《软件工程》第 13 章 - 软件维护

知识思维导图

13.1 软件维护与进化的概念

1. 核心概念

• 软件维护：软件交付使用后，为纠正错误、改善性能或其他属性而进行的修改过程
• 软件进化：随着时间推移，软件系统为适应环境变化和用户需求而不断演变的过程

2. 维护类型（Java 代码示例）

/*** 维护类型演示类*/
public class MaintenanceDemo {// 纠错性维护：修复除法溢出错误public double calculate(int a, int b) {if (b == 0) { // 纠错性维护新增的防御性代码throw new IllegalArgumentException("除数不能为0");}return a / b;}// 适应性维护：适配新操作系统的文件路径格式public String getFilePath(String fileName) {String os = System.getProperty("os.name").toLowerCase();if (os.contains("win")) { // 适应性维护的环境判断return "C:\\" + fileName;} else {return "/usr/local/" + fileName;}}// 完善性维护：新增日志功能public void processData(String data) {System.out.println("开始处理数据：" + data); // 完善性维护新增的日志// 原有处理逻辑}// 预防性维护：提前优化算法复杂度public List<Integer> optimizeAlgorithm(List<Integer> list) {// 预防性维护：将O(n²)算法优化为O(n log n)Collections.sort(list);return list;}
}

13.2 软件维护的过程模型

13.2.1 结构化与非结构化维护对比

维度	结构化维护	非结构化维护
文档支持	完整的需求 / 设计 / 测试文档	缺乏或无文档
修改流程	遵循需求分析→设计→编码→测试流程	直接修改代码，无规范流程
维护成本	低	高
风险	可预测	不可预测，易引发副作用

13.2.2 维护成本公式

                                           软件维护成本占比示意图

13.2.3 常见问题及解决方案

• 问题 1：人员流动导致知识断层
  解决方案：建立维护知识库，录制代码讲解视频

• 问题 2：技术债累积
  解决方案：制定技术债偿还计划，定期进行代码重构

13.3 可维护性

1. 可维护性三大指标

                                                         可维护性指标架构图

2. 提升可维护性的 Java 实践

// 可理解性：使用有意义的变量名和注释
public class UserService {// 可修改性：使用接口隔离原则private final UserRepository userRepository; // 依赖抽象而非具体实现public UserService(UserRepository userRepository) {this.userRepository = userRepository;}// 可测试性：分离业务逻辑与外部依赖public boolean validateUser(String userId) {if (StringUtils.isBlank(userId)) { // 使用工具类增强可读性log.error("用户ID为空");return false;}return userRepository.existsById(userId);}
}

13.4 维护活动及实施策略

1. 维护活动流程图

                                                           软件维护活动流程图

2. 版本控制最佳实践

# Git分支管理策略示例
git checkout -b feature/optimize-login  # 新建功能优化分支
# 修改代码并测试通过
git commit -m "优化登录功能可维护性"
git checkout main
git merge feature/optimize-login       # 合并到主分支

13.5 维护副作用

1. 副作用类型及预防措施

类型	示例	预防措施
代码副作用	修改模块 A 导致模块 B 功能异常	编写单元测试，使用依赖注入
数据副作用	字段类型修改导致旧数据丢失	数据迁移前做备份，增加兼容性校验
文档副作用	代码修改后未更新设计文档	建立文档更新 checklist

2. 副作用检测代码示例（JUnit 测试）

public class SideEffectTest {private MaintenanceDemo demo;@BeforeEachpublic void setUp() {demo = new MaintenanceDemo();}// 检测修改计算方法是否影响原有功能@Testpublic void testCalculateSideEffect() {assertDoesNotThrow(() -> demo.calculate(10, 2)); // 验证无异常抛出assertEquals(5.0, demo.calculate(10, 2), 0.01); // 验证结果正确性}
}

13.6 逆向工程与软件重构

1. 逆向工程步骤（以 Java 为例）

1. 使用 JD-GUI 反编译.class 文件获取源代码
2. 通过 UML 工具生成类图（示意图位置：图 4）
3. 分析代码结构，推导设计模式

2. 代码重构实战：提取重复代码

重构前代码：

// 重复代码示例
public void saveUser(User user) {String sql = "INSERT INTO user VALUES(?, ?, ?)";// 执行数据库操作
}public void updateUser(User user) {String sql = "UPDATE user SET name=?, age=? WHERE id=?";// 执行数据库操作（与save方法重复）
}

重构后代码：

public class DatabaseHelper {private void executeSql(String sql, Object... params) {// 统一数据库操作逻辑}public void saveUser(User user) {String sql = "INSERT INTO user VALUES(?, ?, ?)";executeSql(sql, user.getId(), user.getName(), user.getAge());}public void updateUser(User user) {String sql = "UPDATE user SET name=?, age=? WHERE id=?";executeSql(sql, user.getName(), user.getAge(), user.getId());}
}

13.7总结

   软件维护是软件生命周期中耗时最长、成本最高的阶段，通过结构化维护流程、提升代码可维护性、规范版本管理等策略，能够有效降低维护成本并减少副作用。逆向工程和重构技术则为老旧系统的现代化改造提供了重要手段。建议在实际项目中建立维护日志，定期进行维护复盘，持续优化软件系统的可维护性。