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作者 | Alex Ellis

譯者 | 平川

策劃 | 閆園園

本文最初發(fā)布于 Alex Ellis 的個人博客。

有一天，我正在閱讀關于個人電腦和桌面 GUI 發(fā)展的內(nèi)容，我就想，我們都已經(jīng)非常習慣個人電腦“桌面“這個類比。我們把文件放在文件夾里，并把它們放在桌面上。這個過程有很多物理動作發(fā)生。

人類非常善于理解空間，尤其是在記憶物理空間的時候，這讓我聯(lián)想到了我們通常如何將代碼可視化。在思考和可視化代碼的時候，有沒有什么好的方法可以利用這一點？

如何可視化代碼？

這讓我想到了我往往如何可視化代碼，有點難以描述。我認為，它通常以不同的方式存在于我的腦海中，這取決于抽象和特殊性水平，而且同時存在若干不同方式的組合。根據(jù)需要，我可以很好地在它們之間切換，特別是當我對代碼庫非常熟悉的時候。例如，當我想象各種微服務之間的交互時，在每個服務的周圍畫個大方框是很有幫助的，把每個服務視為一個大的工作單元，彼此之間通過 RPC 交互。

一個簡單的面向微服務的汽車租賃服務架構圖，以及代表一條執(zhí)行路徑的分布式跟蹤。

另一方面，如果對于計算機如何讀取我給它的東西，我想知道微末的細節(jié)，那么把所有東西放大到物理內(nèi)存表示是有幫助的。

我曾經(jīng)做過的一個 Google Sheets 頁的截圖，上面有內(nèi)存地址和匯編指令。這對于非常仔細地了解整個過程很有幫助。

幸運的是，我把大部分時間都花在了中間的某個地方，在閱讀實際的代碼（比匯編高級），把大塊的代碼作為一個個大的單元來思考，和研究架構圖及系統(tǒng)間通信之間做一些平衡。即使是代碼本身也已經(jīng)有了很多物理關系；想想目錄路徑、命名空間、行縮進以及代碼行的線性排序。

這些可視化的效果如何？

對于這個問題，我考慮了一些不同的可視化技術，每一種技術都有不同的應用場景。考慮一下下面這個不完全的清單：

架構圖

依賴圖

分布式跟蹤

序列圖

類圖

打印語句

火焰圖

閱讀源代碼

怎么對它們進行比較呢？首先，似乎有一個天然的抽象等級軸線，從低級的代碼閱讀到高級的架構圖。似乎還有一些其他的軸線，我們也可以對它們進行排序。

也許我們可以根據(jù)它們在多大程度上代表了更大的系統(tǒng)來對它們進行排名？架構圖在這方面做得很好，但火焰圖只能代表單個執(zhí)行路徑。也許是變化的頻率？這是一個有趣的問題，雖然源代碼經(jīng)常變，但架構圖（有望）保持穩(wěn)定。

讓我們想一下，可視化如何很好地表示整個系統(tǒng)實際的代碼執(zhí)行情況呢？在這種情況下，高級的架構圖得分也許不會很高，因為它抽象掉了服務框內(nèi)的許多細節(jié)。分布式跟蹤可以做得更好，不過具體程度取決于有多少個跟蹤點。類圖雖然有助于可視化類之間的關系，但可能并不表示實際的路徑?；鹧鎴D可以顯示清晰的執(zhí)行路徑，但只能顯示單條代碼路徑，而不能為更大的系統(tǒng)提供可見性。

畫到圖上可能會像下面這樣，不過上面的這些點表示為一個范圍可能更好：

這讓我思考，右上角的部分會是什么樣子。一個能讓我們洞察細節(jié)的、有用的可視化該是什么樣子？有沒有一種方法可以在較低的層次上，將整個系統(tǒng)的路徑可視化？

如果我們也使用空間會是什么樣子？

看圖的感覺仍然像看地圖。在那一刻，你把在代碼中看到的東西在空間上轉(zhuǎn)化為圖表，就像你在一個不熟悉的地方用地圖確定方向。就像電腦上的東西，我們用了桌面隱喻一樣，我想知道是否有另一種方式將代碼可視化為實際存在的東西，以便讓翻譯過程變得更容易。

如果我們用“玩具型可視化（toy visualization）”在物理空間中表示代碼，會怎么樣？

看下面這個基本的例子，我們有一個 Counter 類，它有一個私有的 count_ 變量并提供了各種訪問方法。也許它會在一個簡單的 main 函數(shù)中被訪問，做一些計數(shù)。

如果我們把代碼的不同部分表示為三維結(jié)構，會怎么樣？如果我們把 Counter 類表示為一個大房間，墻上寫著咒語，會怎么樣？你可以想象代碼的可能路徑，變量和它們所代表的事物之間的聯(lián)系，就像下圖中的粉紅線：

我們可以從中看到什么？首先，作為私有變量，count_ 的用法顯然沒有什么不當，因為沒有任何粉紅線從它那里離開房間。公共方法也很清楚，它們與房間外的事物有粉紅色的連接。

更有趣的是，這個房間與另一個房間相連，會是什么樣子？main 函數(shù)可以是另一個房間，其符咒線也做了相應的連接：

現(xiàn)在，我們可以跨房間對話了；在 main 函數(shù)調(diào)用 counter.reset() 的地方，我們可以有一個從調(diào)用者 main 到被調(diào)用者 Counter 類的連接。你甚至可以想象有一個調(diào)試器單步遍歷這個過程，觀察這條線路上的參數(shù)和返回值。想象一下，我們可以放大不同的區(qū)域來查看本地狀態(tài)和數(shù)值，然后沿著調(diào)用路徑返回到活動區(qū)域。

這有用嗎？

像這樣的東西有用嗎？我不確定。用這樣的方式走查一個熟悉的代碼庫會很有趣，特別是當你能在 3D 表示（或是 VR 環(huán)境）中做空間探索，并可以根據(jù)需要縮小和放大時。當?shù)谝淮翁剿饕粋€新的代碼庫，查看事物之間的連接關系時，不知道它是否會特別有用。不過，我確實處理過一些代碼庫，如果這樣看會非常嚇人。我很想看看這樣看會有什么不同，每新引入一個類，這兒那兒就會引入新的連接。

話雖如此，我認為在制作這樣的東西時，你至少會遇到以下問題：

復雜的代碼很難推理。把意大利面代碼中的意大利面可視化可謂大快人心，但是對于非常復雜的代碼來說，這樣做不知道會有多繁瑣？

如何表示出像線程同時執(zhí)行這樣的東西？

如何表示是引用傳遞而不是值傳遞？

如何表示異步工作？如何表示遞歸？房間一直嵌套下去？

如何防止里面的東西變得陳舊和過時？至少，這個需要能夠自動生成。

問題

有幾個考量因素使這個問題變得棘手。一個是物理位置的變化比代碼的變化耗時通常長得多。使用熟悉的物理位置作為記憶宮殿，一部分原因是它在你的記憶中每次出現(xiàn)都是一樣的。如果你在記憶一副撲克牌，你可以把梅花 A 暫時存放在櫥柜門后面，下次你需要存放撲克牌時，櫥柜門仍然在那。

如果你的代碼庫經(jīng)常變化，反映事物空間布局的地圖就可能會發(fā)生變化，不管這些地圖是 3D 生成的還是純意識的。這就像回到一個你曾經(jīng)熟悉的地方，想象一下，不只是地標變了，路也改道了。即使我們天生具有記憶空間事物的天賦，如果那個空間發(fā)生了變化，如果我們不得不重新學習，我們還能從空間可視化受益嗎？

看看這樣的東西對于探索一個新代碼庫（就像使用地圖探索一座新的城市），以及隨著時間推移再次回到該代碼庫（就像離開很長時間后回到自己的家鄉(xiāng)），有多大幫助，這會很有趣。

代碼可視化項目

我對這一領域的數(shù)據(jù)可視化不是很熟悉（其他領域的也不熟悉），但經(jīng)過簡單的搜索（也就是 30 分鐘的 Google 搜索），我發(fā)現(xiàn)有幾個項目似乎在做類似的事情：

SoftVis3D：其中的“代碼城市”視圖提供了項目層次結(jié)構的可視化。

Code Park：一款新的 3D 代碼可視化工具（2017），“在類似三維游戲的環(huán)境中可視化代碼庫”，其中，代碼被表示為 "代碼室"，代碼在墻上（現(xiàn)在讀到這個，感覺和我的想法非常類似）。

使用 3D-Flythrough 實現(xiàn)代碼結(jié)構可視化（2016），提供空間隱喻和第一人稱代碼探索。

Primitive：一家 VR 合作初創(chuàng)公司，擁有矩陣式的“沉浸式開發(fā)環(huán)境”，包括“面向 3D 視覺分析軟件的新工具”。

下面是讀者指出的一些項目：

AppMap：一個自動化代碼分析工具，包括依賴關系圖和跟蹤視圖。

plurid：一個用于在三維可探索結(jié)構中可視化和調(diào)試代碼的框架。

fsn（文件管理器）：一個實驗性的應用程序，支持以 3D 方式查看文件系統(tǒng)（出現(xiàn)在 Jurassic Park 中）。

如果你了解到其他類似的項目，歡迎和我聯(lián)系，我非常樂意聽到更多這樣的項目！