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iOS遗留系统重构实践

| 作者 李剑 关注 1 他的粉丝 发布于 2016年5月6日. 估计阅读时间: 18 分钟 | QCon上海2018 关注大数据平台技术选型、搭建、系统迁移和优化的经验。

本文为『移动前线』群在4月8日的分享总结整理而成,转载请注明来自『移动开发前线』公众号。

嘉宾介绍

李剑,曾为ThoughtWorks高级咨询师,InfoQ敏捷社区首席编辑。在2013年之前,一直致力于敏捷思想在国内的推广传播。 译作有《实现模式》、《硝烟中的Scrum和XP》等。现居墨尔本,曾参与过Telstra、MyOB、realestate.com.au 等多款App的开发。

由于篇幅原因,群内分享的是精简后的版本,你可以在文末阅读原文读到完整版本。

在过去的几个月内,我主导着团队完成了一项工程浩大(累积八个人月的工作量)的重构工作——为我们的App替换数据库。之所以能够把这种伤筋动骨的事情称之为重构,是因为在这段时间内,我们每天向主干合并两到三次代码,期间App上线五次,用户没有感知到任何影响。在这篇文章中,我将讲述我们如何在不影响系统外部行为,也不影响正常交付的情况下,替换掉了数据库实现。

背景

在一个有着良好分层结构的系统中,每一层都有它自己的职责:显示层负责响应用户事件,调用业务层的逻辑,最后做数据呈现;业务逻辑层负责业务规则与数据处理;数据访问层封装底层数据库的操作,网络访问层与其并列,负责网络请求、json解析等等。无论是MVC、MVVM、VIPER,归根结底都是在”单一职责“、“关注点分离”、“高内聚低耦合”的原则下变化,只是表现形式和涵盖的层次各异。

而在我们的代码中,几乎所有的显示层对象,包括ViewController、ViewModel,甚至View里面都混杂了大量的CoreData API调用,直接进行数据库操作。

粗略统计了一下,系统中一共有25个类与NSManageContext紧紧耦合。形成了下图中混乱的局面:

(点击放大图像)

面对这种情况,我们首先要做的就是解耦。

方案选型

我们最先排除掉的是重写这种简单粗暴的方式。表面上看来,我们可以通过重写得到一个干净利落的方案,层次结构清晰,职责分离;但与之相伴的是巨大的风险:

  • 范围不可控——遗留系统的难点就在于牵一发而动全身,影响范围极广。稍不留神,重写的工作就会如野火燎原般蔓延开来,不可收拾。

  • 长时间无法上线——在整个过程中,直到最后完成的那一刻之前,系统会处于一直不可用的状态。漫长的时间里,所有的新功能都被阻塞,不能交付。没有哪个产品团队能承担这样的结果。

第二个被排除掉的方案是特性分支。把重写的工作放到分支上完成,其他人继续在主干上开发新特性,直到重写结束再合并回主干——这种做法确实比直接重写要好上那么一点点,因为新特性还是可以不受影响的;但长期没有跟主干合并的分支,在经历上四五个月的重写之后,天知道到最后要花多长时间来处理合并冲突?

既想减小对系统的影响,又想不影响新功能上线,又不想处理大量的合并冲突,最后的方案就只剩下了一种,那就是抽象分支(Branch by Abstraction)+特性开关(Feature Toggle)。

抽象分支

抽象分支这个名字的缘起是针对版本库分支而言的,它允许开发者在一条“抽象”的分支上并行工作,无需创建一条实际的分支,从而避免无谓的合并开销。

Martin FowlerJez Humble都曾在多年前撰文介绍过这个重构方案

  • http://martinfowler.com/bliki/BranchByAbstraction.html

  • http://continuousdelivery.com/2011/05/make-large-scale-changes-incrementally-with-branch-by-abstraction/

它的工作原理很简单:当我们想要替换掉系统中的某个组件——名为X——时,首先为X组件创造一个抽象层,这一层里面可能会有大大小小若干接口或是协议,把系统中对X组件的访问都隔离在抽象层之下,系统只调用抽象的接口/协议,不会接触到具体的API实现。如下图所示。

这一步我们可以通过提取方法、提取类和接口等重构手法来完成;这以后系统就彻底跟X组件解耦了,它依赖的只是一组抽象接口,而非具体实现。这时候,我们就可以着手在这个抽象层下面,进行新组件的开发工作,让它也实现同一套接口即可。

这之后,我们再使用特性开关(其原理及实现见下节),让这个抽象层在生产环境下调用旧组件,测试环境下调用新组件,从而在完全不影响交付的情况下,完成对新组件的测试。测试结束后,就可以打开开关,让系统在线上使用新组件,等彻底稳定后,把开关代码和旧组件代码全部删掉,替换工作就完成了。

在上述整个开发过程中,任何一个阶段都可以做到细粒度的任务分解,然后小步提交,每次提交都自动触发单元测试和集成测试,保证不影响现有功能。在频繁提交的情况下,也不会出现大量的代码合并冲突,无论是做组件替换还是新特性开发,开发人员都可以基于同一套代码库工作。这就大大减少了对系统的冲击和交付风险。

特性开关

先看一段代码:

在这个例子中,我们要替换一个Storyboard的布局和相关ViewController的功能,耗时很久,如果直接在主干上修改,就会直接影响到现有的App,在功能完成之前都无法上线;如果拉一条分支出来做,未来就又会有大量的合并冲突。使用如上的特性开关就会避免上述问题。

当shouldDisplayNewSearchResultsScreen的值返回为真,就使用新的Storyboard,返回为假,就使用旧的Storyboard。这样一来,只要开关处于关闭状态,未完成的功能就是对用户不可见的,我们就既可以在开发环境下自测,也可以部署到测试环境下做验收测试,还可以针对开关为真的情况写对应的单元测试,让每次代码提交都有持续集成验证。这期间还可以继续发布新版本,用户完全感知不到影响,直到我们决定打开开关为止。

特性开关可以有多种实现方式。

  • 预编译参数

在预编译参数中传值,让不同的xcconfig文件传入不同的值,然后在代码中做判断。

我们系统中绝大部分的特性开关都是用这种方式实现的。

  • NSUserDefaults

有些功能可能对App有破坏性的影响,即便是设成只对Internal Target可见,也会影响到QA的回归测试。我们给Internal Target做了个Developer Settings界面,让开发人员可以自己修改开关状态,把开关的值存放在NSUserDefaults里面,默认返回false,只有在界面上手工切换之后才会返回true。测试和开发互相不受影响。

我们向Realm迁移的特性开关使用的就是这种方式。

  • 服务器取值

配置参数的值也可以通过服务器下发。这种做法的好处是比较灵活,在启用/禁用某项功能的时候不需要发布新版本,只需要后台配置,缺点是会增加集成和后台开发的工作量。

  • A/B测试

还有一个办法是使用第三方的A/B测试服务,如果缺少后台开发人员的话,这也是一个选择。但第三方的稳定性往往就会成为制约因素,Parse为推送通知提供过A/B测试服务,但是它到了17年就会被关闭了;我们用Amazon的A/B测试框架用了一段时间,然后Amazon也宣布今年8月份停用……目前我们还在寻找备选方案。

具体实现

在具体落实抽象分支和特性开关的时候,一共分成了如下几个阶段:

建立数据访问层

我们首先把跟数据请求有关的操作从ViewController中提取成一个方法,放到另一个对象中实现,以便日后替换。然后把所有的数据访问的方法都提取成一个协议,让数据层之上的对象都依赖于这个协议,而不是具体对象。这样一来,原先的ViewController就从下图中的样子:

变成了这样:

为数据对象提取协议

除了数据访问的代码以外,我们还把所有的数据对象上的公有属性和方法都提取了相应的协议,然后修改了整个App,让它使用协议,而不是具体的数据对象。这也是为以后的切换做准备。

使用Realm实现

前两步完成之后,我们就建立起了一个完整的抽象层。在这层之上,App里已经没有了对CoreData和数据对象的依赖,我们可以在这层抽象之下,提供一套全新的实现,用来替换CoreData。

在实现过程中,我们还是遇到了不少需要磨合的细节,比如Realm中的一对多关联是通过RLMArray实现的,并不是真正的NSArray,为了保证接口的兼容性,我们就只能把property定义为RLMArray,再提供一个NSArray的getter方法。种种问题不一而足。

切换开关状态

上篇文章说到,我们在迁移过程中的特性开关是用NSUserDefaults实现的,在界面上手工切换开关状态。这样的好处是开发过程不会影响在Hockey和TestFlight上内部发布。直到实现完成后,我们再把开关改成

+ (BOOL)shouldUseRealm {  return isInternalTarget; }

让测试人员可以在真机上测试。回归测试结束之后,再让开关直接返回true,就可以向App Store提交了。

数据迁移

这个无需多说,写个MigrationManager之类的类,用来把数据从CoreData中读出,写到Realm里面去。这个类大概要保留上三四个版本,等绝大部分用户都已经升级到新版本之后才会删掉。

后续清理

特性开关是不能一直存活下去的,否则代码中的分支判断会越来越多。我们一般都会在上线一两个星期之后,发现没有出现特别严重的crash,就把跟开关有关的代码全都删掉。

在第一步建立数据访问层的时候,我们创建出了一个特别庞大的PersistenceService,它里面含有所有的数据访问方法。这只是为了方便切换而已,切换完成后,我们还是要根据访问数据的不同,建立一个个小的Repository,然后让ViewModel对象访问Repository读写数据,把PersistenceService删掉。

最后形成的架构如图所示:

总结

首先,要勇敢面对遗留代码库,团队里一定要有人站出来跟大家说,我们不能让代码继续腐烂下去,我们要有清晰的目标和正确的策略,在重构中让优秀的设计渐渐涌现。这才是正途。

要有正确的方法

在遗留代码中工作,Long-Term Refactoring是不可或缺的。人们需要预见到在未来的产品规划中,哪些组件应当被替换,哪部分架构需要作出调整,把它们放到迭代计划里面来,当做日常工作的一部分。抽象分支和特性开关在Long-Term Refactoring可以发挥显著的效果,它们是持续交付的保障。

设计会过时,但设计原则不会

很多技术决策都不是非黑即白的,它们更像是在种种约束下做出的权衡。时光会褪色,框架会过时,脱离了具体场景,今天的优秀设计也会沦落成明天的遗留代码,但设计原则有着不动声色的力量。我们无法预见未来,只能根据当前的情况做出简单而灵活的设计。这样的设计应当服从这些设计原则:单一职责、关注点分离、不要和陌生人说话……让我们的代码尽可能保持高内聚低耦合,保证良好的可测试性。

标题

Q:单元测试与集成测试,采用的是哪些工具呢?是Xcode自带的吗?

A:单元测试针对oc用的是Kiwi,针对swift用的是Quick

Q:李剑老师说的repo具体是什么,就是把persistentanceService拆分的是什么?

A:repo具体来说就是针对不同的数据对象封装的读写操作的类,比如代码中有person, event等等,那就会有PersonRepo, EventRepo。先前为了FeatureToggle方便,我们是把所有数据操作集中在persistentanceService里面。但是这个类就太大了,在切换完成后我们要分拆。

Q:数据访问层是一个单例抽象的吗?在这一层封装了所有数据访问的方法吗?

A:在迁移过程中数据访问层是一个单例对象,迁移完毕后根据具体职责不同,再拆分成更小的对象

Q:一个特别庞大的PersistenceService,以后是怎么拆分的。是根据具体的业务拆分么?

A:主要是根据所要读写的数据对象不同而拆分。如果出现需要读写多个数据对象的情况,如果逻辑不会重用,我们一般就都让ViewModel来处理,如果需要重用,就再提取一个类出来做。

Q:realm坑多吗?

A:坑不少,跟CoreData相比,学习曲线很低,也很灵活。但是处理对象关联关系的时候有点绕。然后它目前对fine grained notification的支持也不好,给我们的抽象层带来了不少麻烦。

Q:是出于什么原因考虑使用realm的?相比coredata和fmdb之类的有什么比较么?为什么不用sqlite,再数据存储上realm的效率跟sqlite有什么优点么?

A:CoreData学习曲线太高,而且我们都觉得它的设计已经陈腐了,如果直接用sqlite,最常见的库也就是fmdb了,可是fmdb跟Java里面jdbc也没啥差别,不想手工来做读取ResultSet,一点点构造对象这种事情,还是希望有一个ORM

Q:中间层的构建有什么好的经验,如何保证中间层的健壮性 ?

A:中间层的构建,我觉得比较重要的是要有明确的界限,职责清晰。在跟第三方库集成的时候,要考虑到如果有一天要去掉这个库或者替换它,会有多大的难度。

我没有太多的可以泛泛而谈的东西,只能说架构这种东西都是权衡,在各种约束下的权衡。比如在本文的例子中,当CoreData被Realm所替换以后,抽象层还要不要保留?ViewModel应该直接调用Repository,还是RepositoryProtocol?有人会觉得这一层抽象就好比只有单一实现的接口一样,没有存在的价值,有人会觉得几年后Realm也会过时被新的数据库取代,如果保留这层抽象,就会让那时候的迁移工作变得简单。但无论怎么做,过上一两年后,新加入团队的人都可能会觉得之前那些人做的很傻。我们只能说尽量服从设计原则。

Q:原来的一堆代码,本来就没有model之类的单一职责类,代码本来就严重耦合,分享的直接就来替换下层实现,那中间层就代码本来就不具有,怎么把新的mode引入又不影响新功能的开发?

A:我们的代码严重耦合,体现在视图层直接访问数据库上,我们首先提取出一个persistenceService,把数据访问的代码做封装,这样视图层跟数据库就有了隔离。替换完成后,再把persistenceService拆成一个个小的repository,这样就有了一个良好的数据访问层。再接下来,按照抽象分支和特性开关的做法,架构可以一步步优化出来。

Q:从coredata进行的数据库层迁移,有考虑过magicalrecord吗?为何选择realm。理论上这样成本更低,magicalrecord是基于coredata的,使用也很广泛。

A:我记得我们问过他是否推荐magicalrecord,他的回答是他建议使用Realm……另外就是我们对CoreData的这一套设计已经受够了,migration成本也高。


感谢徐川对本文的审校。

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