abhängen. Stattdessen können Mocks oder Stubs verwendet werden, um Abhängigkeiten in Tests zu simulieren.

5. Erhöhte Lesbarkeit und Verständlichkeit

• Klare Verantwortlichkeiten: Das Single Responsibility Principle (SRP) sorgt dafür, dass jede Klasse oder jedes Modul nur eine Aufgabe erfüllt, was zu einer besseren Verständlichkeit und Lesbarkeit führt. Entwickler können die Aufgaben einer Klasse schnell erkennen und nachvollziehen.
• Bessere Namenskonventionen: Das Festhalten an SOLID fördert in der Regel auch die Verwendung von aussagekräftigen, konsistenten Namen und das Schreiben von gut strukturiertem Code.

6. Förderung von Best Practices und gutem Design

• Einheitliches Design: Durch das Befolgen der SOLID-Prinzipien entsteht ein konsistentes Design, das die Zusammenarbeit zwischen Entwicklern erleichtert. Neue Teammitglieder können sich schneller in den Code einarbeiten, wenn die SOLID-Prinzipien beachtet werden.
• Vermeidung von „Code Smells“: SOLID hilft, typische Probleme und „Code Smells“ (wie z.B. hohe Kopplung oder zu große Klassen) zu vermeiden, die die Codequalität langfristig verschlechtern können.

7. Skalierbarkeit

• Wachstumsfreundlich: Software, die mit SOLID-Prinzipien entwickelt wurde, ist besser geeignet, um mit wachsendem Funktionsumfang und Komplexität zu skalieren. Das System bleibt erweiterbar und flexibel, ohne an Stabilität zu verlieren.

8. Erhöhte Zusammenarbeit im Team

• Verständlichkeit: Wenn das Design auf SOLID-Prinzipien basiert, ist der Code leichter verständlich, was die Zusammenarbeit im Team verbessert. Entwickler können leichter verstehen, was andere gemacht haben, und Missverständnisse oder Konflikte werden reduziert.

Die SOLID-Prinzipien tragen dazu bei, dass Softwareprojekte robuster, flexibler, besser wartbar und einfacher zu testen sind. Sie fördern gutes Design und verbessern die langfristige Qualität des Codes.

Wer ist ein Refactoring Guru?

Ein „Refactoring Guru“ ist eine Person, die als Experte auf dem Gebiet des Refactorings gilt – also der Verbesserung des bestehenden Codes, ohne dessen externes Verhalten zu verändern. Refactoring beinhaltet das Umgestalten von Code, um ihn lesbarer, wartbarer, effizienter und skalierbarer zu machen, ohne die Funktionalität zu beeinträchtigen.

Bekannte Refactoring-Gurus:

1. Martin Fowler:
   • Wer er ist: Martin Fowler ist einer der bekanntesten Experten auf dem Gebiet des Refactorings und hat das Thema in der Softwareentwicklung popularisiert. Er ist der Autor des Buches „Refactoring: Improving the Design of Existing Code“, das als Klassiker gilt.
   • Seine Rolle: Er hat viele Prinzipien und Techniken rund um Refactoring definiert, die Softwareentwicklern helfen, ihren Code nachhaltig zu verbessern.
2. Kent Beck:
   • Wer er ist: Kent Beck ist ein einflussreicher Softwareentwickler und einer der Mitbegründer des Agile-Manifests. Er hat das Konzept des „Test-Driven Development“ (TDD) vorangetrieben, was eng mit Refactoring zusammenhängt.
   • Seine Rolle: Kent Beck hat zur Popularisierung von Techniken beigetragen, die oft mit Refactoring kombiniert werden, wie z.B. TDD und einfache Designmuster.
3. Robert C. Martin (Uncle Bob):
   • Wer er ist: Robert C. Martin, auch bekannt als „Uncle Bob“, ist ein prominenter Softwareentwickler und ein Vorreiter der „Clean Code“-Bewegung, die sich mit der Verbesserung der Codequalität befasst.
   • Seine Rolle: Obwohl er nicht ausschließlich als „Refactoring Guru“ bekannt ist, hat er bedeutende Beiträge zur Praxis von Refactoring und Softwaredesign geleistet. In seinem Buch „Clean Code“ spricht er ausführlich über Prinzipien, die oft bei Refactorings angewendet werden.
4. Michael Feathers:
   • Wer er ist: Michael Feathers ist bekannt für seine Arbeiten zu „Legacy Code“. Sein Buch „Working Effectively with Legacy Code“ ist ein wichtiges Werk für Entwickler, die alten, schlecht strukturierten Code verbessern und refaktorieren müssen.
   • Seine Rolle: Feathers hat Methoden entwickelt, um auch bestehenden, schwer wartbaren Code zu refaktorisieren, indem man schrittweise Tests hinzufügt und die Struktur verbessert.

Ein Refactoring Guru ist also jemand, der durch jahrelange Erfahrung und Expertise das Refactoring von Code auf eine Kunstform gebracht hat und anderen Entwicklern beibringt, wie man Code effizient und nachhaltig verbessert und nicht, weil man Eigentümer der Seite Refactoring dot guru ist.

Fazit

Refactoring mit SOLID ist ein mächtiges Werkzeug, um den Code zu verbessern und langfristig wartbar zu halten. Die fünf Prinzipien – SRP, OCP, LSP, ISP und DIP – bieten einen klaren Leitfaden für sauberen, flexiblen und erweiterbaren Code. Durch die Anwendung dieser Prinzipien beim Refactoring wird der Code nicht nur einfacher zu verstehen und zu warten, sondern auch robuster und fehlerresistenter. Refactoring ist ein kontinuierlicher Prozess, der immer dann durchgeführt werden sollte, wenn der Code an Klarheit und Struktur verliert.

Mehr Infos zu S.O.L.I.D.: Solid Prinzipien und SOLID Prinzipien und Clean Code