Harttle

百度資深研發(fā)工程師，北京大學物理學學士和計算機科學碩士。2016年加入百度，曾負責和參與百度搜索Web極速瀏覽框架、MIP開源項目的研發(fā)，目前負責搜索結(jié)果頁和搜索推薦業(yè)務。LiquidJS 的作者，貢獻于San、Realworld Apps、hightlight.js、ALE、HTML5 Standard等項目。

導讀：前端發(fā)展飛速，從最開始的靜態(tài)頁面到 JavaScript，再從 PC 端到移動端，隨著大前端的復雜度不斷提升，很多公司開始前后端分離，剝離出前、后端架構(gòu)設計。那我們來看看，前端架構(gòu)設計是什么？曾經(jīng)非常簡單的前端架構(gòu)發(fā)展到現(xiàn)在有哪些問題，遇到前端代碼體量巨大、跨團隊協(xié)作效率、代碼耦合、技術(shù)棧落后等問題又該怎么解決？

一、什么是前端架構(gòu)？

前端架構(gòu)這一詞，相信很多人的定義都不太一樣；按照拆詞的解釋來看，我理解為“前端”+“架構(gòu)”。前端是指，Web 端的前臺頁面，包括網(wǎng)頁的內(nèi)容、樣式、腳本等，這三者通常封裝在組件中，可能是模板引擎的文件模塊，也可能是 MVVM 框架里的組件。“架構(gòu)”就更好理解了，架構(gòu)一詞來自建筑行業(yè)，可以理解是房屋的整體結(jié)構(gòu)、框架。結(jié)合前端和架構(gòu)的概念，“前端架構(gòu)”可以理解為，Web 頁面組件的抽象和組織方式。

又因為各個公司的業(yè)務不同，每個公司的前端架構(gòu)發(fā)展都不一樣，這里，我會拿百度移動端經(jīng)典的搜索場景來給大家舉例，希望從百度的移動端架構(gòu)演進過程中，發(fā)現(xiàn)一些共性的問題。

二、百度移動端背景及問題

為什么是以百度來舉例？是因為百度是國內(nèi)搜索引擎的領頭人，并且，目前一直處于行業(yè)領先狀態(tài)。據(jù) statcounter 前瞻產(chǎn)業(yè)研究院在 2019 年中國搜索引擎行中可以知道，百度搜索占全世界搜索引擎市場份額12.3％，居第二位，僅次于谷歌。所以用百度來舉例，更具有代表性。

言歸正傳，打開百度 App 你會發(fā)現(xiàn)，百度前端直接分為首頁和搜索結(jié)果頁，搜索結(jié)果頁是搜索的主要入口，每天承載著十億級流量。

不僅如此，搜索結(jié)果頁承載著許多產(chǎn)品線的需求和下游模塊的運行時，每年內(nèi)部的研發(fā)人員會提供五百多個產(chǎn)品需求，為十幾個下游模塊提供基礎庫和運行時。甚至還有后端協(xié)同，從圖 1 我們可以看出結(jié)果頁的整體架構(gòu)。

△圖 1：百度搜索結(jié)果頁的整體架構(gòu)

針對整體的架構(gòu)設計，有這些問題：

• 細分業(yè)務線眾多，單個庫代碼龐大；

• 平均每月有 200+ 提交，3w+ 行代碼；

• 80+ 開發(fā)者在同一個代碼庫中開發(fā)；

• 沒有人能完全掌握模塊整體技術(shù)。

于是，梳理出三個方面的問題：

1. 人員職責不清晰，單個模塊同時承擔了多個團隊的職責

• 框和 Tab：“全部”和垂類搜索共用；

• 運營產(chǎn)品：滲透在結(jié)果頁代碼庫里；

• 其他：結(jié)果列表、用戶反饋、搜索推薦、體驗日志、速度日志、計費邏輯……

2. 代碼耦合嚴重

• 容易出錯，代碼邏輯脆弱；

• 結(jié)構(gòu)僵化，不易新增功能；

• 依賴牢固，代碼很難復用。

3. 技術(shù)棧落后

• 頁面沒有組件化。沒有 Vue、沒有 React，還在用 Smarty 模板；

• 無法支持 Node.js。Smarty 模板強依賴 PHP 環(huán)境；

• 工具鏈落后。沒有 TypeScript、沒有 Jest。

這三個問題最終會影響到研發(fā)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量。那么百度又是怎么去具體做的呢？架構(gòu)優(yōu)化的目標只有兩個，一是滿足業(yè)務需求，二是技術(shù)上能對框架和工具靈活升級（也是為了持續(xù)的滿足業(yè)務需求）。根據(jù)“滿足業(yè)務需求”這一目標，百度內(nèi)部是制定了三個層面的方向。（如圖 2）

• 底層基礎層是貼近社區(qū)，因為據(jù)內(nèi)部調(diào)研來看，造輪子的成本不高，但是維護這些輪子成本極高，如果想更快的迭代，還是建議貼近社區(qū)，去用些開源的事情或者去貢獻開源。主要是解決技術(shù)棧落后以及職責不清晰等問題。

• 中間層是獨立模塊，主要是應對之前提到的職責不清晰的問題以及交付效率低等問題。主要是解決職責不清晰以及交付效率低等問題。

• 頂層就是組件化，在獨立模塊的基礎上去做組件化，加速業(yè)務的迭代。

△圖 2：業(yè)務需求的三個方向

三、怎么解決

根據(jù)這里提到的方向和目標，怎么結(jié)合百度自己的架構(gòu)落地呢？首先，回顧下百度的架構(gòu)，如下圖 3 可以看到。

△圖 3：百度搜索結(jié)果頁的整體架構(gòu)

1. 這里有兩塊日志，意味著同一套代碼要在兩個部分維護；除了重復之外，它們的差異會對后續(xù)的維護引入更高的成本；

2. 底層這個 HHVM+PHP 和社區(qū)更加擁抱 Node.js 會有沖突。

所以，百度同學把目標架構(gòu)調(diào)整為圖 4 所示。

△圖 4：結(jié)果頁的目標架構(gòu)

圖 4 中可以看到：

把日志、搜索框、相關(guān)搜索、性能打點等獨立成單獨的模塊，有專門的同學來獨立維護和迭代；

在前后端之間加了一層渲染層；讓業(yè)務代碼和后端的邏輯分開；

在底層加了 Node.js 機制。

目標、方向都解決好之后，就得看如何實施。對于一個小體量的庫來說，從零構(gòu)建架構(gòu)就行；但是對于百度來說，實施也是難點。不僅要考慮平滑遷移、性能不退化，還要考慮長期可維護性、安全性、跨平臺等。

前文也提到了，基本思路是按照基礎設施、模塊拆分、組件化的步驟執(zhí)行；基礎設施是業(yè)務模塊劃分的關(guān)鍵，完善的自動化和工具鏈是模塊化的前提；模塊化拆分可以為業(yè)務和團隊提供更好的橫向擴展能力；模塊化的基礎上，可以進一步在模塊內(nèi)部建設組件化方案來加速業(yè)務迭代。

在基礎設施需要關(guān)注的事情包括：

• TypeScript：大型項目必備，提前發(fā)現(xiàn)問題；也是跨平臺的基礎；

• 持續(xù)集成：確保每次變更新增功能和修復問題的同時，不引入新的問題；

• 單元測試：在重構(gòu)之初引入，幫助防退化和輔助設計。

模塊化拆分需要關(guān)注的事情包括：

• 識別和定義業(yè)務邊界，把大一統(tǒng)的倉庫分割成若干獨立的小倉庫；

• 在子模塊內(nèi)建設自動化機制，獨立地選型、開發(fā)、上線。

注意：

模塊化拆分不是技術(shù)問題，而是業(yè)務問題。只有根據(jù)業(yè)務和產(chǎn)品進行垂直劃分，才有可能達到解耦和獨立迭代的目的。否則只是形式上拆分耦合的代碼，會造成更大的維護和溝通成本。

由于組件是業(yè)務模塊內(nèi)部的選型，組件化的方案相對比較自由。只需要不嚴重影響性能，且能夠平滑過渡即可。

四、落地方案

1. 模塊化

具體的落地方案，我們也用一張圖（圖5）來表示。可以看到它分為服務端和瀏覽器端兩部分。

• 服務端關(guān)心的問題是業(yè)務模塊的劃分以及運行時的組合；

• 瀏覽器端關(guān)心的問題是依賴的解決以及如何支持組件化方案。

△圖 5：具體的落地方案

2. 服務端

百度是把整個大模塊拆分成多個獨立業(yè)務模塊，最終頁面由模塊組合而成。這要求業(yè)務模塊具有統(tǒng)一的接口，即上圖所示的 Molecule 接口，它定義了模塊如何渲染、有哪些依賴等信息。因為渲染過程封裝在了模塊內(nèi)部，所以整個架構(gòu)可以支持多語言、多框架。

相信你也發(fā)現(xiàn)，Molecule 和微服務非常相似。它們的關(guān)鍵區(qū)別在于，微服務的服務之間通過 IPC 互相操作，且每個服務可以獨立伸縮、獨立部署；而 Molecule 的各模塊存在于同一個進程里。雖然有這樣的區(qū)別，Molecule 仍然可以實現(xiàn)和微服務近乎相同的特性，如圖 6 所示。

△圖 6：Molecule 和微服務的比較

圖 7 展示的是一個具體的業(yè)務模塊的服務端入口文件，其中 ToptipController 是實現(xiàn)了由 Molecule 提供的控制器接口；這個接口要求提供一個渲染函數(shù)，接受一個字典類型的數(shù)據(jù)，返回渲染之后的頁面內(nèi)容。由調(diào)用方?jīng)Q定如何組裝頁面。

△圖 7：具體的業(yè)務模塊的服務端入口文件

如上是業(yè)務模塊提供方的接口。此外 Molecule 機制還為調(diào)用方（組裝最終頁面的那一側(cè)）提供了方便的接口，可以在需要引入子模塊的地方，傳入子模塊名稱和參數(shù)即可在運行時渲染出來。整個機制的原理很簡單，但實際使用中可能還需要引入命名空間、考慮模塊版本等問題。

3. 客戶端

那么客戶端如何運行起來呢？我們也需要把每個模塊的瀏覽器端組件運行起來，困難在于組件之間的依賴和代碼共享。這些組件可能位于不同的代碼庫并屬于不同的業(yè)務，所以我們需要一個非常松散的依賴方式。

這里我們引入的是一個依賴注入的容器（圖 8），總的來說，框架邏輯和通用工具都封裝成具體的Service提供給業(yè)務模塊使用，每個業(yè)務模塊則需要定義它依賴于哪些Service。

△圖 8：客戶端設計

圖 9 形象地描述了組件、Service 和容器間的關(guān)系。

△圖 9：組件、Service 和容器之間的關(guān)系

其中藍色代表具體的Service，其他顏色表示獨立的業(yè)務模塊。運行時容器會負責解決每個業(yè)務模塊的依賴，并把這些業(yè)務模塊組裝起來，最終得到可交互的 Web 頁面。

注意：

業(yè)務模塊之間是獨立的，一個業(yè)務模塊無法依賴于其他業(yè)務模塊，只能依賴于通用 Service。因此如果存在業(yè)務模塊之間的產(chǎn)品邏輯耦合，可能需要一個通用 Service 作為媒介，比如容器里提供一個起事件總線作用的 EventService。

圖10是業(yè)務模塊的客戶端代碼示例。它的依賴通過構(gòu)造函數(shù)來聲明，運行時容器負責依賴的創(chuàng)建，而業(yè)務模塊只需要關(guān)心依賴的使用。正是使用和創(chuàng)建操作的分離，使得業(yè)務模塊之間、業(yè)務模塊和頁面框架之間可以解耦，可以獨立地開發(fā)、獨立地測試。

△圖 10：業(yè)務模塊的客戶端代碼示例

以上是模塊拆分的整體方案，我們回顧一下：在服務端通過一個叫做 Molecule 的接口來組合業(yè)務模塊；在瀏覽器端通過一個 DI 容器來解決依賴關(guān)系，并啟動所有業(yè)務模塊。

4. 組件化

組件化方案直接影響業(yè)務開發(fā)的的效率，換句話說，組件化方案某種程度上決定了業(yè)務同學寫怎樣的代碼。組件化也可以幫助解決職責不清晰等問題。我們選的組件化方案是 San，你也可以基于你的業(yè)務或偏好選擇 Vue 或者 React。業(yè)務代碼的遷移比較直觀，就是從 Smarty 模板遷移到 San 組件，從 HTML 字符串拼接變成有業(yè)務語義的組件結(jié)構(gòu)。

接下來重點關(guān)注組件化方案的兩個關(guān)鍵技術(shù)問題，跨平臺和頁面性能。

1）跨平臺

我們有非常多的業(yè)務代碼，有上千個模板、幾十萬行代碼，這些代碼需要遷移到組件化方案上來，而且要確保后端從 PHP 遷移到 Node.js 的整個過程中，業(yè)務代碼不需要重新開發(fā)。所以業(yè)務組件如何跨平臺呢？關(guān)鍵在于抽象。

• 高層語言：我們業(yè)務代碼需要使用一個足夠高層的語言，這里我們用的是 TypeScript，可以翻譯到多個平臺；

• 依賴反轉(zhuǎn)：我們的高層的業(yè)務的模塊不應該依賴于具體的底層模塊，而是它只依賴于接口，這樣才有可能在不同的平臺給它替換掉不同的底層的實現(xiàn)；

• 抽象接口：最后是 Molecule 這個接口的設計應該足夠的簡單；Molecule 接口不依賴底層實現(xiàn)，比如 PHP 的具體 API。

做到以上幾點就可以完成平滑的過渡。這個過程中又分為三個階段（圖 11）。

△圖 11：平臺過渡的三個階段

2）頁面性能

引入前端框架通常意味著體積增加，性能下降，而性能直接影響搜索收入，因此頁面性能是項目成功的關(guān)鍵。如果性能會比模板引擎的性能差，那么這個項目很可能會夭折。如何去保證頁面性能？著重介紹兩個優(yōu)化點。

• 引入 SSR：引入服務端渲染，首屏性能可以得到明顯提升；

• SSR 優(yōu)化：傳統(tǒng)的 SSR 上還需要進一步優(yōu)化性能。

引入SSR。為了解釋SSR的重要性，請看圖12。瀏覽器加載頁面分為四步：請求頁面、請求外鏈資源、執(zhí)行腳本、渲染組件。從圖中的對比可以看出，CSR在前面三步的時候，用戶都是看不到頁面的；而引入SSR之后，在第二步用戶就能看到請求回來的頁面。SSR它最大的一個用途就是提升首屏時間。

△圖 12：CSR和SSR的比較

SSR 優(yōu)化。只是引入 SSR 還不能讓性能達到預期，因為相比于模板引擎直接拼接字符串，SSR 需要遞歸渲染組件，尤其是遞歸 VNode 比較耗時。對此 San SSR 相比于 Vue/React SSR 做了很多改進。

• 去 VNode：編譯期遞歸 VNode，運行時只做 HTML 拼接；

• 編譯期計算：盡可能把工作移到編譯期，減小運行時開銷；

圖 13 展示了最終的 San SSR 和改造前的 Smarty 模板引擎的性能對比。

△圖 13：最終的 San SSR 和改造前的 Smarty 模板引擎的性能對比

可以看到 Smarty 和 San SSR 在不同的場景會有不同的表現(xiàn)，因為它們的渲染方式非常不同。最終搜索結(jié)果頁的組件化的 SSR 上線之后，線上實驗效果顯示比 Smarty 要快 10ms左右。這個已經(jīng)是一個很不錯的效果了，我們用組件化從性能上打敗了模版引擎。

五、結(jié)語

針對百度搜索引擎在架構(gòu)演化中遇到的問題，相信在其他領域也會有一些共性的東西。通過百度的解決思路，希望能對正在做前端架構(gòu)的你有一些啟發(fā)。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的百度十亿级流量的搜索前端，是怎么做架构升级的？的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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