引語
IM (Instant Messaging)是網絡上最流行的通信方式，與日常生活息息相關。IM軟件也層出不窮，例如：微信、QQ、易信等。通過多年深耕和技術沉澱，雲信產出了一套成熟穩定的IM SDK架構。它提供了IM的主要功能，大大降低了第三方實現IM功能的難度。本文主要對IM接口設計實踐展開論述。
1 對外接口的設計準則
SDK對外提供接口設計的基本原則是易用，易懂，易擴展，易監控。展開來可歸納爲以下幾個特性：
- API按照業務功能分類，但所有業務具有統一的調用風格。
- API不包含方法實現，接口的實現對調用者隱藏。
- API調用可跟蹤。
在功能形式上，SDK需要提供以下類型的API：
- 功能接口：主動調用使用其提供的功能
- 同步接口：在調用線程完成函數調用，並立即返回結果。
- 普通異步接口：在後臺線程完成函數調用，可以添加回調函數。
- 可中斷異步接口：在後臺線程完成函數調用，可以添加回調函數，可以中斷調用。
- 回調接口：監聽數據和狀態改變。
2 業務的分類
SDK包含多種業務，一部分是基礎業務，另一部分是可選業務。比如用戶認證服務、羣服務等是基礎業務；超大羣服務、第三方推送服務等是可選業務。另外，不同的業務之間難免有相似的功能，如羣服務和超大羣服務中，都有添加羣成員，拉取羣消息等功能。因此，需要將不同的業務進行隔離，一方面方便業務功能的擴展與調整，另一方面方便函數的命名與用戶的理解。
同一個業務下有多個API，按照調用的主動性，分爲回調接口和功能接口，分別放在與業務一一對應的接口類Observer和Service中。例如：用戶認證服務下的所有回調接口和功能接口都位於AuthServiceObserver和AuthService中。其中由用戶主動調用來實現功能的功能接口在AuthService中，如登錄、登出等；而用於註冊回調的回調接口都在AuthServiceObserver中，如監聽在線狀態、監聽數據同步等。
每個Service中的功能接口根據執行的性質又分爲三種，同步接口、普通異步接口和可中斷異步接口。其中同步接口在調用線程立即執行；異步接口在後臺線程執行，在調用線程返回可設置回調的InvocationFuture類型，最終結果在主線程回調；可中斷異步接口和普通異步接口相似，但是返回的是繼承自InvocationFuture的AbortableFuture類型，支持中斷操作，用戶可以通過主動調用來中斷功能接口的執行。接口調用的線程切換流程如圖2.1所示，業務功能和接口的分類如圖2.2所示。
圖 2.1 接口調用的線程切換流程
圖 2.2 業務功能和接口的分類
3 API的實現
3.1 API的實現方式
爲了實現這些目標，並考慮到實現簡單，我們選用Java的動態代理類模型。外部調用者調用API時，得到一個動態代理(Proxy)對象，通過Proxy對象，將功能接口的調用全部轉接到一個實現了InvocationHandler 接口的類ProxyHandler上。再根據調用方法，執行註冊/註銷回調或者將調用請求分派到真正的實現類上，最後根據接口的返回類型進行返回或回調，如圖3.1所示。
圖 3.1 功能調用流程
和用戶服務的接口類AuthService和AuthServiceObserver一樣，SDK也爲其他的所有業務定義了接口類。所有接口類和實現類呈一一對應關係，可以方便地找到API對應的實現。
3.2 獲取Proxy對象的方法
SDK對外提供了靜態方法NimClient.getService(Class<T> clazz)來獲取業務接口類對應的動態代理類。參數填入對應的接口類即可。例如：獲取用戶認證服務的接口類的方式爲NimClient.getService(AuthService.class)，獲取用戶認證服務觀察者的接口類的方式爲NimClient.getService(AuthServiceObserver.class)。
NimClient.getService方法同步返回一個Proxy對象。該對象的構造方式爲懶加載，業務被調用的時候才構造對應實例。如圖3.2所示。
圖 3.2 獲取業務Proxy對象流程
生成Proxy對象基於Proxy.newProxyInstance方法，所有生成的Proxy對象都由專門的容器類來管理。以用戶認證服務爲例，第一次調用NimClient.getService(AuthService.class)獲取用戶認證服務的Proxy對象時，容器理類創建一個對應的Proxy對象並緩存。之後再次獲取用戶認證服務Proxy對象時，容器類將緩存直接返回。
3.3 事務跟蹤類
invoke函數中有一個重要的事務跟蹤類(Transaction)，它記錄了方法的同步異步屬性、方法體和返回值要求等。Transaction對象和他的實現方法是一一對應的。每次執行invoke方法，都會創建一個Transaction實例，並傳輸到真正的執行點去執行
執行完畢後，invoke方法根據同步異步特性以及返回值，來確定功能函數的返回結果。如果是同步函數，則直接返回結果；如果是異步函數，則根據業務需求返回InvocationFuture或者AbortableFuture。
3.4 API的執行方式
NimClient.getService返回的是動態代理類ProxyHandler ，它實現了InvocationHandler接口的 Object invoke(Object who, Method method, Object[] args)方法，用於代理所有功能接口。
API執行方式，即ProxyHandler對invoke方法的實現方式，其大體步驟是加載事務、初始化判斷、執行事務和返回，如圖3.3所示。
圖 3.3 代理執行的簡要流程
執行事務這一環節還可以細分爲回調接口的執行和功能接口的執行，如果是執行回調接口，則判斷是否需要回調當前狀態，如果是，則立即回調。
Transaction的執行函數是TransactionExecutor. execute方法，送出Transaction後，invoke方法會根據同步異步屬性，決定是在當前線程執行，還是在後臺線程執行。用於異步執行Transaction的後臺線程是唯一的，如果有多個Transaction需要被異步執行，則會阻塞。
接口類的每個方法都被存進一個Map中，SDK以方法簽名實現了同名函數重載。執行Transaction時，通過方法所在的接口類找到對應的實現類，再調用對應的invoke方法即可。對於異步方法，invoke方法的返回值不會被返回到上層，因此異步API函數的實現不用關心返回值。代理的詳細執行流程如圖3.4所示
圖 3.4 代理的詳細流程
3.5 異步方法的回調
對於異步方法，在TransactionExecutor. execute執行前，先基於Transaction生成對應的AbortableFuture的實現類TransactionFuture，然後將其緩存，用於稍後的回調。異步方法執行完畢後，將子類返回到調用層。
在調用可中斷異步接口後，同步返回的是AbortableFuture實例。調用方可以直接調用abort方法中止執行。例如：調用了用於下載消息附件的downloadAttachment函數後，由於文件太大，網絡狀況不好等情況需要取消下載時，可以主動調用abort方法來終止。調用方式如圖3.5所示。可中斷異步接口對應的abort方法由SDK內部實現，調用者不需要關心其實現方式。
圖 3.5 abort函數調用示例
TransactionFuture回調的基本類型爲RequestCallback，SDK在此基本類型中定義了onSuccess、onFailed和onException函數，分別用於在成功、失敗和異常情況下根據執行結果的不同，回調到不同的函數。到此整個流程結束。
4. 總結
雲信IM中，用戶可以通過NimClient.getService方法選擇業務的動態代理，然後根據業務需求在調用線程或者後臺線程執行功能，最後直接返回或者回調結果。如果調用的是可中斷異步接口，用戶還可以中斷操作。基於動態代理的實現方式，隔離了其他業務下的對外接口，並解耦了接口和實現，配合代碼混淆，更進一步的提升隔離效果。
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