億級流量搜索前端，是怎麼做架構升級的？

一、什麼是前端架構？

前端架構這一詞，相信很多人的定義都不太一樣；按照拆詞的解釋來看，我理解爲 “前端”+“架構”。前端是指，Web 端的前臺頁面，包括網頁的內容、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 框架裏的組件。“架構” 就更好理解了，架構一詞來自建築行業，可以理解是房屋的整體結構、框架。結合前端和架構的概念，“前端架構”可以理解爲，Web 頁面組件的抽象和組織方式。

又因爲各個公司的業務不同，每個公司的前端架構發展都不一樣，這裏，我會拿百度移動端經典的搜索場景來給大家舉例，希望從百度的移動端架構演進過程中，發現一些共性的問題。

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二、百度移動端背景及問題**

爲什麼是以百度來舉例？是因爲百度是國內搜索引擎的領頭人，並且，目前一直處於行業領先狀態。據 statcounter 前瞻產業研究院在 2019 年中國搜索引擎行中可以知道，百度搜索佔全世界搜索引擎市場份額 12.3％，居第二位，僅次於谷歌。所以用百度來舉例，更具有代表性。

言歸正傳，打開百度 App 你會發現，百度前端直接分爲首頁和搜索結果頁，搜索結果頁是搜索的主要入口，每天承載着十億級流量。

不僅如此，搜索結果頁承載着許多產品線的需求和下游模塊的運行時，每年內部的研發人員會提供五百多個產品需求，爲十幾個下游模塊提供基礎庫和運行時。甚至還有後端協同，從圖 1 我們可以看出結果頁的整體架構。

△圖 1：百度搜索結果頁的整體架構

針對整體的架構設計，有這些問題：

• 細分業務線衆多，單個庫代碼龐大；

• 平均每月有 200+ 提交，3w+ 行代碼；

• 80+ 開發者在同一個代碼庫中開發；

• 沒有人能完全掌握模塊整體技術。

於是，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；

• 運營產品：滲透在結果頁代碼庫裏；

• 其他：結果列表、用戶反饋、搜索推薦、體驗日誌、速度日誌、計費邏輯……

2. 代碼耦合嚴重

• 容易出錯，代碼邏輯脆弱；

• 結構僵化，不易新增功能；

• 依賴牢固，代碼很難複用。

3. 技術棧落後

• 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 環境；

• 工具鏈落後。沒有 TypeScript、沒有 Jest。

這三個問題最終會影響到研發效率以及產品質量。那麼百度又是怎麼去具體做的呢？架構優化的目標只有兩個，一是滿足業務需求，二是技術上能對框架和工具靈活升級（也是爲了持續的滿足業務需求）。根據 “滿足業務需求” 這一目標，百度內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，因爲據內部調研來看，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，去用些開源的事情或者去貢獻開源。主要是解決技術棧落後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，加速業務的迭代。

△圖 2：業務需求的三個方向

三、怎麼解決

根據這裏提到的方向和目標，怎麼結合百度自己的架構落地呢？首先，回顧下百度的架構，如下圖 3 可以看到。

△__圖 3：百度搜索結果頁的整體架構

1. 這裏有兩塊日誌，意味着同一套代碼要在兩個部分維護；除了重複之外，它們的差異會對後續的維護引入更高的成本；

2. 底層這個 HHVM+PHP 和社區更加擁抱 Node.js 會有衝突。

所以，百度同學把目標架構調整爲圖 4 所示。

△圖 4：結果頁的目標架構

圖 4 中可以看到：

1. 把日誌、搜索框、相關搜索、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；

2. 在前後端之間加了一層渲染層；讓業務代碼和後端的邏輯分開；

3. 在底層加了 Node.js 機制。

目標、方向都解決好之後，就得看如何實施。對於一個小體量的庫來說，從零構建架構就行；但是對於百度來說，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、組件化的步驟執行；基礎設施是業務模塊劃分的關鍵，完善的自動化和工具鏈是模塊化的前提；模塊化拆分可以爲業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部建設組件化方案來加速業務迭代。

**在基礎設施需要關注的事情包括：
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• TypeScript：大型項目必備，提前發現問題；也是跨平臺的基礎；

• 持續集成：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：在重構之初引入，幫助防退化和輔助設計。

**模塊化拆分需要關注的事情包括：
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• 識別和定義業務邊界，把大一統的倉庫分割成若干獨立的小倉庫；

• 在子模塊內建設自動化機制，獨立地選型、開發、上線。

**注意：
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模塊化拆分不是技術問題，而是業務問題。只有根據業務和產品進行垂直劃分，纔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。

由於組件是業務模塊內部的選型，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。可以看到它分爲服務端和瀏覽器端兩部分。

• 服務端關心的問題是業務模塊的劃分以及運行時的組合；

• 瀏覽器端關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
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百度是把整個大模塊拆分成多個獨立業務模塊，最終頁面由模塊組合而成。這要求業務模塊具有統一的接口，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。因爲渲染過程封裝在了模塊內部，所以整個架構可以支持多語言、多框架。

相信你也發現，Molecule 和微服務非常相似。它們的關鍵區別在於，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 的各模塊存在於同一個進程裏。雖然有這樣的區別，Molecule 仍然可以實現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務模塊的服務端入口文件，其中 ToptipController 是實現了由 Molecule 提供的控制器接口；這個接口要求提供一個渲染函數，接受一個字典類型的數據，返回渲染之後的頁面內容。由調用方決定如何組裝頁面。

△圖 7：具體的業務模塊的服務端入口文件

如上是業務模塊提供方的接口。此外 Molecule 機制還爲調用方（組裝最終頁面的那一側）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
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那麼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，困難在於組件之間的依賴和代碼共享。這些組件可能位於不同的代碼庫並屬於不同的業務，所以我們需要一個非常鬆散的依賴方式。

這裏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 提供給業務模塊使用，每個業務模塊則需要定義它依賴於哪些 Service。

△圖 8：客戶端設計

圖 9 形象地描述了組件、Service 和容器間的關係。

△圖 9：組件、Service 和容器之間的關係

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

注意：

業務模塊之間是獨立的，一個業務模塊無法依賴於其他業務模塊，只能依賴於通用 Service。因此如果存在業務模塊之間的產品邏輯耦合，可能需要一個通用 Service 作爲媒介，比如容器裏提供一個起事件總線作用的 EventService。

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

△圖 10：業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 的接口來組合業務模塊；在瀏覽器端通過一個 DI 容器來解決依賴關係，並啓動所有業務模塊。

4. 組件化

組件化方案直接影響業務開發的的效率，換句話說，組件化方案某種程度上決定了業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，你也可以基於你的業務或偏好選則 Vue 或者 React。業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務語義的組件結構。

接下來重點關注組件化方案的兩個關鍵技術問題，跨平臺和頁面性能。

1）跨平臺

我們有非常多的業務代碼，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，而且要確保後端從 PHP 遷移到 Node.js 的整個過程中，業務代碼不需要重新開發。所以業務組件如何跨平臺呢？關鍵在於抽象。

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

• 依賴反轉：我們的高層的業務的模塊不應該依賴於具體的底層模塊，而是它只依賴於接口，這樣纔有可能在不同的平臺給它替換掉不同的底層的實現；

• 抽象接口：最後是 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，比如 PHP 的具體 API。

做到以上幾點就可以完成平滑的過渡。這個過程中又分爲三個階段（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着體積增加，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鍵。如果性能會比模板引擎的性能差，那麼這個項目很可能會夭折。如何去保證頁面性能？着重介紹兩個優化點。

• 引入 SSR：引入服務端渲染，首屏性能可以得到明顯提升；

• SSR 優化：傳統的 SSR 上還需要進一步優化性能。

**引入 SSR。**爲了解釋 SSR 的重要性，請看圖 12。瀏覽器加載頁面分爲四步：請求頁面、請求外鏈資源、執行腳本、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 之後，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 優化。**只是引入 SSR 還不能讓性能達到預期，因爲相比於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 相比於 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：儘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 1__3：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，因爲它們的渲染方式非常不同。最終搜索結果頁的組件化的 SSR 上線之後，線上實驗效果顯示比 Smarty 要快 10ms 左右。這個已經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、結語

針對百度搜索引擎在架構演化中遇到的問題，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的你有一些啓發。

Harttle

百度資深研發工程師，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，目前負責搜索結果頁和搜索推薦業務。LiquidJS 的作者，貢獻於 San、Realworld Apps、hightlight.js、ALE、HTML5 Standard 等項目。

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