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从循环依赖谈 Chromium 模块化设计：编译结构与最佳实践

news 2025/8/2 9:35:01

在大型 C++ 工程中，循环依赖（Circular Dependency） 往往是性能退化、编译效率降低与代码可维护性下降的根源之一。Chromium 作为一个拥有数千万行 C++ 代码的大型项目，在架构设计上天然地面临循环依赖的挑战。

本文将结合 C++ 的语言特性和 Chromium 的模块化工程实践，深入剖析：

什么是循环依赖以及它的危害；
Chromium 中真实出现循环依赖风险的模块；
Chromium 如何通过接口设计、前向声明、Observer 模式等方式进行解耦；
工程层面如何避免、检测和修复循环依赖；
我们能从中借鉴哪些实战经验。

一、什么是 C++ 循环依赖？

循环依赖是指两个或多个类或模块互相依赖，形成一个依赖闭环。在 C++ 中通常表现为头文件互相包含，或类之间存在互为成员变量的情况：

示例：

// a.h #include "b.h" class A { B b_; // ❌ 错误：B 类型不完整 }; // b.h #include "a.h" class B { A a_; // ❌ 错误：A 类型不完整 };

这会导致编译失败，错误如：

error: incomplete type 'B' is not allowed

除了编译错误，循环依赖还会引发一系列工程问题，比如：

模块强耦合，无法单独测试或替换；
编译时间显著增加；
增量构建失效，导致一行小改动引发大面积重编译；
更难做重构或解耦。

二、Chromium 项目中典型的循环依赖风险点

在 Chromium 中，有众多模块存在天然的双向关系。例如：

模块 A	模块 B	关系说明
`WebContentsImpl`	`RenderFrameHostImpl`	WebContents 持有 Frame 列表，Frame 回调 WebContents
`RenderFrameHostImpl`	`NavigationRequest`	Frame 启动导航，导航需要 Frame 状态
`SiteInstanceImpl`	`RenderProcessHost`	SiteInstance 映射进程，进程反查站点信息

这些模块如果直接通过头文件相互引用，会很容易产生编译环。

三、Chromium 是如何规避循环依赖的？

Chromium 并未完全依赖语言特性，而是结合 C++ 编程惯例与模块设计原则，通过以下方式实现解耦：

1）前向声明 + 指针成员

最常见的方式就是使用前向声明（forward declaration）替代 #include，并将成员变量改为指针或引用：

// WebContentsImpl.h class RenderFrameHostImpl; // 前向声明 class WebContentsImpl { RenderFrameHostImpl* main_frame_; // 避免完整类型依赖 };

这样可以有效切断头文件依赖闭环。

2）Observer 模式解耦双向通知

例如 Frame 需要回调 WebContents 状态更新，不直接访问其接口，而是通过接口抽象：

// render_frame_host_delegate.h class RenderFrameHostDelegate { public: virtual void OnFrameStartedLoading() = 0; };

再在 WebContentsImpl 中实现这个接口：

class WebContentsImpl : public RenderFrameHostDelegate { void OnFrameStartedLoading() override { ... } };

这样 RenderFrameHostImpl 只依赖于 RenderFrameHostDelegate 抽象，而不是具体的 WebContents 实现。

3）Interface/Impl 分离：模块设计分层

Chromium 遵循“接口对外、实现隐藏”的架构习惯。例如：

// web_contents.h（纯虚类接口） class WebContents { public: virtual void LoadURL(...) = 0; }; // web_contents_impl.h class WebContentsImpl : public WebContents { void LoadURL(...) override; };

这样，其他模块只与 WebContents 接口交互，不依赖其实现类，进一步削弱了模块间的耦合度。

4）多进程通信断开跨模块直接调用

Chromium 是多进程架构，不同进程之间靠 Mojo 通信（IPC）传输数据。比如：

UI 进程的 WebContents 通过 Mojo 连接 GPU 进程；
RenderFrame 通过 IPC 调用浏览器进程接口；

这样天然避免了跨模块的直接类引用，Mojo 接口本质就是一个 protocol 层，结构上起到了“断层”的效果。

5）工具和规范约束 include 层级

Chromium 还通过构建工具和代码规范来避免 include 炸弹：

GN 构建系统限制跨目录包含；
编译器强制要求头文件包含最小化；
工具如 include-what-you-use (IWYU)、clang-tidy、gn check 检测冗余 include。

四、一个真实模块解耦案例：`RenderFrameHostImpl` ↔ `WebContentsImpl`

背景

RenderFrameHostImpl 是渲染帧在浏览器进程的抽象，WebContentsImpl 管理整个页面状态。

它们间存在双向需求：

WebContentsImpl 需要枚举所有 Frame；
RenderFrameHostImpl 在加载、崩溃等状态变更时需要通知 WebContents；

解法

Chromium 通过引入 RenderFrameHostDelegate 接口：

class RenderFrameHostDelegate { public: virtual void OnDidFinishNavigation(...) = 0; };

RenderFrameHostImpl 只依赖这个接口，并通过构造函数注入：

RenderFrameHostImpl(RenderFrameHostDelegate* delegate);

而 WebContentsImpl 作为实现类提供具体行为。

这样，从结构上就避免了 .h 文件之间的互相包含，且功能解耦清晰。

五、工程实践建议（如何规避循环依赖）

结合 Chromium 的做法，C++ 项目中可以遵循以下建议：

建议	描述
✅ 避免在头文件中包含完整类定义，尽量使用前向声明
✅ 用 `raw_ptr<T>` 或 `WeakPtr<T>` 持有成员，解耦生命周期
✅ 使用接口抽象定义回调、监听器等交互关系
✅ 头文件只声明接口和最小依赖，实际逻辑放在 .cpp
✅ 拆分复杂类为 interface + impl，避免混杂职责
✅ 引入中介者模式（如消息总线、调度中心）打破闭环
✅ 用构建工具限制跨目录 include，减少耦合路径