导读：前端发展飞速，从最开始的静态页面到 JavaScript，再从 PC 端到移动端，随着大前端的复杂度不断提升，很多公司开始前后端分离，剥离出前、后端架构设计。那我们来看看，前端架构设计是什么？曾经非常简单的前端架构发展到现在有哪些问题，遇到前端代码体量巨大、跨团队协作效率、代码耦合、技术栈落后等问题又该怎么解决？
一、什么是前端架构？
前端架构这一词，相信很多人的定义都不太一样；按照拆词的解释来看，我理解为“前端”+“架构”。前端是指，Web 端的前台页面，包括网页的内容、样式、脚本等，这三者通常封装在组件中，可能是模板引擎的文件模块，也可能是 MVVM 框架里的组件。“架构”就更好理解了，架构一词来自建筑行业，可以理解是房屋的整体结构、框架。结合前端和架构的概念，“前端架构”可以理解为，Web 页面组件的抽象和组织方式。
又因为各个公司的业务不同，每个公司的前端架构发展都不一样，这里，我会拿百度移动端经典的搜索场景来给大家举例，希望从百度的移动端架构演进过程中，发现一些共性的问题。
二、百度移动端背景及问题
为什么是以百度来举例？是因为百度是国内搜索引擎的领头人，并且，目前一直处于行业领先状态。据 statcounter 前瞻产业研究院在 2019 年中国搜索引擎行中可以知道，百度搜索占全世界搜索引擎市场份额12.3％，居第二位，仅次于谷歌。所以用百度来举例，更具有代表性。
言归正传，打开百度 App 你会发现，百度前端直接分为首页和搜索结果页，搜索结果页是搜索的主要入口，每天承载着十亿级流量。
不仅如此，搜索结果页承载着许多产品线的需求和下游模块的运行时，每年内部的研发人员会提供五百多个产品需求，为十几个下游模块提供基础库和运行时。甚至还有后端协同，从图 1 我们可以看出结果页的整体架构。
△图 1：百度搜索结果页的整体架构
针对整体的架构设计，有这些问题：
- 细分业务线众多，单个库代码庞大；
- 平均每月有 200+ 提交，3w+ 行代码；
- 80+ 开发者在同一个代码库中开发；
- 没有人能完全掌握模块整体技术。
于是，梳理出三个方面的问题：
- 人员职责不清晰，单个模块同时承担了多个团队的职责
- 框和 Tab：“全部”和垂类搜索共用；
- 运营产品：渗透在结果页代码库里；
- 其他：结果列表、用户反馈、搜索推荐、体验日志、速度日志、计费逻辑……
- 代码耦合严重
- 容易出错，代码逻辑脆弱；
- 结构僵化，不易新增功能；
- 依赖牢固，代码很难复用。
- 技术栈落后
- 页面没有组件化。没有 Vue、没有 React，还在用 Smarty 模板；
- 无法支持 Node.js。Smarty 模板强依赖 PHP 环境；
- 工具链落后。没有 TypeScript、没有 Jest。
这三个问题最终会影响到研发效率以及产品质量。那么百度又是怎么去具体做的呢？架构优化的目标只有两个，一是满足业务需求，二是技术上能对框架和工具灵活升级（也是为了持续的满足业务需求）。根据“满足业务需求”这一目标，百度内部是制定了三个层面的方向。（如图 2）
- 底层基础层是贴近社区，因为据内部调研来看，造轮子的成本不高，但是维护这些轮子成本极高，如果想更快的迭代，还是建议贴近社区，去用些开源的事情或者去贡献开源。主要是解决技术栈落后以及职责不清晰等问题。
- 中间层是独立模块，主要是应对之前提到的职责不清晰的问题以及交付效率低等问题。主要是解决职责不清晰以及交付效率低等问题。
- 顶层就是组件化，在独立模块的基础上去做组件化，加速业务的迭代。
△图 2：业务需求的三个方向
三、怎么解决
根据这里提到的方向和目标，怎么结合百度自己的架构落地呢？首先，回顾下百度的架构，如下图 3 可以看到。
△图 3：百度搜索结果页的整体架构
- 这里有两块日志，意味着同一套代码要在两个部分维护；除了重复之外，它们的差异会对后续的维护引入更高的成本；
- 底层这个 HHVM+PHP 和社区更加拥抱 Node.js 会有冲突。
所以，百度同学把目标架构调整为图 4 所示。
△图 4：结果页的目标架构
图 4 中可以看到：
- 把日志、搜索框、相关搜索、性能打点等独立成单独的模块，有专门的同学来独立维护和迭代；
- 在前后端之间加了一层渲染层；让业务代码和后端的逻辑分开；
- 在底层加了 Node.js 机制。
目标、方向都解决好之后，就得看如何实施。对于一个小体量的库来说，从零构建架构就行；但是对于百度来说，实施也是难点。不仅要考虑平滑迁移、性能不退化，还要考虑长期可维护性、安全性、跨平台等。
前文也提到了，基本思路是按照基础设施、模块拆分、组件化的步骤执行；基础设施是业务模块划分的关键，完善的自动化和工具链是模块化的前提；模块化拆分可以为业务和团队提供更好的横向扩展能力；模块化的基础上，可以进一步在模块内部建设组件化方案来加速业务迭代。
在基础设施需要关注的事情包括：
- TypeScript：大型项目必备，提前发现问题；也是跨平台的基础；
- 持续集成：确保每次变更新增功能和修复问题的同时，不引入新的问题；
- 单元测试：在重构之初引入，帮助防退化和辅助设计。
模块化拆分需要关注的事情包括：
- 识别和定义业务边界，把大一统的仓库分割成若干独立的小仓库；
- 在子模块内建设自动化机制，独立地选型、开发、上线。
注意：
模块化拆分不是技术问题，而是业务问题。只有根据业务和产品进行垂直划分，才有可能达到解耦和独立迭代的目的。否则只是形式上拆分耦合的代码，会造成更大的维护和沟通成本。
由于组件是业务模块内部的选型，组件化的方案相对比较自由。只需要不严重影响性能，且能够平滑过渡即可。
四、落地方案
1. 模块化
具体的落地方案，我们也用一张图（图5）来表示。可以看到它分为服务端和浏览器端两部分。
- 服务端关心的问题是业务模块的划分以及运行时的组合；
- 浏览器端关心的问题是依赖的解决以及如何支持组件化方案。
△图 5：具体的落地方案
2. 服务端
百度是把整个大模块拆分成多个独立业务模块，最终页面由模块组合而成。这要求业务模块具有统一的接口，即上图所示的 Molecule 接口，它定义了模块如何渲染、有哪些依赖等信息。因为渲染过程封装在了模块内部，所以整个架构可以支持多语言、多框架。
相信你也发现，Molecule 和微服务非常相似。它们的关键区别在于，微服务的服务之间通过 IPC 互相操作，且每个服务可以独立伸缩、独立部署；而 Molecule 的各模块存在于同一个进程里。虽然有这样的区别，Molecule 仍然可以实现和微服务近乎相同的特性，如图 6 所示。
△图 6：Molecule 和微服务的比较
图 7 展示的是一个具体的业务模块的服务端入口文件，其中 ToptipController 是实现了由 Molecule 提供的控制器接口；这个接口要求提供一个渲染函数，接受一个字典类型的数据，返回渲染之后的页面内容。由调用方决定如何组装页面。
△图 7：具体的业务模块的服务端入口文件
如上是业务模块提供方的接口。此外 Molecule 机制还为调用方（组装最终页面的那一侧）提供了方便的接口，可以在需要引入子模块的地方，传入子模块名称和参数即可在运行时渲染出来。整个机制的原理很简单，但实际使用中可能还需要引入命名空间、考虑模块版本等问题。
3. 客户端
那么客户端如何运行起来呢？我们也需要把每个模块的浏览器端组件运行起来，困难在于组件之间的依赖和代码共享。这些组件可能位于不同的代码库并属于不同的业务，所以我们需要一个非常松散的依赖方式。
这里我们引入的是一个依赖注入的容器（图 8），总的来说，框架逻辑和通用工具都封装成具体的Service提供给业务模块使用，每个业务模块则需要定义它依赖于哪些Service。
△图 8：客户端设计
图 9 形象地描述了组件、Service 和容器间的关系。
△图 9：组件、Service 和容器之间的关系
其中蓝色代表具体的Service，其他颜色表示独立的业务模块。运行时容器会负责解决每个业务模块的依赖，并把这些业务模块组装起来，最终得到可交互的 Web 页面。
注意：
业务模块之间是独立的，一个业务模块无法依赖于其他业务模块，只能依赖于通用 Service。因此如果存在业务模块之间的产品逻辑耦合，可能需要一个通用 Service 作为媒介，比如容器里提供一个起事件总线作用的 EventService。
图10是业务模块的客户端代码示例。它的依赖通过构造函数来声明，运行时容器负责依赖的创建，而业务模块只需要关心依赖的使用。正是使用和创建操作的分离，使得业务模块之间、业务模块和页面框架之间可以解耦，可以独立地开发、独立地测试。
△图 10：业务模块的客户端代码示例
以上是模块拆分的整体方案，我们回顾一下：在服务端通过一个叫做 Molecule 的接口来组合业务模块；在浏览器端通过一个 DI 容器来解决依赖关系，并启动所有业务模块。
4. 组件化
组件化方案直接影响业务开发的的效率，换句话说，组件化方案某种程度上决定了业务同学写怎样的代码。组件化也可以帮助解决职责不清晰等问题。我们选的组件化方案是 San，你也可以基于你的业务或偏好选则 Vue 或者 React。业务代码的迁移比较直观，就是从 Smarty 模板迁移到 San 组件，从 HTML 字符串拼接变成有业务语义的组件结构。
接下来重点关注组件化方案的两个关键技术问题，跨平台和页面性能。
1）跨平台
我们有非常多的业务代码，有上千个模板、几十万行代码，这些代码需要迁移到组件化方案上来，而且要确保后端从 PHP 迁移到 Node.js 的整个过程中，业务代码不需要重新开发。所以业务组件如何跨平台呢？关键在于抽象。
- 高层语言：我们业务代码需要使用一个足够高层的语言，这里我们用的是 TypeScript，可以翻译到多个平台；
- 依赖反转：我们的高层的业务的模块不应该依赖于具体的底层模块，而是它只依赖于接口，这样才有可能在不同的平台给它替换掉不同的底层的实现；
- 抽象接口：最后是 Molecule 这个接口的设计应该足够的简单；Molecule 接口不依赖底层实现，比如 PHP 的具体 API。
做到以上几点就可以完成平滑的过渡。这个过程中又分为三个阶段（图 11）。
△图 11：平台过渡的三个阶段
2）页面性能
引入前端框架通常意味着体积增加，性能下降，而性能直接影响搜索收入，因此页面性能是项目成功的关键。如果性能会比模板引擎的性能差，那么这个项目很可能会夭折。如何去保证页面性能？着重介绍两个优化点。
- 引入 SSR：引入服务端渲染，首屏性能可以得到明显提升；
- SSR 优化：传统的 SSR 上还需要进一步优化性能。
引入SSR。为了解释SSR的重要性，请看图12。浏览器加载页面分为四步：请求页面、请求外链资源、执行脚本、渲染组件。从图中的对比可以看出，CSR在前面三步的时候，用户都是看不到页面的；而引入SSR之后，在第二步用户就能看到请求回来的页面。SSR它最大的一个用途就是提升首屏时间。
△图 12：CSR和SSR的比较
SSR 优化。只是引入 SSR 还不能让性能达到预期，因为相比于模板引擎直接拼接字符串，SSR 需要递归渲染组件，尤其是递归 VNode 比较耗时。对此 San SSR 相比于 Vue/React SSR 做了很多改进。
- 去 VNode：编译期递归 VNode，运行时只做 HTML 拼接；
- 编译期计算：尽可能把工作移到编译期，减小运行时开销；
图 13 展示了最终的 San SSR 和改造前的 Smarty 模板引擎的性能对比。
△图 13：最终的 San SSR 和改造前的 Smarty 模板引擎的性能对比
可以看到 Smarty 和 San SSR 在不同的场景会有不同的表现，因为它们的渲染方式非常不同。最终搜索结果页的组件化的 SSR 上线之后，线上实验效果显示比 Smarty 要快 10ms左右。这个已经是一个很不错的效果了，我们用组件化从性能上打败了模版引擎。
五、结语
针对百度搜索引擎在架构演化中遇到的问题，相信在其他领域也会有一些共性的东西。通过百度的解决思路，希望能对正在做前端架构的你有一些启发。
Harttle
百度资深研发工程师，北京大学物理学学士和计算机科学硕士。2016年加入百度，曾负责和参与百度搜索Web极速浏览框架、MIP开源项目的研发，目前负责搜索结果页和搜索推荐业务。LiquidJS 的作者，贡献于San、Realworld Apps、hightlight.js、ALE、HTML5 Standard等项目。
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