大语言模型友好的 API：借助集体智慧构建更好的软件架构
在过去的几个月里，我们一直在探索：如何将大语言模型用于研发效能提升？而随着，我们研究的逐步推进，慢慢进入一些深水区，诸如于：如何将 AI 更好地用于辅助架构设计？基于我们多年的架构设计及治理经验，开放服务能力是评价架构的重要维度之一，而 API 正是提升架构开放性和改善对外服务能力的关键手段。
我们先前的观察和 Unit Mesh 的一系列编程相关的 LoRA 试验，我们的结论是：【开源 LLM + LoRA 微调】将会成为大多数企业更愿意接受的方式，所以我们也将在此介绍：企业如何构建私有化的 API 设计能力，从而构建更加开放、现代化和高效的架构体系。
传统的API设计弊端
传统的 API 设计往往面临三个挑战：
开放资源难以决策。其中包括应当开放哪些数据以及服务，才能将企业的数字化价值最大程度输出及“变现”；
点状需求驱动。缺乏整体的设计与规划，API成为了交付物而非数字化资产；
RESTful 设计标准难以落地。尤其在规模较大的研发组织中，技术能力参差不齐更容易导致API设计产出的标准不一。
同时，还需要加强技术能力培训和知识共享，以提高组织内部的 API 设计水平和一致性。
大语言模型友好的 API
在开源大语言模型（LLM）的加持之下，我们可以做到：
集采众长以帮助场景创新。将相关领域中已开放的专业知识和经验融合到语言模型中，从而辅助探索合适的API服务场景 - Discover；
资产建模驱动。将研发组织已有的经典的软件工程的资产，文本化、结构化转变为 LLM 的语料，充分利用既有经验以定义能够满足服务场景的API - Define；
标准内建的设计与交付。将自然语言描述的场景及需求转化为具体的 Restful API 设计，并结合数据工程与平台工程，持续整合整个组织的软件智慧和经验，以帮助我们构建好的软件架构 - Deliver。
通过利用 LLM 的能力，我们可以更好地应对 API 设计中的挑战，实现数字化价值最大化和 API 成为数字化资产的目标。
于是，我们针对 LLM 与 API 的结合应用进行了深入研究，而在这个过程中，发现了一些很有意思的范式。我们将适合于此的 API 模式称为 LLM 模型友好的 API。其定义如下：
大语言模型（LLM）友好的 API 是指为了更好地适应和利用大型语言模型的能力，而设计的软件 API 规格，以方便于 LLM 的指令设计和工具化集成。这种 API 的格式和输入输出应当与大型语言模型的输入输出格式相匹配，以便大型语言模型可以更好地理解和处理输入，并输出符合预期的结果。
简单来说，就是设计 LLM 友好的 API 格式，以用于 LLM 生成与识别，以方便后续的代码生成等环节。
模式：集体智慧飞轮
结合我们对于 LLM 的理解与探索，结合 GitHub Copilot 的免费试验过程与逻辑实现。我们基于 ChatGLM 训练了我们的第一个架构辅助设计 LoRA。并根据我们的理解，绘制了一个可复用的过程路径：
在不同的阶段，我们有不同的关注点：
Discover 阶段，关注于数据与语言工程。即：训练语料的来源与数据处理，或是来源于对 OpenAI 的数据蒸馏，或是来源于公开的 API，又或是从代码中提炼 API。
Define 阶段，关注于 Prompt 工程。即：设计适用于私有化大模型的 instruction、input 和 output，以及设计演进式评估所需要的评估数据集。
Delivery 阶段，关注于平台工程。即：将 LLM 的应用工程化，“无缝” 接入内部的各种平台和工具，持续处理用户对于数据的反馈，以持续迭代软件数据集。
在此时，LLM 的工程化便是一个跨越不同领域的复杂数据工程活动。将这样的工程标准化、跨不同部门协作、持续迭代下去，则会是我们未来的新挑战。
以 API 为例，我们将上述的三个阶段分解为六步：
Discover 阶段
识别软件工程资产
针对于资产的“语言建模”（格式化输出）
Define 阶段
MVP 微调试验
设计增量引导指标
Delivery 阶段
LLM 体验设计与工具集成
基于反馈的平台工程
针对于不同的场景下，可能略有差异。
三阶六步构建模型友好的智慧飞轮
步骤 1：识别软件工程资产
在清晰地了解工程过程之后，我们便需要继续深入架构领域，分析我们能怎么去实现。我们定义的第一步是：识别软件工程资产。即在分析如何实现目标之前，需要梳理和了解已有的软件工程过程，以及过程中产生的资产，包括文档、代码、测试用例等等，以便更好地利用这些资产，并将其与 LLM 进行结合，进而来提升研发效率。
在这个阶段，我们采用了经典的用户旅程分析方法：
上图中，包含了五个要素：
工序化。即理想情况下，API 设计的全生命周期的过程应该是怎样的？
工艺现状。我们的现状现在是怎样的？
痛点问题。过程中，不同角色的主要痛点是什么？
工艺改进。如何针对于上述的痛点进行改进？
资产沉淀。过程中会产生哪些关键产出（软件工程资产）？
随后，围绕于我们产出的软件工程资产，便可以进行 LLM 微调试点与探索。
在我们的 LLM 赋能的 API 全生命周期里，我们定义的四个关键资产是：API 规范和结构、软件需求（用户故事）、领域模型、API specs。
步骤 2：针对资产的 “语言建模”（格式化输出）
由于大语言模型本身是文本，所以我们需要对现有的架构资产进行 “语言建模”，简单来说就是将文本结构化，转变为特定的、易于阅读和解析的格式，即领域特定语言（DSL），诸如于 markdown 表格、UML 等。
在同一个场景之下，我们预期 LLM 能返回固定格式的数据，方便我们结合到工具中。尽管没有可信的来源证明：OpenAI 在语料阶段使用 markdown 作为数据，但是从经常性输出 markdown 的结构和 ChatGPT 的渲染来看，markdown 是其中一种 LLM 友好的格式。如：
文本生成模型场景下，PlantUML 是最友好的格式之一
生成 API 场景下，markdown 是最友好的格式之一
随后，我们定义了 API 的 “语言模型”：
与普通的 markdown 表格差别并大。只是呢，我们在 request、response、error response 中使用了类 json 的格式表示。
这里还有一个关键点是，编写一个针对于该格式的校验器，一旦出错可以重来，以提升数据质量、降低出错率等。
步骤 3：MVP 微调试验
在训练之前，我们需要准备一些数据，对于现有的 LLM，我们通常采用如下的：instruction、input、output 的结构方式，并由人或者现有的 AI API 来辅导我们进行数据准备。
出自《A Survey of Large Language Models》
在进行 MVP 阶段数据处理时，可以考虑多种方式结合：
常规双向匹配。
数据蒸馏。即将大型真实数据集（训练集）作为输入，并输出一个小的合成蒸馏数据集。
反向生成。即基于目标 output 文本生成潜在的 input，以作为数量级。
如下是我们根据 Swagger、Postman 创建数据集的过程：
微调通常不是一次就能完成的，我们需要结合 self-instruct 的模式构建一些通用的指令、prompt。不过，考虑到大部分公司都有 AI 专家能更好地帮助解决这个问题。
步骤 4：设计增量引导指标
为了评估微调、训练的结果，我们需要构建一个增量引导的指标。而在 AI 编程领域，OpenAI 开源的 HumanEval 数据集提供了一个非常好的示例。
HumanEval 通过单元测试自动评估代码示例的正确性。包含了 164 个带有单元测试的原始编程问题的数据集。以用于评估语言理解力、算法和简单的数学，其中一些可与简单的软件面试问题相媲美。
在某种程度上也作为了其它 AI 在语言模型的标准，CodeGen、CodeGeeX 也采用它来进行评估。如下是 CodeGeeX 的评估结果示例：
对于 API 来说，我们同样也正在设计相似类似的方式来构建。如下是我们微调完的 RESTful API 示例：
这里还有几个问题要考虑：
如何有效验证结果是否正确？如 RESTful API 是易于验证的，但是 CRUD 是否合理如何验证呢？
数量级的全面性如何保证？
是否只针对特定领域编写？
尽管指标可以作为一种评价工作或项目进展的方法，但过度依赖指标可能产生指标驱动的风险。但是，我们可以通过构建基于反馈的平台工程，来优化并解决这个问题。
步骤 5：LLM 体验设计与工具集成
在构建了第一个 MVP 之时，我们也在探索如何与工具结合在一起。如在我们的场景之下，采用的是 IDE 插件，便需要开发 IDE 插件来实现。
而针对于 IDE 来说，其过程比较简单，如下图所示：
虽然语法分析难度虽然高了一点点，但是并不是主要的挑战。主要的挑战是，如何去进行交互设计。
如在 GitHub Copilot 的插件便有非常好的体验，支持多种不同交互（快捷键、Inlay、工具栏等）、Code Completion 模式等。在编辑模式内，通过 Intellij IDEA 自带的 InlayModel，可以支持：Inline，AfterLine，Block 三种不同的模式。
考虑到，过往我们已经有了大量的体验设计经验，由于需要注意的点是：AI 时代是否有更好的交互方式？
步骤 6：基于反馈的平台工程
与常规应用的度量不同，对于 AI 产品来说，我们需要非常、非常、非常关注于用户对结果的反馈，并持续收集这些数据：接受、不接受、改进后的版本（按需）。
与 ChatGPT 不实用的 Like、Dislike 相比，针对于软件资产来说，企业更容易获得改进后的版本，如对于需求的进一步完善。
以代码为例，在 AI 编程工具里，当用户 accept 或者 reject 代码之后，我们就可以记录下这些信息。同时，如果用户对代码进行改动，我们还能将其作为后续训练的数据集。
因此，在我们构建端到端的工具时，需要设计好内部的平台工程，强化反馈回路，以使我们的 AI 更加智能。
总结
利用大语言模型技术，能帮助我们汲取来自不同领域的优秀 API 设计经验和方法，同时融合研发组织自身的经验和实践，以及主流的 API 规范。这有助于提高架构中的 API 设计效率和质量，从而增强整体架构的服务能力和开放性。而具体的提升效果如何，以及引入LLM增强的架构治理方式及路径是否会有所变化，还需要更多的实际应用场景来进一步验证。
我们也会在 ArchGuard 架构治理平台中，持续嵌入相应的指标和实践，欢迎大家关注：https://github.com/archguard/ 。
参考资料：
《CodeGen: An Open Large Language Model for Code with Multi-Turn Program Synthesis》
《Evaluating Large Language Models Trained on Code》
《A Survey of Large Language Models》
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