网易实战分享｜云信IM SDK接口设计实践
引语
IM (Instant Messaging)是网络上最流行的通信方式，与日常生活息息相关。IM软件也层出不穷，例如：微信、QQ、易信等。通过多年深耕和技术沉淀，云信产出了一套成熟稳定的IM SDK架构。它提供了IM的主要功能，大大降低了第三方实现IM功能的难度。本文主要对IM接口设计实践展开论述。
1 对外接口的设计准则
SDK对外提供接口设计的基本原则是易用，易懂，易扩展，易监控。展开来可归纳为以下几个特性：
- API按照业务功能分类，但所有业务具有统一的调用风格。
- API不包含方法实现，接口的实现对调用者隐藏。
- API调用可跟踪。
在功能形式上，SDK需要提供以下类型的API：
- 功能接口：主动调用使用其提供的功能
1.1. 同步接口：在调用线程完成函数调用，并立即返回结果。
1.2. 普通异步接口：在后台线程完成函数调用，可以添加回调函数。
1.3. 可中断异步接口：在后台线程完成函数调用，可以添加回调函数，可以中断调用。
- 回调接口：监听数据和状态改变。
2 业务的分类
SDK包含多种业务，一部分是基础业务，另一部分是可选业务。比如用户认证服务、群服务等是基础业务；超大群服务、第三方推送服务等是可选业务。另外，不同的业务之间难免有相似的功能，如群服务和超大群服务中，都有添加群成员，拉取群消息等功能。因此，需要将不同的业务进行隔离，一方面方便业务功能的扩展与调整，另一方面方便函数的命名与用户的理解。
同一个业务下有多个API，按照调用的主动性，分为回调接口和功能接口，分别放在与业务一一对应的接口类Observer和Service中。例如：用户认证服务下的所有回调接口和功能接口都位于AuthServiceObserver和AuthService中。其中由用户主动调用来实现功能的功能接口在AuthService中，如登录、登出等；而用于注册回调的回调接口都在AuthServiceObserver中，如监听在线状态、监听数据同步等。
每个Service中的功能接口根据执行的性质又分为三种，同步接口、普通异步接口和可中断异步接口。其中同步接口在调用线程立即执行；异步接口在后台线程执行，在调用线程返回可设置回调的InvocationFuture类型，最终结果在主线程回调；可中断异步接口和普通异步接口相似，但是返回的是继承自InvocationFuture的AbortableFuture类型，支持中断操作，用户可以通过主动调用来中断功能接口的执行。接口调用的线程切换流程如图2.1所示，业务功能和接口的分类如图2.2所示。
图 2.1 接口调用的线程切换流程
图 2.2 业务功能和接口的分类
3 API的实现
3.1 API的实现方式
为了实现这些目标，并考虑到实现简单，我们选用Java的动态代理类模型。外部调用者调用API时，得到一个动态代理(Proxy)对象，通过Proxy对象，将功能接口的调用全部转接到一个实现了InvocationHandler 接口的类ProxyHandler上。再根据调用方法，执行注册/注销回调或者将调用请求分派到真正的实现类上，最后根据接口的返回类型进行返回或回调，如图3.1所示。
图 3.1 功能调用流程
和用户服务的接口类AuthService和AuthServiceObserver一样，SDK也为其他的所有业务定义了接口类。所有接口类和实现类呈一一对应关系，可以方便地找到API对应的实现。
3.2 获取Proxy对象的方法
SDK对外提供了静态方法NimClient.getService(Class<T> clazz)来获取业务接口类对应的动态代理类。参数填入对应的接口类即可。例如：获取用户认证服务的接口类的方式为NimClient.getService(AuthService.class)，获取用户认证服务观察者的接口类的方式为NimClient.getService(AuthServiceObserver.class)。
NimClient.getService方法同步返回一个Proxy对象。该对象的构造方式为懒加载，业务被调用的时候才构造对应实例。如图3.2所示。
图 3.2 获取业务Proxy对象流程
生成Proxy对象基于Proxy.newProxyInstance方法，所有生成的Proxy对象都由专门的容器类来管理。以用户认证服务为例，第一次调用NimClient.getService(AuthService.class)获取用户认证服务的Proxy对象时，容器理类创建一个对应的Proxy对象并缓存。之后再次获取用户认证服务Proxy对象时，容器类将缓存直接返回。
3.3 事务跟踪类
invoke函数中有一个重要的事务跟踪类(Transaction)，它记录了方法的同步异步属性、方法体和返回值要求等。Transaction对象和他的实现方法是一一对应的。每次执行invoke方法，都会创建一个Transaction实例，并传输到真正的执行点去执行
执行完毕后，invoke方法根据同步异步特性以及返回值，来确定功能函数的返回结果。如果是同步函数，则直接返回结果；如果是异步函数，则根据业务需求返回InvocationFuture或者AbortableFuture。
3.4 API的执行方式
NimClient.getService返回的是动态代理类ProxyHandler ，它实现了InvocationHandler接口的 Object invoke(Object who, Method method, Object[] args)方法，用于代理所有功能接口。
API执行方式，即ProxyHandler对invoke方法的实现方式，其大体步骤是加载事务、初始化判断、执行事务和返回，如图3.3所示。
图 3.3 代理执行的简要流程
执行事务这一环节还可以细分为回调接口的执行和功能接口的执行，如果是执行回调接口，则判断是否需要回调当前状态，如果是，则立即回调。
Transaction的执行函数是TransactionExecutor. execute方法，送出Transaction后，invoke方法会根据同步异步属性，决定是在当前线程执行，还是在后台线程执行。用于异步执行Transaction的后台线程是唯一的，如果有多个Transaction需要被异步执行，则会阻塞。
接口类的每个方法都被存进一个Map中，SDK以方法签名实现了同名函数重载。执行Transaction时，通过方法所在的接口类找到对应的实现类，再调用对应的invoke方法即可。对于异步方法，invoke方法的返回值不会被返回到上层，因此异步API函数的实现不用关心返回值。代理的详细执行流程如图3.4所示
图 3.4 代理的详细流程
3.5 异步方法的回调
对于异步方法，在TransactionExecutor. execute执行前，先基于Transaction生成对应的AbortableFuture的实现类TransactionFuture，然后将其缓存，用于稍后的回调。异步方法执行完毕后，将子类返回到调用层。
在调用可中断异步接口后，同步返回的是AbortableFuture实例。调用方可以直接调用abort方法中止执行。例如：调用了用于下载消息附件的downloadAttachment函数后，由于文件太大，网络状况不好等情况需要取消下载时，可以主动调用abort方法来终止。调用方式如图3.5所示。可中断异步接口对应的abort方法由SDK内部实现，调用者不需要关心其实现方式。
图 3.5 abort函数调用示例
TransactionFuture回调的基本类型为RequestCallback，SDK在此基本类型中定义了onSuccess、onFailed和onException函数，分别用于在成功、失败和异常情况下根据执行结果的不同，回调到不同的函数。到此整个流程结束。
4. 总结
云信IM中，用户可以通过NimClient.getService方法选择业务的动态代理，然后根据业务需求在调用线程或者后台线程执行功能，最后直接返回或者回调结果。如果调用的是可中断异步接口，用户还可以中断操作。基于动态代理的实现方式，隔离了其他业务下的对外接口，并解耦了接口和实现，配合代码混淆，更进一步的提升隔离效果。
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