谷歌PH值：软件项目的健康度度量
最近，我又读了一遍《 SRE Workbook 》，其中又一次强化我的印象的一点是：SRE 是从用户视角为出发点，来识别和设计 SLO 的。由于这些已经上线的产品已经为真实用户提供真实的“不间断”服务，所以一定是以用户为起点，进行指标建设。
那么对于尚未上线的代码来说，如何进行衡量？需要遵循哪些理念与原则？
2020年3月出版的《谷歌软件工程（英文版）》中全面地解答了相关问题。
总的看来，谷歌强调共享责任和积极协作，但这并不妨碍将整个软件生命周期的度量管理分为两部分。
一是研发阶段的工作（代码上线及上线之前），这部分主要由 Product Team 负责；
二是运维过程的工作（代码上线之后），这部分主要由 SRE 负责。
本文主要是作者根据多种信息的收集，对第一部分内容的简要总结，也就是研发阶段的项目健康度。
谷歌代码的基本信息
与大多数企业不同，的代码使用大仓（ monorepo ）+ 主干开发（ Trunk-based Development ）模式，同时每天的代码提交数量也很大 （约 6万多次，其中不仅包括工程师的提交，也包括自动化工具对代码的修改）。每一次提交被称为一个 Changelist（简称为 CL）。
谷歌云平台的发布节奏
谷歌云平台，即 Google Cloud Platform ，简称 GCP 。下图所示的部分是 GCP 的上层组件，其显示为一周发布两次，这也是合理的。
而 GCP 是两周对外正式发布一次。但是，在云平台内部，仍旧希望坚持谷歌的 Daily Release Candidate 。
Daily Release Candidate 实践:
每天定时自动从 Trunk 拉出一个分支,
并验证它能达到“正式发布的质量”。
如果无法达到正式发布的质量标准，说明代码质量下降，需要采取行动。
这样的话，
一旦想提高发布节奏时，
可以不必做任何额外的努力。
坚守的工作原则
那么，到底如何平衡开发速度与质量？
当谈到“平衡”时，每个人在做出任何相关的判断前，必须能够遵循相同的原则，否则就无法在整个组织中保持一致性，从而问题无法收敛。而谷歌云平台所遵循的原则有以下三个：
推进测试健康 （ Drive Test Health ）
避免性能回归问题（ Avoid Preformance Regressions ）
确保高质量的发布 （ Ensure High Quality Releases ）
这些原则也是所有度量指标项的“根基”。
否则，所有的度量指标都是无源之水，无根之苗。
测试健康
在《持续交付 2.0 》第十章（自动化测试策略）中指出，我们无法通过单一手段来保证软件质量，必须建立全面的自动化测试保护网，才有可能达成 高质量快速高频交付。
下面是 GCP 建立的自动化质量保护网。可以看到，这就是《持续交付 2.0 》第七章所说的“部署流水线”一种实现。现在，微服务架构的流行也提升了测试的难度。
为了促进测试健康，自动化测试的优化方向是“密闭集成测试”、“提交前的快速测试（也有人叫提交门禁）”，以及“消除不稳定测试”。
另外，测试用例必须能够“ write once， run everywhere ”。这种高质量的测试用例可以扩大自动化测试的价值，即：无论是开发人员在自己的开发机上为某个需求写下第一行代码，还是验证 Release Candidate 的质量，甚至是生产环境之中，都可以使用它们。
提交前的快速测试，其目的就是预防 Bug ，而不是发现 Bug 。
需要建设工具与平台，让开发人员在提交代码之前，就能够很方便地来检查代码的质量。
避免性能回归问题
对于谷歌云平台来说，性能问题也与功能特性一样，是一等公民。
谷歌云在内部构建了一个性能基准库，使服务所有者和产品能够无缝地集成到他们的产品中，并获得丰富的性能基准。这个现在不仅仅在 GCP 中使用，而且已经在谷歌推广。
另外，它还将性能作为一项功能或一项服务来持续监控。
确保高质量的发布
这一点更能体现“速度与质量”的平衡。
发布速度是指将功能特性从开发环境推到生产环境的速率。
“常在河边走，哪能不湿鞋”。
所以，要持续不断地找到办法，以便在出现问题时，能够快速处理，对用户不产生或尽量少产生影响。
除了前面提到通过各种防御方式，尽可能不产生 Bug 以外，还可以使用下面的方法。
将部署与发布分离
也可以叫做“二进制部署”与“配置发布”分离。即：功能特性还没有完成的代码可以部署到生产环境，但并不可见。
只有当该功能特性的代码都部署到生产环境以后，通过配置开关将该特性打开。
如果发生问题，直接关闭这个特性的配置开关即可，应对非常从容。
定时发布且间隔时间短
定时发布让所有人都能够知道对主干代码的质量标准，降低了很多的沟通协调成本。
如果发布的间隔时间短，任何特性都不必象“赶最后一班车”那样着急，可以从容地写出高质量的代码。
因为下一个发布时间点马上就到，而不必等很久。
先回滚，再修复
一旦发现问题后，就先把有问题的版本回滚，恢复到前一个工作良好的版本。
这种方法通常在原子提交实践的基础上更容易实施。因为即便问题并不是因某个特性引发的，而只是由于几处代码有问题。那么就可以将与这几处代码相关的 CL 直接从 Trunk 上 backout 出来，再次发布即可。由于所有 CL 都具有原子性的，所以绝大多数情况下，这是非常容易的。
在这种方式下，可以确保在修复严重 bug 时，不必因为走“捷径”，而引发更多的问题和低质量代码。
项目健康度
如果你不知道你从哪儿来，你就不知道你身处何处。你不知道身在何处，就不知道要去何方。如果你不知道要去何方，你很可能会走错。
项目健康度（Project Health，简称为 pH值）。它由一组指标组成，用于监测软件产品在发布之前的研发过程保持健康状态。
这个指标集的选取也是秉承了谷歌对软件产品的研发理念（可持续的、小批量、高质量、快速地发布），坚守上面提到的研发原则，同时也结合了其自己的实际研发流程。
由于谷歌内部的绝大部分产品所用的研发流程具有高度的一致性，所以其度量体系的建设和维护成本也就相对较低。
谷歌内部多年积累的数据表明，pH值越高，项目越能很好地平衡速度与质量。pH值越高，开发实践越好，更少的问题，更快地修复bug，更有时间聚焦于开发新功能。开发人员只要写代码，然后提交就行了。因为整个版本发布流程都是自动化的了。
如果代码有问题，部署流水线中的各种自动化测试就会把它拦截下来，通知你修复。
pH 指标与级别说明
这个指标体系主要跟踪以下四个方面：工程师的生产效率（ developer productivity ）,发布速率（ release velocity ）, 可靠性（ reliability ）, 以及最为重要的质量（ quality ）。
具体指标包括：
TAP 测试通过率
TAP 测试不稳定性
全量测试覆盖率
增量测试覆盖率
预提交测试（ Pre-submit test）的测试覆盖率
预提交测试的跳过率
预提交测试的运行时长
发布间隔
发布分支上的 Cherry-pick 数量
每次发布的 粒度（即有多少 CLs ）
如下图所示：
需要注意的是，对于一个项目的评级是使用“最低分”。
为什么使用“最低分”，而不是“平均分”呢？
因为平均分是一种虚荣指标，并不能真实反映该项目真正需要关注的弱点。
下面是某个项目的具体指标得分情况，仅供参考。
TC VS pH
谷歌使用了八年的 Test Certified（2008～2016） 被这个 Project Health 所取代。这是为什么呢？
开发工程师已养成写测试的习惯
TC 标准是静态的
当团队达到某个级别以后，就没有再进一步的动力提升级别，甚至项目实际情况已经降级了。
由于没有再次参与评估的动力，所以很多项目团队都停留在 Level3 。
也就是停在中间水平，即不高，也不低。
TC 中的一些指标不易度量
在评估时需要人工评委参与；
某些指标的取证比较困难。
有时需要人工举证，且取证成本较高，可信度较低。
为了解决这个问题，pH 值出现了。
pH 全部可以自动计算，无需人工评委参与；
随时评估：因为可以做到全自动化地动态更新，可以随时掌握数据变化；
让 Engineering Productivty 团队可以有针对性地帮助产品开发团队。
Test Certified (后文简称 TC ) 是 Google 内部的一个认证项目，从 2008 年开始使用，到 2016 年停止使用。八年的时间里取得了多个里程碑，有 1700+ 的项目注册，其中 1200+ 获得了 1 到 5 级的认证，578 名导师参与。Test Certified 最早起源于 2006 年，通过多年的实践，在 Google 的很多项目中起到了积极的作用，Test Certified 使用 5 个级别的规范来定义一个项目的测试健康度，以此来促进开发人员将测试当作软件开发的一部分，尤其是单元测试。
参考链接：
GCP: Move Fast and Don’t Break Things, 2019
谈谈 Google 的 Test Certified, 2016