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微信團隊分享:微信支付代碼重構帶來的移動端軟件架構上的思考
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本文原文由微信客戶端高級工程師方秋枋原創發表于WeMobileDev公眾號,即時通訊網收錄時有修訂和加工,感謝作者的無私分享。


1、引言


作為一個重要業務,微信支付在客戶端上面臨著各種問題。

其中最核心問題就是分平臺實現導致的問題:

  • 1)iOS 和安卓實現不一致:容易出 Bug、通過溝通保證不了質量;
  • 2)擴展性差且無法快速響應業務需求:需求變更迭代周期長、數據上報不全面;
  • 3)質量保障體系不完善:缺少業務及設計知識沉淀、協議管理松散、缺少統一的自動化測試;
  • 4)用戶體驗不一致:比如下圖就是之前安卓和 iOS 沒有統一前的收銀臺。

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▲ 微信安卓片和iOS版,沒有統一用戶體驗前的收銀臺功能

為了解決分平臺實現這個核心問題,并解決以往的技術債務。我們建立起了一整套基于 C++ 的跨平臺框架,并對核心支付流程進行了重構。微信支付跨平臺從 iOS 7.0.4 版本起, 安卓從 7.0.7 版本起全面覆蓋。

重構后的軟件架構原理如下圖所示:
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本文分享了微信團隊基于 C++ 的移動端跨平臺技術在重構整個微信支付功能的過程中,對于移動端軟件架構設計方面的思考和實踐總結。

術語約定:本文中的名詞 CGI 可以理解為一個網絡請求,類似HTTP請求。

擴展閱讀:本文引用的所有圖片均來自《基于C++構建微信客戶端跨平臺開發框架(PPT) [附件下載]》,如有需要可前往下載PPT原稿。

2、關于作者


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方秋枋:畢業于華中科技大學,現為微信客戶端高級工程師。目前主要負責微信支付的跨平臺開發框架與相關業務開發。

是開源項目 SwiftNotificationCenter ,SwiftTimer ,SwiftCssParser 的作者。業余時間也喜歡混跡在 SwiftGG 翻譯組,老司機 iOS 周報給大家翻譯文章,摘錄周報。喜歡 Simple and Stupid 的代碼。熱愛科技、開源。


3、先感受一下本次重構的線上效果指標


以 iOS 上線情況為例。

3.1Crash 率


上線前后 Crash 率保持平穩,沒有影響微信穩定性,跨平臺支付無必現 Crash,做到了用戶無感知切換。

舉個例子,大家可以用微信發一筆紅包,拉起的收銀臺和支付流程就是由基于C++編寫的跨平臺代碼所驅動的。

3.2效能提升


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以核心支付流程代碼為例,跨平臺需要 3512 行,iOS 原生需要 6328 行。減少了近 45% 的代碼。

以新需求開發為例:

  • 1)7.0.4 版本需求一:收銀臺改版;
  • 2)7.0.4 版本需求二:簡化版本收銀臺。

重構后的軟件架構對開發效率的提升對比:

  • 跨平臺實現:iOS + 安卓 共計 3 人日,在封板時間前完成;
  • 原生實現:iOS, 安卓封板時間后一周才基本完成;
  • 跨平臺實現:iOS + 安卓共計 5 人日,在封板時間前完成;
  • 原生實現:iOS, 安卓封板時間后一周才基本完成。

那么支付跨平臺軟件架構怎么樣有效進行質量保障,并且提升生產力呢?這是這篇文章的主要內容。

對基于 C++ 如何從零到一構建跨平臺框架感興趣的同學,可以看看我在2019 QCon 廣州站的演講 《基于 C++ 構建微信客戶端跨平臺開發框架》PPT原稿。

4、什么是軟件架構


什么是軟件架構?正如 Ivar JacobsonUML 之父)說過的一樣,找五個人來回答這個問題,五個人可能都有各自不同的答案。

Ivar Jacobson博士:
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現代軟件開發之父Ivar Jacobson博士被認為是深刻影響或改變了整個軟件工業開發模式的幾位世界級大師之一。他是模塊和模塊架構、用例、現代業務工程、Rational統一過程等業界主流方法、技術的創始人。Ivar Jacobson博士與Grady Booch和James Rumbaugh一道共同創建了UML建模語言,被業界譽為UML之父。Ivar Jacobson 的用例驅動方法對整個OOAD行業影響深遠,他因此而成為業界的一面“旗幟”。


架構定義可以有很多種說法,從代碼規范到發布流程都可以是架構的一部分。

針對微信支付的業務特點,這里對架構的定義是:架構是系統的組成部件及其之間的相互關系(通訊方式)。這更符合我們程序員日常編寫業務代碼時對架構的理解。也就是通俗意義上講的 MVC,MVVM 等。

5、為什么需要軟件架構


早在 1986 年的時候,《人月神話》的作者在討論軟件的復雜性時,談到:軟件的本質復雜性存在于復雜的業務需求中。

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▲ 軟件工程不朽的經典《人月神話》書籍(中文版)封面

而管理復雜性,最根本的手段就是職責分離。為了實現職責分離,代碼重用,架構慢慢地復現出來。架構的本質是管理復雜性。

沒有架構,我們所有的代碼都耦合在一起,人類的心智模型不擅長處理這種復雜性,架構的設立,和圖書館的圖書分類,公司的組織劃分等,本質都是一樣的。是為了管理復雜性,以取得更高的生產力。

6、從0到1:構建微信支付跨平臺軟件架構


在移動客戶端領域,業界基于 C++ 來編寫業務代碼,并沒有成熟的架構。即使使用 C++ 編寫業務邏輯,但都不涉及 UI,不涉及界面的跳轉流程。

既然業界沒有一個成熟的架構可借鑒,那么是不是直接把業界通用的架構簡單套用一下就好?

6.1抽象業務流程


現在業界通用的有 MVC , MVP, MVVM 。這些大家都熟悉的軟件架構。但是這些軟件架構都存在一個問題: 那就是沒有處理好業務流程, 界面轉場。

微信支付的流程多。而流程就是由一個個的界面(ViewController,Activity)和相關的業務邏輯組合而成。

上面的 MV(X) 模式忽略了一個非常重要的一點,那就是業務流程,界面的轉場究竟由誰負責。也即 ViewController 與 ViewController 之間的關系由誰維護,業務流程的邏輯寫在哪里。如果還按照傳統的 MVC 模式,那么 ViewController 自己負責和不同的 ViewController 通訊。那么 ViewController 得不到復用,更致命的是業務流程的代碼非常不清晰,業務流程的代碼都被分散到各個 Controller 中, 而一個 Controller 又可能耦合了多個業務的代碼。

舉個例子:一個普通的轉賬流程,可能會涉及風控攔截,實名驗證, 收銀臺, 綁卡,支付成功頁等等。如果是基于 MVC 這種架構的話,很快代碼會變得難以維護。

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因此:為了適應微信支付流程多,界面跳轉復雜的特點。架構抽象的第一步就是將業務流程抽象為一個獨立的角色 UseCase。同時, 把界面抽象為 UIPage。 一個大的業務流程可以分解為一個個小的業務流程。

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和剛才基于 MVC 混亂的架構相比:

  • 1)業務流程的代碼能夠聚合到 UseCase 中,而不是分散到原來 iOS, 安卓的各個 ViewController,Activity 中;
  • 2)業務流程和界面得到了復用;
  • 3)契合微信支付多流程,界面跳轉復雜的業務特點。

6.2加入路由機制


既然流程得到了抽象,這個時候需要針對業務流程做更深的思考。在開發支付業務流程時,開發者不可繞過的問題有下面這些。

流程之間,頁面之間的流傳:

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比如我們要給一個朋友轉賬,輸入金額,確認支付,觸發 Cgi 后。下一個流程是多變的。有可能用戶需要去實名,有可能用戶要進入一個安全攔截的 WebView,或者是正常拉起收銀臺。

注意:本文中的名詞 CGI 可以理解為一個網絡請求,類似HTTP請求。

那么以往在 iOS, 安卓分開實現時,都沒有一個統一的處理機制。要么就是通過網絡回包的某個字段來判斷,要么就是本地維護一些狀態來決定下一步走什么流程等等。非常繁瑣,易錯。

特殊流程的處理:

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支付業務流程還有個特殊的地方,那就是在正常流程的中間,往往很多時候要需要插入一些特殊流程。比如有些地方要跳轉 Webview, 有些地方要跳轉小程序,有些地方要彈窗告知用戶風險,或者終止當前流程,等等。我們經常需要在業務代碼里面不斷重復增加這樣的處理。

這些問題,引導我想到,微信支付需要一個路由機制。

首先了解一下路由機制:
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路由機制的核心思想,就是通過向路由傳遞數據,然后路由解析數據,并響應。

結合微信支付和網絡密切相關的特點。創新地將支付領域模型作為傳遞的數據。

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那么怎么建立這個支付領域模型的呢?

建模,就是建立映射。領域知識 + 建模方法 = 領域建模。那么這里的領域知識,就是對支付業務流程的理解。建模方法,我采用了 UML 建模。最終會落地為 Proto 協議供客戶端和后臺一起使用。

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首先:微信支付業務特點就是和網絡密切相關,流程和頁面往往是由 Cgi 串聯起來。因此建立模型時,最外層便是網絡回包。對于路由機制,這里我們只關心路由數據模型。

路由數據模型由路由類型,還有各個路由類型所需要的信息組合成。

路由類型清晰的定義了要觸發的行為。究竟是要開啟一個 UseCase,還是要打開一個界面,或者 網頁,小程序,彈窗等等。

然后:就是這些行為所需要的數據。比如打開小程序所需要的參數,彈窗所需要的參數等。

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建立支付領域模型后,我們路由的解析就變得非常清晰了。路由解析之后,會根據路由類型,觸發不同的動作。

比如流程,界面流轉,會交給 UseCase 處理。

而特殊流程,比如打開小程序,打開 webview, 彈窗這些行為會統一進行處理。

我們在第一步把業務流程抽象為 UseCase。第二步則加入了路由機制。

加入路由機制后,支付跨平臺的軟件架構演進為這個樣子:
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加入路由機制后,對比微信的iOS、安卓原來的舊架構:

  • 1)統一了流程,頁面的流轉。清晰,易維護;
  • 2)統一了特殊流程的處理,減少重復工作;
  • 3)在加入路由機制的時候,結合微信支付和網絡密切相關的特點進行了支付領域建模。支付后臺協議重構 2.0 的核心思想也是圍繞著這個路由機制展開。

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再來看一下,加入路由機制后,對生產力的提升。以支付流程打開 WebView,、小程序為例,減少將近 83% 的代碼。更重要的是,這里的特殊流程,是在路由機制里面統一處理的,沒有耦合到業務代碼中,并且是可復用的。

6.3管理網絡請求


首先看看原來 iOS 處理支付網絡請求的缺陷:
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原來支付的請求,都是通過一個單例網絡中心去發起請求,然后收到回包后,通過拋通知,或者調用閉包的方式回調給業務側。

會存在這樣兩個問題。

1)CGI 一對多通訊問題:

舉個之前遇到的問題:
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如上圖所示,錢包發起的 Cgi 的回包會覆蓋收付款頁面的數據。之前在 iOS 只能通過修修補補,增加場景值,增加些標記位來解決?赡苣骋惶炀蜁殖霈F新的坑。

具體的問題流程是:

  • a. 進入錢包頁面后,發起了一個 Cgi;
  • b. 然后進入收付款頁面也發起同一個 Cgi;
  • c. 如果收付款發起的回包先到;
  • d. 然后錢包首頁的回包再到。

2)CGI 生命周期問題:

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如上圖所示,不時會有用戶反饋一下,怎么沒有做什么操作,突然就會彈出網絡報錯。

原因就是 Cgi 的生命周期有問題,在業務結束后,Cgi 的回包仍然得到了處理。

在我們的解決方案里,將在構架的如下兩個方面進行優化和處理。

1)將 Cgi 抽象為獨立對象:

在架構設計上來說,舊架構是通過單例模式實現的集約型 API,而我們新的架構則是通過命令模式實現的離散型 API。

也就是將 Cgi 封裝為獨立對象。我們把 Cgi 相關屬性和能力內聚起來。開發業務時,只需簡單繼承 BaseCgi,設置一下參數即可。

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2)劃分職責,明確生命周期:

關于 Cgi 由誰發起,之前安卓和 iOS 都沒有一個統一的做法。有些人會放到 Activity,ViewController,和 UI 代碼耦合起來。

因此,在跨平臺軟件架構中,我們統一由業務流程 UseCase 進行發起。并且生命周期是一對一的,一個 Cgi 只會有一個 UseCase 處理, UseCase 銷毀后,Cgi 也隨之銷毀。

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對比舊架構:

  • a. 杜絕了一對多通信造成的 Bug;
  • b. 生命周期和業務邏輯綁定,不會出現業務結束,Cgi 回來后再觸發動作;
  • c. 高內聚,低耦合。將 Cgi 相關的數據,能力集中處理,業務側無需感知;
  • d. 提供統一的緩存,加密能力。

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在上述第a步和第b步,我們抽象了業務流程,加入了路由機制:

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在上述第c步管理網絡請求后,我們的軟件架構演進為這樣子:
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6.4規范數據傳遞


iOS 和安卓的舊架構都存在信息傳遞不當和數據污染問題。這個問題最嚴重。iOS 和 安卓都出過不少 bug。

首先我們來看看最近現網出現過的問題:

之前 iOS 出現,不少內部同事,外部的用戶都在反饋:進行零錢頁后,會無故彈空白框。而支付又和金錢有關,引起用戶的恐慌(見下面的演示視頻所示)。


▲ 視頻原地址:點此進入

大致的原因,如下圖所示:
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具體原因就是:

  • 1)進入支付首頁時,后臺返回了數據,然后被寫入到一個公共的 Model;
  • 2)然后進入錢包頁,再進入零錢頁。這個公共 model 一路被傳遞過去;
  • 3)然后零錢頁讀取了公共 Model 的數據,但是代碼無法處理,導致出現了這個讓用戶恐慌的問題。

除此之外,之前還有有很多發生在安卓,iOS ,像錢包頁零錢展示錯誤。付款的時候。銀行卡失效等等問題。

這些問題五花八門,看起來發生的地方,場景都不一樣。每次遇到這類問題的時候,就只能去修修補補。

但是深究下去,會發現真正的原因,是軟件架構上存在的問題:
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支付舊的架構采用了黑板模式,雖然方便了數據讀寫,但是帶來的問題和收益完全不成正比。

具體存在以下問題:

  • 1)存在公共讀寫的數據類型:安卓傳遞的數據類型是一個字典,而 iOS 則是一個 Model 對象。所有的界面,業務邏輯都共用一個數據;
  • 2)無序的數據流動:數據的流動是不可追溯的,數據的修改可以發生在任意使用公共數據的地方。

那么支付跨平臺軟件架構,為了杜絕這樣的問題,我是這么做的:
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具體的思路是:

  • 1)去掉公共讀寫的數據類型;
  • 2)傳遞值類型(Value Type)的數據, 后面流程修改數據時,不影響前面的流程;
  • 3)單向傳遞數據,只依賴注入必要數據;
  • 4)如果數據修改需要通知前序流程,使用代理模式通訊。

上述的前面三步,我們抽象了業務流程,加入了路由機制,統一管理網絡請求:
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那么規范數據傳遞后,我們軟件架構就演進為這樣子:
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規范數據傳遞后,對比舊架構:

  • 1)從架構上根本解決了困擾微信支付已久的數據污染的問題;
  • 2)數據的流動變為單向,數據流動變得可追溯。

7、本文小結


軟件的本質復雜性存在于復雜的業務需求中。而軟件架構的本質就是管理復雜性,因此真正的好的架構,正是在復雜的業務需求中反復提煉和總結歸納而來,解決了真正的業務問題,不是空談。

軟件架構除了清理歷史舊架構的缺陷,是我們業務開發的基石之外。還能夠賦能業務,為業務帶來價值。在建立軟件架構的基礎上,還圍繞著軟件架構建立起微信支付的跨平臺自動化數據上報機制,防重復支付,安全橫切等帶來巨大業務收益的能力。有機會的話,后面也會進一步編寫相關文章和大家交流探討。

架構是一個不斷演進的過程,隨著新的支付業務基于跨平臺軟件架構的不斷編寫, 我也會對這個架構進行持續的更新迭代。讓這個軟件架構更貼合微信支付,更加健壯和完整。

擴展閱讀:本文引用的所有圖片均來自《基于C++構建微信客戶端跨平臺開發框架(PPT) [附件下載]》,如有需要可前往下載PPT原稿。
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