抖音平台多产物代码隔离技术的实践与探索
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前言介绍
在软件架构领域，框架的功能类似于基础设施服务，是为实现某个业界标准而形成的组件规范。简单理解，框架就是制定一套规范或者规则，开发同学在该规范或者规则下工作。本文通过剖析框架实体 ServiceKit/Adapter ，来窥探其底层结构和架构设计。
背景描述
随着抖音业务的发展，为保障整体工程演进和迭代计划的高效运行，体系化建设已加速提上日程，Codebase（可通称为产物）融合是其中项目之一。该项目主要为开发同学提供底层复用能力、增强研发团队效能，致力于帮助开发同学轻松高效地研发、管理代码。
Codebase 融合过程中，技术团队在各个业务线方向进行着差异化探索；演进路程上，业务线间耦合越来越强，开发同学迫切需要一套解决方案来做差异化代码隔离。如下图抖音与抖音极速版模块差异所示。
回顾痛点，在过往的开发中，开发者们一般使用宏隔离（ isLite or isPad ）来区分不同产物之间的差异，但这种方式严重破坏了整个抖音工程的架构体系，以下从几个维度分析。
研发效率：需要支持不同宏变量进行 lint ，有重复 lint ，单个组件很难区分项目控制二进制发版频率，二进制需要频繁更新，宏会导致很多混编二进制，影响编译效率，如果以单个文件作为编译缓存单元，宏隔离也会降低编译缓存命中率。
可扩展性：扩展性差，缺乏动态能力和插件能力，添加新功能和修改原有功能会导致类实现的代码急剧膨胀。
圈复杂度：宏隔离的代码分散，修改和重构成本高。
组件粒度：无法支持项目间差异业务独立成组件，背离高内聚、低耦合原则。
我们的目标愿景是要做一套符合抖音工程架构体系，具备高效、通用、便捷能力的框架规范，让开发同学在标准规则下进行编码工作。
架构设计
启蒙图纸
启蒙设计是着手做事之前的抽象意识，如下图，在多个产物的研发环境下，将共同代码能高效的复用，差异性代码优雅的隔离开。
为了帮助新同学快速入手架构框架，笔者在做此框架 Swift 建设的过程中，基于近段时间经历的几个项目经验，总结出了一套系统性的脑图，下面和大家分享下框架系统化的全景。
框架全景思维
内容较多，但是全景思维还是想要在这里提一下，说不定在哪个阶段上给你灵感；建议从树的根节点出发，选择性的去了解它；如想大致了解，只用进入到 3 层左右，如想深入了解，请走到叶子节点（为了不影响阅读体验，更加细节的节点已经被裁剪掉）。
基于上述框架系统化的思路铺开，整个篇章会先介绍一些设计思想，再进行性能等相关的技术细节。由于篇幅有限，我们将精简出我们认为比较重要的技术点进行重点讲解。
设计思想
适配器模式
在设计模式中，适配器模式（adapter pattern）有时候也称包装样式或者包装。将一个类的接口转接成用户所期待的。一个适配使得因接口不兼容而不能在一起工作的类能在一起工作，做法是将类自己的接口包裹在一个已存在的类中。
—— 维基 百科 适配器模式
开发同学不用关心各个模块的复杂度、业务的逻辑性、是选择类对象还是实例对象、如何初始化各自单元等，仅需要基于包装好的适配器来做各自的任务调度，类似于万能充电器（ 90 后同学时代的产物 :> ），无需关注电池是华为的，还是 OPPO 的，即插即用。
注册与发现
服务注册 - 服务发现思想
服务演进
下面三个图简单描述了 web 服务时代从传统服务到微服务时代的历程（传统服务 -> 并发服务 -> 分布式微服务），大家感兴趣可以了解下，这里不过多介绍。
微服务
微服务是一种以业务功能为主的服务设计概念，每一个服务都具有自主运行的业务功能，对外开放不受语言限制的 API ，应用程序则是由一个或多个微服务组成。
—— 维基百科，微服务
简单了解微服务后，以服务角度来看，多个 Target 产物根据各业务模块可划分为多个 Adapter 服务，搭配绑定多个适配器协议，这样能达成一对多效果。
我们深入性的介绍下内部设计思路。在使用阶段，一个主类可以向多个适配器类发送消息；在注册过程，一个适配器类可以绑定到多个适配器协议，并且满足两种场景：一是多产物必须实现的接口，可以放在一个公共的协议上，二是单个产物必须实现的接口放在独立的协议上，公共协议 + 独立协议可以进行组合，由同一个有上下文关联的适配器类来实现。
提到微服务，我们不得不了解下两个概念，服务注册与发现。
服务注册
服务注册：是将提供某个服务的模块信息注册到一个公共的组件上去。（如下示例代码更加容易理解）
//服务注册
ServiceKit.register(AModuleServer);服务发现
服务发现：是指使用一个注册中心来记录分布式系统中的全部服务的信息，以便其他服务能够快速的找到这些已注册的服务；不管是服务新增和服务删减都能实现自动发现。（如下示例代码更加容易理解）
//服务发现
ServiceKit.get(AModuleServer);进阶图纸
蓝色框：抖音 Target
黑色框：抖音极速版 Target
aXXXDOUYINAdapter：是 XXXDOUYINAdapterImpl 的服务实例。
XXXDOUYINAdapterImpl：是订阅者，发布者是持有 XXXDOUYINAdapterImpl 实例 XXXDOUYINAdapter 的主类。
<>XXXDOUYINAdapter：面向协议编程，抽象 Protocol 接口，抽离各自差异性、公共性代码的接口。
上图再一步概括了整个项目背景（抖音、抖音极速版的两套代码，有重复也有差异，如何将重复的代码继续共用，并且将差异性的代码隔离到各自的Target产物中，不再耦合）、我们要做的过程（通过适配器模式来做任务调度，面向协议编程，抽离共用、差异性的代码为接口形式，在各自Target中，实现各自的协议Impl），以及达成的结果（通过便利性脚手架、辅助工具能让使用者低成本学习和理解，容易上手操作）。
关系图纸
工程视角
从抖音现有工程架构视角，了解设计。
流程实战
接下来我们进行下流程性实战演练。
代码实战中，订阅类在 App 内存创建一个实例，订阅者的生命周期由所有关联的发布者决定，比如多个控制器汇总埋点逻辑到一个加工者， 或比如一个父控制器对应多个子控制器。
技术细节
上述了解设计性图纸之后，我们深入浅出的剖析内部技术细节。
编译插拔
常规思路下，注册会放到 App 启动阶段，但这样做容易拖缓 App 的启动速度。要想做到在最早的时机注册但又不影响启动速度，需要基于编译器特性：__attribute__((section("name"))) 实现，通过 attribute 指令，编译时期写在 .data 段，然后在运行时期读出来。下图介绍编译注解的简单流程。
代码示例
__attribute((used, section(_DY_SEGMENT "," _DY_MSG_ASSOCIATE_SUBSCRIBER_SECTION ))) static _dy_message_pair _DY_MSG_UNIQUE_VAR = \
{\
&_DY_MSG_ASSOCIATE_PROTOCOL_METHOD(INDEX),\
&_DY_MSG_ASSOCIATE_LOGIC_METHOD,\
};利用上述编译注解的能力，搭配协议反射，就能达到在使用的时候，get 协议进而读取到存储在 .data 段中的内存地址来加载，这个能力也称为懒加载。
支持切面
核心思路如下（伪代码），在注册阶段暴露出代码块模型，可以在块中做类似 AB 的逻辑切面。
isABTest = YES;
Register {
if (isABTest) {
return ObjectA.new;
} else {
return ObjectB.new;
}
} 循环引用
为了防止 subscriber 与 publisher 在 block 使用或者主类与适配器的关联情况下导致循环引用，适配器底层运用了 NSProxy 来实现。如以下的 case 无需关心内存不释放问题。
场景例一
@implementation DYAudioViewForDOUYIN
RegisterAdapters(DYFeedInteractionControllerPrivateProtocol,DYFeedContaineAudioAdapter) {
if (GET_AB_TEST_CASE(enableAutoPlay)) {
return nil;
} else {
return [[DYAudioViewForDOUYIN alloc] init];
}
}
- (void)stopAudio:(BOOL)immediate
{
[[self weakTarget] refresh:^{
[[self weakTarget] refresh];
[self stop];
}];
}
- (void)stop
{
//do something
....
}
@end场景例二
@implementation DYFeedContainer
GetAdapters(DYFeedContaineAudioAdapter,DYFeedContaineVideoAdapter, DYFeedModuleConfig)
- (void)stopPlay
{
id adapter = [self DYFeedContaineVideoAdapter];
[[self DYFeedContaineVideoAdapter] stopVideo:^{
[adapter refreshView];
}];
self.myBlock = ^(){
[adapter refreshView];
};
}
@end 绑定关联
绑定关联共分为两部分，强关联与弱关联。
强关联：将各适配器强绑定关联在主类上，这样能实现适配器的生命周期跟随主类自动释放，在使用适配器对象时让内存持续处于最优状态。
弱关联：将主类弱关联在适配器上，这样能实现在隔离出来的附属类中，通过 Key （ self = 适配器）拿到主类，达到反向通信的效果。
多语言适配
Swift 环境下不能在注册阶段友好的使用 attribute 编译指令，去自定义段能力，要想高性能的使用懒注册能力只能另辟蹊径。
将注册代码块直接放到 MachO 文件中的代码区，通过继承协议 SwiftAdapter ，实现层实现 + (id)lazyRegister 类方法，runtime 的 Api 映射出 A 类对象，在服务发现的阶段来调用 A 类方法代码，这样能解决“懒注册”问题；然后改造底层框架，控制内部保证只会初始化一次，用户视角无需关心。
E.g.
class ModuleADouYinLiteAdapter: NSObject,SwiftAdapterProtocol {
class func lazyRegister() -> NSObjectProtocol {
return ModuleADouYinLiteAdapter.init()
}
}便利脚手架
在各语言环境对服务发现与注册接口制造脚手架，使其用起来更加简便。
Objective - C 宏
接口均用宏来封装。
//服务注册
RegisterAdapters(ModuleDouYinLiteAdapter) {
return ModuleDouYinLiteAdapter.new;
}
//服务发现
GetAdapters(ModuleDouYinLiteAdapter)Swift Protocol 扩展
Swift 环境下不能友好的使用宏封装，此时我们可以通过对 Protocol 进行扩展，以达到封装效果。
//服务注册
class func lazyRegister() -> NSObjectProtocol,ModuleDouYinLiteAdapterProtocol {
return ModuleDouYinLiteAdapter.init()
}
//服务发现
Protocol.getAdapter(self,ModuleDouYinLiteAdapterProtocol.self)使用视角
OC编码
共有接口差异代码情景
服务注册
服务发现
Swift编码
独有接口差异代码情景
服务注册
前置抽象协议接口，懒注册，支持切面。
支持在各个 Adapter 实现层中获取 WeakTarget （主类）。
服务发现
辅助工具
就如很多人都喜欢玩的网游地下城与勇士（ DNF ），辅助工具“连发”（顾名思义，连续发动，可以联想到传统单发步枪与自动步枪的区别）不仅让玩家节省了不少的按键成本，而且在连招上增强了打击节奏感。同样的道理，我们推荐使用 Xcode 自定义模板工具编程，让使用者减少打出代码的时间成本，在开发中更加聚焦处理编码逻辑。
使用规范
为让开发同学更加规范使用，我们在代码静态检查阶段进行代码的拦截矫正，同时基于现状列一下几个 Badcase 。
场景例一
只进行了分支判断逻辑隔离，没做到代码隔离，这样会将判断逻辑带到主类，使让包大小增加。
// E.g. 错误示例
- (void)masterFunction {
if ([self DYFeedAModuleLiteAdapter]) {
// lite code
} else {
// douyin or other Target code
}
}
//--------------------------------------------------------------------------
//E.g.正确示例
- (void)masterFunction {
[[self DYFeedAModuleAdapter] runFunction];
}
//各自Target实现runFunction协议方法
//in douyin
- (void)runFunction {
// code
}
//in Lite
- (void)runFunction {
// code
}场景例二
在同一个产物内，一个协议被多个类实现（ Debug 环境编译阶段会通过断言进行第一次拦截）。
// E.g. 错误示例( douyin targer)
@interface AModuleAdapter
@interface BModuleAdapter
//E.g.正确示例(douyin targer)
@interface AModuleAdapter
@interface BModuleAdapter 场景例三
Adapter 方法在不同产品线下可能返回空值，如果想拿 Adapter 做 一些逻辑编码，需要提前判断是否为空。
// E.g. 错误示例
- (DYAModuleFeedType)getType {
return [[self DYModuleAdapter] checkType];
}
//E.g.正确示例
- (DYAModuleFeedType)getType {
return [self DYModuleAdapter] ? [[self DYModuleAdapter] checkType]:/* 兜底逻辑 */;
}生态建设
目前为止，多产物适配器框架实体 Adapter 已经在抖音数个平台业务线中批量使用，大部分 OC 业务场景均已覆盖，而且 Swift 场景能力也已建设完毕，框架母体 ServiceKit 已接入 20 + 个 App 。
写在最后
稳扎稳打
对于核心框架，我们写出的也许只有一行代码，但是会有几百万行甚至上千万行代码会经过它，一定要慎重思考。
加入我们
我们是负责抖音客户端基础能力研发和新技术探索的团队。我们在工程/业务架构，研发工具，研发平台，编译系统等方向深耕，支撑业务快速迭代的同时，保证超大规模团队的研发效能和工程质量。在性能/稳定性/高可用等方面不断探索，努力为全球数亿用户提供最极致的基础体验。同时也在推进 Swift/SwiftUI/端智能/自动化等技术在复杂工程中的落地，为研发提供最前沿的开发体验。细节介绍可以参考：简聊抖音iOS基础技术有哪些岗位适合你。