计算机行业有句名言 —— 计算机科学领域的任何问题，都可以通过增加一个间接的中间层来解决。
当前的计算机领域，无论广度还是深度，已经没有一个人能完全掌握了。但是，通过各种中间层的组合使用，我们不需要了解其内部细节，也可以像搭积木一样，开发出各种有趣的服务和应用。
而各个中间层之所以能组合工作，正是因为大家都通过定义好的 API 交互和通信。每个模块在对外提供经过抽象 API 的同时，也需要使用其他模块的 API 作为自身运行的基础。
今天我们来聊聊融云在设计 API 过程保障稳定性的一些实践。
| 无处不在的 API
API(Application Programming Interface) 又称为应用编程接口。
而接口，本质可以理解为契约，一种约定。
计算机接口的概念起源于硬件。早期各家研发的各种元器件都不通用也没有标准，相互使用非常困难，于是大家约定了功能和规格，就产生了接口，后来蔓延到软件中。
接口蔓延到软件之后，又分为ABI(Application Binary Interface)和API(Application Programming Interface) 。
前者主要约定了二进制的运行和访问的规则，后者则专注于逻辑模块的交互。本文以下内容仅讨论开发者经常接触的 API。
很多人对 API 的印象只是包含一些函数的 Class 或 头文件。但 API 在我们生活中无处不在，只是我们有时并没有注意到。
比如，当我们在拨打电话时，手机和基站通信的整个系统是非常复杂的。
好在我们不需要了解内部的细节，仅需要把 11 位的电话号码传给“电话系统”的接口就可以，而隐藏的国家区号（如+86）可以理解为接口的默认参数。
这个高度抽象的 API 背后，隐藏了非常多的细节。借助上面的中间层理论，我们可以系统性地讨论设计一个 API 所需要考虑哪些内容。
- 模块对上层暴露的 API 如何被使用？
API 从使用的耦合方式上，可以分为两类：一种是通过协议调用，如调用 HTTP 接口；另一种是语言直接通过声明调用。
如设计 HTTP Restful API 时，并不需要关心使用者的操作系统、使用的编程语言、内存线程管理等，因此会比后者简单一些。
API 从使用者的规模和可控范围上，可以分为 LSUD(Larget Set of Unkown Developers) 和 SSKD(Small Set of Kown Developers) 两种。
前者一般都是公网开放的云服务，任何开发者都可以使用，无法提前预知以何种姿势被使用，版本也不可控制。融云提供的通信云就是这种 API。
后者用户群有限，一般都在同一家公司或团队内。比如前段时间比较火的组件化，即对内提供的模块化 API，使用范围和方式均可控，在更新时一般不用太纠结向后兼容。
API 的第一受众是人，然后才是机器，所以“可理解性”在设计时需要优先考虑。
而良好的 API 文档、简单扼要的 Demo、关键的 log，可以提升 API 使用者的体验。
- API 所属模块对下层有什么依赖？
API 所属模块都运行在一定的地址空间中。而其中的环境变量、加载库、内存和线程模型、系统和语言特性都需要考虑。
- API 所属模块的内部实现对其他层有什么影响？
一般而言，设计良好的 API 在使用时，并不需要理解其内部实现。但如果能了解其内部架构并辅助关键 log，有助于提升使用 API 的效率。
并且模块的内部实现，有时也会影响到 API 设计的风格。
如一个强依赖 IO 的接口，可能需要使用异步的方式。大量异步的方式，就衍生出了 RxJava 等框架。
| 向后兼容
因为 API 如此重要，涉及的范围又如此广泛，广大开发者对 API 的向后兼容可以说要求非常高。
毕竟谁也不想在开发过程中，频繁的更新接口和代码，想想《 swift 从入门到精通到再次入门到再再次入门》的惨案就心有余悸。
我们不仅问，为什么很多公司或者项目都无法向后兼容，仅仅是投入不够或不够重视，还是说 100% 的向后兼容实际就是不可能的？
假设设计是理想和经过论证的，正如一个完美的圆圈。
设计是要落实到编码中的，而编码的过程中总是不可避免的引入一些 bug，而带着 bug 的某个版本实现，其实正如一个 Amoeba 变形虫，形态是不固定的。而随着版本不断演进，不可避免会产生一定的差异。
第一个版本实现：
第二个版本实现：
所以说 100% 向后兼容本身就是不可能的。
因此，大家平时在谈论 API 稳定性时，其实默认是可以包含一定程度变更的。
但由于 API 涉及的范围太广泛，保障向后兼容都需要极大代价。
比如 Linux 就希望快速迭代，完全不保证 API 的稳定性。针对这个问题，Linux 还特意写了 stable-api-nonsense 文档。有兴趣的可以点击阅读：
stable-api-nonsense.rst
| 渐进式改进
所以说，保障 API 的稳定性会面临很多挑战，比如：
- 业务形态还不稳定，还在高速发展
- 业务和 API 历史包袱较重
- 多个平台和语言的特性不一致
- 用户群和使用方式不明确
我们回顾一下正常的开发流程，看看是否能通过一些指标和工具，改善 API 的稳定性，主要涉及：需求、设计、编码、Review、测试、发布、反馈等步骤。
• 需求
普通的产品开发，在启动的时候，用户需求都比较明确，但对于 LSUD 的云服务而言，无法提前预知用户群都有哪些，以及用户在他的产品中如何使用 API。
这容易造成，没有明确的用户需求，API 就不好进行设计和迭代，没有设计就没有用户，需求更无从谈起。这是一个鸡生蛋、蛋生鸡的问题。
建议可以在 API 发布之前，内部先针对典型的使用场景，设计几个完整的 Demo，验证 API 的设计和使用是否合理。
需要注意的是，Demo 需要有完整应用场景，达到上架地步，如果能内部使用， Eating your own dog food 最好，过于简单的 Demo 无法提前暴露 API 的使用问题。
Demo 的开发人员最好与 API 的设计者有所区分，避免思维固化，更多内容大家可以参照 Rust 语言开发在自举过程中的一些实践。
• 设计
在设计 API 的时候，有很多需要注意的点和普通开发不太一样。
普通开发，快速实现功能始终被放在第一位。比如大家会用一些敏捷开发的方式，优先实现功能再快速迭代等。
但 API 设计时，接口无法频繁变更，所以首先需要考虑的是“少”，少即是多。
l 每个 API 做的事情要少
一个接口只做一件事，把这个事情做好就足够了。
需要避免为了讨好某个场景，在一个 API 上进行复杂的组合逻辑，提供一个类似语法糖的接口。否则，场景的业务自身在演进时，很难保证 API 的行为不变。
如果需要支持多种业务，可以考虑将 API 分层，比如融云客户端的 API 会分为下面几层。
举个例子，融云考虑通用性，基于订阅分发的模型，抽象了 RTCLib，客户端能处理媒体的任意流，非常的灵活，但是对于用户而言开发代价可能高些，要思考和做的工作比较多。
考虑到大量的用户，其实需要的是音视频通话的业务，基于 RTCLib，融云分装了不带 UI 的 CallLib 以及集成了 UI 的 CallKit。
如果一个用户，需求和微信的音视频通话类似，可以集成带 UI 界面的 CallKit，开发效率会非常高；
如果用户对通话音视频通话 UI 的交互有大量需求，可以基于 CallLib 进行开发，对 UI 可以进行各种定制。
l 暴露的信息要少
成熟的 API 设计者都会尽可能的隐藏内部实现细节。
比如字段不应该直接暴露而是通过 Getter/Setter 提供，不需要的类、方法、字段都应该隐藏，都已经成为各个语言的基础要求，在此就不细述了。
但容易被忽略的一点需要提醒大家，应尽量隐藏技术栈的信息。
比如：API http://api.example.com/cgi-bin/
get_user.php?user=100，就明显混入了很多无用的信息，并且以后技术切换升级想维持 API 稳定非常麻烦。
l 行为扩散要少
在语言直接调用的 API 中，需要避免基础接口通过继承导致行为扩散。
在普通的编码过程中，抽象类和继承都是面向对象的强大武器。但是对于 API，更建议通过组合使用。
比如一个管理生命周期的类，如果被继承，子类有些行为就有可能被修改而导致出错。这时候建议使用 Interface + 工厂的方法提供实例。
由于 Java 8 之前 interface 没有 default 实现，为了避免增加功能需要频繁修改接口，可以使用 final class。
Objetive-C则可以使用 attribute ((objc_subclassing_restricted))和__attribute__((objc_requires_super))控制子类继承行为。
l 画风切换要少
API 命名要做到多个平台的业务命名统一，与每个平台的风格统一。
这点 HTTP 的接口要简单一些，只需要选定一种风格即可，Restful 或者 GraphQL 或者自己定义。
语言调用的 API 命名，建议首先遵循平台的风格，然后再是参考语言标准，最后才考虑团队的风格。
比如：iOS 平台的 API 开发，需要首先参照 iOS 的命名风格，did 和 will 之类的时态就非常有特色。
命名上细节较多，词汇、时态、单复数、介词、⼤小写、同步异步风格等都需要考量，需要长时间的积累。
l 理解成本要少
一般 API 每个接口都会有相应的注释说明，但是值得注意的是，大部分开发者并不看注释。
大部分开发者对接口的了解，都仅源于 IDE 的补全和提醒。一个接口看着像就直接用，不行再换一个试试，这其实是一种经验式编程的方式。也就意味着接口命名需要提高可理解性。有一个办法可以验证，将接口的所有注释抹掉，使用者能否非常直接的看懂每个接口的含义。如果很困难，则需要改进。
API 设计还有一处和普通开发不太一致。普通开发设计好架构即可，每个模块的开发可能是同一个人，接口并不需要在设计时确定下来。但是 API 的设计阶段，需要进行 Review 并直接确定接口的设计，以保证多端在开发时遵循完全一直的规则。
• 编码
在 API 的编码过程中，有以下几点需要注意。
1.在 API 中，预定义好版本号。
这个主要是针对 HTTP API，如：
http://api.example.com/v1/users/12345?fields=name,age。
如果目前仅有一个版本，也可以暂时不加，第二版时再区分。
2.注意 API 版本检查。
当分层提供多种 API 时，每层 API 需要在启动时，先校验一下版本号，避免不匹配的情况。
比如在以下 Java 代码中，大家可能觉得判断版本号相等的代码非常奇怪，应该永远是 true 才对。
但是抽象类和实现类出现在不同的分层模块中，并且实现类先编译，抽象类版本更新后再编译，就会出现不一致的情况。有很多语言或平台能提供类似的方式来确定版本。
3.提供规范性的 log 输出。
普通开发的log，主要用于自己定位问题。但是 API 在编码时，最好针对性的添加一些 log，有利于 API 的使用者理解并简单排查问题。但出于性能考虑，需要定义好 log 的级别并可以调整。
4.注意废弃与迁移。
当一个以前设计的 API 不再符合要求或者有重大问题时，我们可以对外标记成已废弃，并在注释中建议使用者迁移到另一个接口。如果是类似的被废弃接口，内部编码时最好能使用新的接口来实现，以降低向后兼容的维护成本。HTTP 的 API，需要预定义好迁移的错误码，比如在 HTTP 规范中，可以使用 410 Gone 说明已经不再支持某个接口。
• Review
API 的 Review 基于普通开发的 Code Review。如果基础的 Code Review 都没有做好，肯定无法保障 API 的质量和稳定性。
可以通过一些工具，为 API 的 Review 提供一些参考报告。比如可以使用 SonarLint 分析代码复杂度，如果接口层的代码复杂度较高，会是一个危险的信号。还可以借助 Java 反射、Clang 语法分析，获取当前的 API 接口列表，生成接口变更报告，也有利于减少无用接口的暴露。另外，自动化工具生成的接口文档也是 Review 重要的一环。
• 测试
在测试环节，我们可以通过 unit test 来关注 API 的稳定性。与敏捷开发经常修改 test case 不同，API 的 test case 基本代表了接口的稳定性。所以在修改旧 case 时需要特别明确，是 case 自身的 bug 还是接口行为发生了变更。
• 发布
我们可以通过区分 dev 和 stable 版本，为不同阶段的开发者提供更好的体验。
dev 版本包含最新的功能，但是 API 接口有变更风险。stable 版本 API 稳定，但功能不一定是最新的。如果开发者还在开发过程中，可以选用最新的 dev 版本，基于最新 API 开发。如果应用已经上线，可以选择升级直接到最新的 stable 版本。
• 反馈
由于前面提到的，云服务的 API 比较难确定用户群和用户的使用方式。可以参考 APM(Application Performance Management) 的方式，记录热点 API 使用情况，为后续的优化提供数据。
| 总结
上面的改进，让保障 API 的稳定性变得更容易。下面以融云 IMLib iOS SDK 2.0 版本演进为例，历尽 2015至 2019 四年时间，从 2.2.5 到 2.9.16 共 98 个版本。API 接口数量翻了一番，考虑到接口更内聚，功能大约增加了 3 倍。
但是需要用户迁移的接口非常少，即使迁移时开发成本都非常低。
