拓荒微信1.0 for Android的測試版本于2011年1月發(fā)布。這是微信Android客戶端的第一個版本，軟件架構采用早期標準的Android系統(tǒng)應用設計。

【圖1】

第一個版本是兩個人用了一個多月的時間開發(fā)出來的，其中一個還是剛剛畢業(yè)沒多久的實習生。這個時期團隊一窮二白，資源有限、經(jīng)驗不夠，主導思想是，復雜的事情盡量交出去做，保持最精簡的客戶端代碼。得益于Android應用開發(fā)簡單快速，從結構上看，這個時候其實還沒有到需要特別設計的階段，是最原始、簡單的Android應用。

當然，再簡單的軟件也要考慮基本的設計思路。分層設計思想從這最早的版本開始引入一直到今天?；仡櫘敃r的設計，更像是MVP結合事件通知機制。從最上面由Activity組件組成的UI層（VIEW），往下到由NetScene組成的表現(xiàn)層（Presenter），再往下Network負責網(wǎng)絡長短連接與數(shù)據(jù)庫的通信與Storage組成的存儲層。NetScene是一個網(wǎng)絡或者本地任務的基本單元，包括操作網(wǎng)絡做數(shù)據(jù)收發(fā)、協(xié)議編解碼，操作數(shù)據(jù)庫做各種聯(lián)系人、消息模塊的讀寫。典型的例子如發(fā)送一條消息NetSceneSendMsg、做一次收信同步操作NetSceneSync。1.0版本的微信整個UI的activity可能不超過五個。

這個階段，不需要做什么“減法”，我們的安裝包也只有354k。

成長微信的快速增長，從2.0版本開始第一次爆發(fā)。從語音版，到附近的人、漂流瓶，再到搖一搖。這個階段的我們，似乎將全部的時間和精力都放在新功能拓展上。新的Activity、新的NetScene加上新的Storage，在看似成熟的框架里，一個功能就這樣完成了。簡單、快速、暴力。隨之而來的，是一些之前完全沒有想到會可能出現(xiàn)的問題，讓最開始接觸Android開發(fā)的我們措手不及。

早期版本因為經(jīng)驗的問題，產(chǎn)品上很多功能不去想也不敢去想，版本開發(fā)的時間跨度也比較長。隨著開發(fā)經(jīng)驗的積累和對產(chǎn)品方向的理解，3.0之后的每一個小版本都處在一到兩周的高速迭代過程中。

追求更好的用戶體驗，更多豐富的功能是產(chǎn)品經(jīng)理們永遠不會放棄的事情，尤其是在新功能為微信的新增用戶帶來了一次次爆發(fā)式的增長之后，更是無法控制。功能的試錯頻率大大加速，機型覆蓋量上升后的兼容性問題也逐漸暴露。代碼量、內(nèi)存占用、安裝包體積迅速膨脹。而同樣處于發(fā)展中的Android系統(tǒng)，也給我們埋下了很多坑，需要開發(fā)自己來實現(xiàn)、修復和優(yōu)化。放在今天webview組件不再是什么問題，但在2.3之前的系統(tǒng)里面都會存在嚴重的內(nèi)存泄露。內(nèi)存問題為微信客戶端架構的第一次進化埋下了伏筆。

變革在微信1.0時代的時候，我們的關注點更偏向功能，隨著用戶增長，性能和穩(wěn)定性問題逐漸浮上水面。2.0版本后，用戶反饋中微信消息推送不及時的比例在上升，作為一款目標替代短信的即時通訊應用，無法及時收取別人發(fā)來的消息，這一點是非常致命的。

Android 1.5、1.6、2.1在當時是主要的版本，那個時候是沒有今天的GCM的，甚至連C2DM也是2.2系統(tǒng)之后才會有的。而谷歌服務在國內(nèi)被屏蔽，在相當長一段時間內(nèi)，無論是C2DM還是GCM都無法正常進行推送。沒有像APNS一樣穩(wěn)定的推送通道可供Android平臺的應用使用，怎么辦？自己實現(xiàn)。

國內(nèi)網(wǎng)絡的特殊性，使得我們再實現(xiàn)微信推送機制時，需要維持準確的心跳周期。如果一段時間沒有活動，運營商便會將長連接斷開以回收資源，這時服務器發(fā)消息給客戶端就接收不到了。進一步研究發(fā)現(xiàn)，運營商網(wǎng)絡的時間限制各個地區(qū)不同，有的地區(qū)有兩分鐘，有的地區(qū)有半個小時，這種情況是不可接受的。我們的解決方案是縮短心跳間隔，在網(wǎng)絡運營商把客戶端到接入點之間的連接斷開之前，我再發(fā)送一次心跳，主動維持住這個長連接的活性。這個我們稱之為長連接的?；?。關于長連接的保活策略，微信也做過多次優(yōu)化，這里另文介紹，不再贅述。

還記得前面說微信的膨脹嗎？代碼、內(nèi)存、apk大小都在膨脹，這其中，內(nèi)存對消息收發(fā)的影響很關鍵。Android運行時的擇優(yōu)置換機制，會選取占用資源最多的程序結束掉，除了微信自己功能膨脹導致內(nèi)存占用加大之外，前面說的不省心的webview，還會給我們在內(nèi)存問題上挖坑。而結果就是在用戶手機運行APP比較多的時候，微信會被系統(tǒng)殺掉回收資源，消息收取不及時的問題就出來了。

如何解決？方法其實不少，微信選擇的，是輕重分離的思路。通過在微信3.5版本時候做的架構重構，實現(xiàn)了不受功能增長、系統(tǒng)缺陷影響的穩(wěn)定推送方案。

【圖2】

對比v1.x版本的微信客戶端架構圖，我們將右下角Network的部分用輕重進程分離的思想，獨立到一個單獨的進程（:push）中，而上面兩個層級依然跑在微信的主進程（:worker）中。而對于有內(nèi)存泄露問題的webview或者其他不頻繁使用的功能，再把其分離到獨立的工具進程（:tools）中。通過分離進程，微信第一次重構解決了系統(tǒng)因為微信資源消耗，主動干掉微信服務的困境。分離后的push進程內(nèi)存占用以及被系統(tǒng)kill回收的幾率大幅降低，而對于worker和tools進程，我們不再要求其一定存在，只在用戶收到消息，或者進入h5相關功能界面時存在即可。這個版本的架構變更基本達成了我們設定的目標，無論是電量還是平均待機內(nèi)存消耗上都大幅度下降，從內(nèi)存上來看下降了70%，電量的話也比競品和我們前一個版本有好轉。

當然任何事物都有兩面性。這一次架構的改變存在的問題逐漸在我們后面的開發(fā)當中暴露出來。比如進程每一次都要重新加載，里面所有的Cache、圖片、界面全部要重新去執(zhí)行一遍同樣的代碼，每一次加載內(nèi)存都需要重新消耗時間。而啟動速度變慢，則是最明顯，用戶最能感知的問題。“地球出現(xiàn)頻率高了”是我們在這一時期經(jīng)常聽到的聲音。而系統(tǒng)資源的消耗實際上比原來單進程的時候會更多，每一個進程都需要額外多占用一份虛擬機部分的內(nèi)存。

這些缺點在3.5版本時代是可以接受的。從監(jiān)測結果上看，啟動速度變慢將微信的啟動速度延長到了秒級，從原來的300-500毫秒到現(xiàn)在800-1000毫秒的級別。主要的圖片緩存失效，則通過異步加載、解碼、展示解決。拉長來看，微信的主進程資源會被自動回收，平均內(nèi)存占用相比之前還是下降的。即便在今天來回顧，依然可以看到，輕重進程拆分的思路是正確的選擇。即便系統(tǒng)層面各種各樣的bug逐漸減少，但應用的迭代使得功能一定不會減少。為了保證圖片、資源類在速度上的體驗，內(nèi)存的消耗也只會更大，是空間換時間的思路。而輕重分離，保證了核心服務在設備資源發(fā)生競爭時最大概率存活的同時，不造成對設備過多的資源占用。典型的場景就是用戶開啟游戲、視頻錄制通話等大型應用，作為常駐應用，不應該搶占額外的有限資源，需要做到“該放手的時候就放手”。

進化很快，微信的架構演進進入了第三個階段（v3.x）。微信4.5版本的開發(fā)過程中，出現(xiàn)了無法安裝在一部分Android 2.3以下系統(tǒng)的機器上，當時2.3的市占率還在50%以上。試想一下，市場上一半用戶的手機不能安裝使用微信，這對我們是一個致命打擊。放在今天看，2.3早已被淘汰，但在當時，我們不可能停下來等待，無論從開發(fā)和產(chǎn)品來說都是不可接受的。技術分析的直接原因就是，微信的發(fā)展速度太快，觸發(fā)到Android虛擬機機制的設計缺陷。

兩個問題，一是單dex 65535方法數(shù)限制，二是線性內(nèi)存分配器（LinearAlloc）限制。今天的Android開發(fā)者看到這兩個限制都不會陌生。前者是因為Android的早期設計中，對dex文件中方法id用16位整型標記，單個dex文件中的方法數(shù)無法超過65535，eclipse環(huán)境中生成不了未做過proguard的debug apk。后者則是dalvik虛擬機用來加載類的堆內(nèi)存大小被硬編碼了，2.3以下是5M，2.3以上是8M，微信無法安裝的原因就是因為這個堆內(nèi)存被耗盡導致dexopt失敗。

今天來看，Google已經(jīng)給出了一些可靠的解決方案，輔以更加先進的gradle + Android Studio，開發(fā)者們可能根本不會再遇到這兩個經(jīng)典問題，。官方的MultiDex分dex機制解決了方法數(shù)限制的問題，其中main dex最小化原則，結合dalvik LinearAlloc heap size調整（修改到了16M），使得dexopt的失敗幾率大幅下降。而art的出現(xiàn)徹底不再存在LinearAlloc這樣的限制。回過來再看，那個時代里微信是如何通過軟件架構調整解決這些問題的。

微信在高速發(fā)展過程當中，到5.0的時候已經(jīng)有很多功能，而其中一些功能，隨著用戶群體、產(chǎn)品設計等因素變化，用戶使用的頻率在改變。之前試錯的一些功能，也大量存留在微信版本中。這些不常使用的功能不應該始終占用程序資源，從架構上進行縱向分離，保證主要場景的體驗，是這一時期的主要設計思路。

【圖3】

要做的第一步就是解耦。微信這類社交型應用，在用戶數(shù)據(jù)、關系、消息等結構上存在著各種各樣復雜的依賴，這些依賴相比工具型的軟件來說，調用頻率更高，性能要求也更高。想做到完美的拆分不是一件容易的事，但是不完美的拆分卻是可以達成的。輕重分離的思想再一次被應用，這一次是在代碼模塊的使用和組織上。保證主app功能的快速和穩(wěn)定，將附屬的新功能分離在獨立的插件工程（p_XX）中，每個插件有獨立的UI界面邏輯和資源、存儲及網(wǎng)絡協(xié)議編解碼處理邏輯，通過共用統(tǒng)一的基礎庫接口訪問網(wǎng)絡服務。

將微信功能解耦為插件，一個插件內(nèi)僅向下依賴。插件最后編譯出來會是一個jar包，其內(nèi)包括的實際內(nèi)容是對應的dex。這里需要注意的是，插件并不需要有獨立的進程空間，而是根據(jù)該插件實際的場景決定其運行的實際進程，絕大多數(shù)情況下，插件是和主app功能共享多進程載體的。

v3.x架構的改造工作量對當時的我們來說很大，從最開始4.3版本發(fā)現(xiàn)dex limit和LinearAlloc limit到5.0版本成型做第一次的驗證，我們花了8個月時間，解耦出來的工程項目有60個以上。4.5版本將附近的人分離出去是作為一次試驗，為5.0這一大版本填完了坑。5.0版本是微信歷史上非常重要的一環(huán)，從這個版本開始引入了游戲、支付和更加完善的公眾賬號體系。

這種設計思路不是微信首創(chuàng)，現(xiàn)在回顧也并不復雜。如果你的產(chǎn)品歷史功能不多，迭代不是很快，可以全部人停下來1到2個月集中一次重構搞定。但對于微信來說，但這一版的架構變更，更像是在給天上飛著的飛機換發(fā)動機，由一支10來個人組成的團隊完成。互聯(lián)網(wǎng)的快速、敏捷給處在“創(chuàng)業(yè)”階段的我們新的挑戰(zhàn)。如何做到呢？要保證不給處于高度需求壓力下的開發(fā)人員增加架構變動的額外負擔，首先要做的就是不要讓他們重復修改代碼，無縫遷移到新的架構。

一、創(chuàng)建必要的工具和規(guī)范。微信在4.3發(fā)現(xiàn)問題之前，一直堅持著非常好的開發(fā)效率優(yōu)化思想，代碼自動生成起到了很大的幫助。團隊內(nèi)部使用的自研的代碼生成工具autogen，通過簡單的xml定義，即可生成所需要的存儲、協(xié)議編解碼、事件機制代碼。這使得我們具備了比較輕松解耦的前提。
二、新的架構要求開發(fā)者在做新功能時，使用獨立插件子工程，好的工程模板可以事半功倍。早期傳承下來的分層設計，也使得開發(fā)人員在前后兩種開發(fā)模式下的學習成本降到最低。對應的編譯和開發(fā)調試工具。
三、對于歷史實現(xiàn)的功能特性，盡量通過反射等一些技巧，來保證不需要大規(guī)模重寫代碼，“先抗住，再優(yōu)化”。不要一開始就追求完美，先活下來。直到5.1、5.2版本，我們才基本上全部完成這一次程序架構調整。
四、人。架構調整是必須要做的事，但是作為發(fā)起者，也不能只從理論角度去強硬推動。減少開發(fā)者的工作量，而不是增加，站在開發(fā)者的角度想問題，往往會得到非常積極的響應。

不同的客戶端架構時期，背后的團隊和開發(fā)模式也會有所不同。對比三個版本的客戶端架構，v1.x和v2.x的時候比較適合小型團隊、沒有特別復雜或者反復需求的客戶端進行快速開發(fā)。單trunk主線開發(fā)即可滿足。每次發(fā)布后，拉出來一個對應的release branch，如果發(fā)現(xiàn)有bug或者小優(yōu)化需要修改，直接在這個release branch上修改、測試、發(fā)布上線。這一時期release branch通常保持在兩個以內(nèi)，當前版本和前一版本。當前版本是為了線上問題的快速發(fā)布，而前版本則是為了修復一些廠商渠道預裝的問題。

【圖4】

v3.x就比較適合中到大型團隊，解耦之后，可以支持多個團隊的并行開發(fā)，也可以滿足多個版本的同時開發(fā)和發(fā)布。微信的產(chǎn)品經(jīng)理和客戶端開發(fā)人員的比例大概是1.5+，也就是說產(chǎn)品經(jīng)理會比開發(fā)人員多50%以上。開發(fā)人員會面對產(chǎn)品各式各樣的需求需要實現(xiàn)，很多需求處于原型或者是設計階段，而有些即便開發(fā)完成，也需要和老大體驗修改。這種不穩(wěn)定狀態(tài)的需求，往往是今天說最終確定，但2個小時后就可能要修改，甚至臨上線前都可能說這個功能被砍掉，不要發(fā)布了。不穩(wěn)定的需求會帶來不穩(wěn)定的代碼實現(xiàn)，質量也沒法控制。通過多迭代多版本多分支并行開發(fā)，只有所有人體驗過最終確認沒問題可以上線，才會合入發(fā)布版本上線。

這個過程像什么？像開源項目的開發(fā)。

開放進入到2015年后，微信在軟件架構上逐漸趨于平穩(wěn)。在v3.x原有插件加載基礎上，研究了更多行業(yè)內(nèi)Android應用的技術架構。結合官方MultiDex的實現(xiàn)，增加動態(tài)熱補丁功能，通過終端的運營系統(tǒng)，實現(xiàn)了微信客戶端補丁版本更新48小時90%+覆蓋率。編譯系統(tǒng)也從buck+修改為微信自研的builder構建，支持LinearAlloc和methods/fields count的實時計算，以及融合了MultiDex與微信插件模式的dex自動分包。在v2.x架構輕重分離的多進程思路基礎上，進一步優(yōu)化實現(xiàn)了push的在收信條件下的“lightpush”運行模式。在僅消耗push進程低內(nèi)存的條件下，實時收取新消息通知，避免對進行中的游戲進行資源搶占的同時，又可以及時收取消息。

【圖5】

更重要的是，我們開始將目光轉移到開源的開發(fā)模式上。v3.x的并行開發(fā)模式，在svn下已不再適應。2015年上半年開始微信Android客戶端團隊開始轉向git，充分發(fā)揮git在多團隊并行開發(fā)下的優(yōu)勢。內(nèi)部也放棄了沿用許久的ant + eclipse，全面轉向gradle + Android Studio的分布式構建思想。通過內(nèi)部開源，微信內(nèi)的公共組件已經(jīng)可以通過maven在不同的開發(fā)團隊中共享并隨時使用。

最新評論