在闲鱼,我们如何用Dart做高效后端开发?

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2019-05-17
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背景

后端应用中数据的存储、访问、转换、输出虽然都属于后端的范畴,但是其中变更的频率是不同的。通常领域对象确定之后,变化很少,但是客户端展示的变化很多,导致接口层(或者叫粘连前台和后台的胶水层)的变化非常快。大多数web应用采用统一的技术栈来实现后端,胶水层跟领域层使用统一技术,这样的做法仍然有可以优化的点:

  • 在预发环境中,代码构建、部署、验证的效率低;多人共用一个部署环境,相互干扰,成本增加。后端开发人员都渴望有一个独立、高效的开发环境,就像开发一个前端页面那样

  • 前台和后台技术不同,前台同学很难开发后端程序,闲鱼技术团队追求更高的开发效率,希望能够跨越服务端开发与前台的界限,让前台开发人员也能够写后端代码

  • 胶水层通常依赖很多后端服务,是IO密集型任务。我们理想中的编程框架能够像写同步代码一样简单,但享受异步的好处

为什么选择Dart

闲鱼技术团队选择使用dart作为胶水层的实现语言。

  • flutter证明了dart在客户端开发上的成功,闲鱼不仅走在flutter开发的前列,也正在尝试使用dart开发后端应用;dart是一种静态类型、支持泛型的面向对象语言。它的语法与主流开发语言(java,python,c/c++,javascript)很类似,同时在主流的语言语法基础上,dart增加了很多语法结构:getter/setter、方法级联、函数式编程、闭包,允许开发人员更加容易地写出简洁的代码。有人形容这门语言是傻瓜式的简单(stupid-simple to learn),在闲鱼可以做到所有技术同学都能够开发后端接口。

  • dart对异步化的良好支持对业务开发是强大助力。后端应用胶水层代码大多数IO密集型的任务,使用异步化技术可以把多个IO请求的总RT,从所有请求RT之和,降低为所有请求中最高RT。dart对异步有良好的支持,开发同学使用dart可以以近乎同步的代码风格取得异步的性能。我们以闲鱼宝贝详情页的代码举例,对比不同的编码方式。

    // java同步代码

    ItemDetailDO queryItemDetail(Long itemId) {

    ItemDetailDO data = new ItemDetailDO();

    data.setBrowseCount(IdleItemBrowseService.count(itemId));// 多少人看过

    data.setFavorCount(IdleItemFavorService.count(itemId));// 多少人点赞

    return data;

    }

    // dart异步代码

    ItemDetailDO queryItemDetail(int itemId) async {

    var data = new ItemDetailDO();

    await Future.wait([

    IdleItemBrowseService.count(itemId).then((count) => data.browseCount = count)

    .catchError((exp, stackTrace) => logError('$exp $stackTrace')),

    IdleItemFavorService.count(itemId).then((count) => data.favorCount = count)

    .catchError((exp, stackTrace) => logError('$exp $stackTrace'))

    ]);

    return data;

    }

    // rxjava异步代码

    ItemDetailDO queryItemDetail(Long itemId) {

    ItemDetailDO data = new ItemDetailDO();

    Flowable<Long> browseCountFlow = Flowable.fromCallable(

    () => IdleItemBrowseService.count(itemId)

    ).onErrorReturn(t -> 0).subscribeOn(Schedulers.io());

    Flowable<Long> favorCountFlow = Flowable.fromCallable(

    () => IdleItemFavorService.count(itemId)

    ).onErrorReturn(t -> 0).subscribeOn(Schedulers.io());

    Flowable.zip(browseCountFlow, favorCountFlow, (browseCount, favorCount) -> {

    data.setBrowseCount(browseCount);

    data.setFavorCount(favorCount);

    }).blockingFirst();

    }

在java中我们也广泛使用RxJava这种强大的响应式扩展实施异步操作。需要注意的是这里的两个服务调用都被放到一个IO线程池中运行, 这个线程池是无界的,容易消耗线程这种系统稀缺的资源。这意味着当流量非常大的时候,系统的线程池很容易被打满,需要设置合理的背压策略。

 可以看到dart的代码逻辑非常清晰,不像同步代码分散在各处;相比于同步操作,dart的异步操作允许我们同时等待多个IO事件,降低总的响应时间。dart的异步代码拥有同步代码的简洁容易理解的优点,又具有异步编程的性能优势。 dart异步的原理也是容易理解的。作为单线程语言,dart依靠事件循环运行代码。dart从main函数开始执行,我们在main函数里面创建Future,相当于在一个dart内部维护的事件队列(event queue)中添加计划任务(添加的任务并不会立即执行)。main中的代码执行完之后,dart事件循环开始从事件队列中依次获取任务执行。async/await是dart的语法糖,它允许开发人员能够以书写同步代码的方式来实施异步编程(在C#、javascript中也有类似实现)。被async修饰的方法返回一个Future,调用这样的方法,相当于创建一个Future。await一个Future,相当于把await之后的代码打包放在Future.then()的代码块里,这样就保证之后的代码在Future之后执行。由于任务存储于事件队列,dart在流量大的时候,内存消耗较大,也需要我们前期合理评估需求和分配系统资源。

Dart后端开发实战

为了提高开发效率,我们利用dart的特性构建了一套高效的隔离开发环境。在业务开发实践中,我们总结出基本的开发架构和代码模式。在这些技术基础上,开发了闲鱼宝贝详情页的主干业务。下面逐一介绍。

高效的隔离开发环境

我们以往的开发场景是:提交代码 -> 代码冲突(多人共用一个部署环境) -> 构建/部署 -> 通过接口验证 -> 提交fix -> 构建/部署 -> 验证 的迭代。在这个过程中,开发人员有可能需要亲自解决代码冲突,或者依赖别人解决代码冲突,需要等待构建/部署的时间(少则5分钟,多则十几分钟)。而且这个过程可能需要迭代多次,时间成本很高,如果因为其他开发人员的代码分支的问题导致部署失败,那么等待验证的时间成倍增加。这样的开发效率显然不是特别理想。 在闲鱼的dart应用中,这种问题会得到缓解。每个开发人员使用自己独立的开发环境,开发环境使用每个人的工号唯一识别。在不需要提交代码的情况下,开发人员把代码部署到远程预发环境中,并在本地调用预发服务,查看服务的输出,做到本地验证调试的效果。 在实现上,每个开发人员的独立开发环境对应预发机器上的一个isolate。dart的isolate相当于一个线程,但是不会和其他isolate共享内存。闲鱼技术团队使用每个开发人员的代码创建一个isolate,使用工号作为标识,代码可以全量替换掉运行中的isolate,也可以使用热部署增量替换掉isolate中更改的功能。整个过程非常快。在早期使用dart原生的编译器,发现速度较慢(10多秒)后,我们对dart编译器做了裁剪和优化,把编译时间从10多秒降低到几百毫秒(简单来说就是,把dart原生的编译器的附加功能,重新封装,然后通过JIT/AOT生成新的编译工具)。经过我们对dart开发环境的增强,现在开发dart胶水层接口,只需要点击开发工具上的一个按钮,就可以把修改的代码,在几秒内部署到远程的预发环境,并调用当前的开发接口,在本地查看输出,获得和在预发环境上验证一样的效果,体验就像在开发一个完全不依赖外部的本地应用程序。

业务开发架构

业务开发中最重要的部分是分离出变化和不变的部分,变化的部分用最灵活、快捷的方式实现(变的最多的地方当然用最快的方式处理),不变的部分使用稳定、高效的方式实现。我们已经把dart建设成为一种能够高效开发,并且适合客户端、前端、后端技术人员共同使用的技术。这种技术最适合应用于发生快速变化的接口层,也就是客户端和后端交互的地方,业务需求的变化导致这里的数据结构快速变化,也称之为胶水层。对于相对稳定的数据服务,我们使用java实现为领域服务。 上图是服务之间的交互图,实现方式如下图所示:

胶水层dart应用以HTTP协议方式作为MTOP接口提供给客户端调用,往下使用HSF从Java应用中获取数据。 通常先定义并开发好领域服务,然后再与客户端对接开发出接口,领域服务提供的接口,包含了获取基础数据的所有方法,开发好之后,很少发生变化;胶水层获取领域服务提供的数据,对数据进行加工、裁剪、组装,输出为客户端能够解析的视图数据,客户端解析、渲染、展示为页面。胶水层的代码大致可以分为:获取数据,然后数据处理和组装。抽象出代码模式如下所示:

    // 数据处理和组装

    void putTiger(Zoo zoo, Tiger tiger) => zoo.tiger = tiger;

    void putDophin(Zoo zoo, Dophin dophin) => zoo.dophin = dophin;

    void putRatel(Zoo zoo, Ratel ratel) => zoo.ratel = ratel;

    // 发起多个异步请求,所有请求完成后返回所有数据

    Future<T> catchError<T>(Future<T> future) {

    return future.catchError((e, st) => LogUtils.error('$e $st'));

    }

    Future<List<T>> waitFutures<T>(List<Future<T>> futures) {

    Future<List<T>> future = Future.wait(futures.map(catchError));

    return catchError(future);

    }

    // 服务接口

    Future<Zoo> process(Parameter param) async {

    var zoo = new Zoo();

    // 数据获取

    await waitFutures(

    Service1.invoke(param).then((animal) -> putTiger(zoo, animal)),

    Service2.invoke(param).then((animal) -> putLion(zoo, dophin)),

    Service3.invoke(param).then((animal) -> putRatel(zoo, animal))

    );

    return finalData;

    }

为了使用java的领域服务,我们首先解决了dart和java之间数据交互问题,主要是通过序列化对java类文件和dart类文件进行合理的转换,保证dart能够透明、简洁地使用java的数据结构,调用java的远程服务;在调用链路上设置全局唯一的上下文id,跨越dart和java调用栈,支持全链路排查;对所有的服务的成功率,rt和额外业务参数有详细的日志,可以配置以日志为数据源的监控告警等等(后续的文章将详细介绍我们对这些问题的详细解决方案,请持续关注哦)。

服务化详情页主干开发

闲鱼宝贝详情页是我们使用dart开发的一个重要项目。最早的闲鱼宝贝详情页把各个业务的代码逻辑耦合在一起,导致维护和变更困难,稳定性也难以保证。我们设计的swak框架(更多细节请查看文章swak框架 ),能够分离垂直业务的共性和差异性,把闲鱼宝贝详情页的实现分割成主干实现和垂直业务实现两块。我们使用自己开发的dart后端开发框架,对swak框架做了最小实现。项目完成了详情页主干的完整功能和基础优化:

  • 垂直业务路由:我们使用dart中的zone存储每个闲鱼商品的业务标识,代码生成的静态代理类依据业务标识调用相应的服务,在主干数据里填充各个业务的独有数据。zone是dart异步代码的执行环境,能够缓存一些可重用数据(业务代码里除非非此不可,尽量不要多用)

  • 作为远程服务的提供方:在hsfcpp对hessian协议的实现基础上做开发,dart也能成为远程服务的提供方

  • 服务调用的优化: 对java远程服务的代理做了优化,隔离业务层面对框架层的感知,做到透明调用

  • 解决缓存调用的差异性:我们依赖缓存的c++接口访问缓存,但是仍然需要处理java/c++缓存读写不兼容问题完成dart和java对同一缓存的同时读写 项目流程图可见下图:

实际效果

目前该项目已经上线超过6周,qps最高可达400,成功率在99.5%以上。整个调用链路的RT与同样功能的java应用持平。由于前期的精心设计,领域服务很少改动,大部分变更发生在dart胶水层。从上线后经历的若干次变更来看,dart胶水层从修改代码结束到提供给客户端使用总耗时不超过2分钟,而相同功能的java应用需要10分钟以上。

总结

dart是一门简洁、容易上手、对异步支持良好的编程语言,在flutter的开发中大放异彩。在我们的努力下,dart用于后端开发的支持逐渐完善,前台开发同学和后端开发人员快速高效地开发胶水层接口。未来我们会着力于进一步改善dart开发体验、与java项目的兼容性、提升dart远程服务的性能,挖掘dart在后端开发中更大的潜力。


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