完结撒花，copilot——细节决定成败！

背景

今年五月的时候我写了一篇文章《花了大半个月，我终于逆向分析了Github Copilot 》，受到了不少关注。当时应该还是copilot刚出不久，通过AST将webpack_modules的chunk自动拆分到不同的module文件，并通过一些语法转换让代码更易读。

但是当时最大的问题还是变量缺乏语义，需要花费很大的精力做上下文语义推导，代码看起来十分费劲。最近趁着copilot chat也要正式发布，重新看了一下copilot，发现有sourcemap文件，于是结合sourcemap反推了整个行列的变量映射关系以及文件关系，写了《再次揭秘Copilot：sourcemap逆向分析》这篇文章。

顺着sourcemap逆向的结果，代码变的更加可读了，于是也是从入口重新梳理了一下整体逻辑，发现了很多之前没有注意到的细节，有了以下几篇文章：

• copilot源码详细分析（一）从package.json说起
• copilot源码详细分析（二）activate入口分析
• copilot源码详细分析（三）ghostText核心逻辑

虽然copilot功能看起来很简单，但是细节之处非常多，要做到一个比较好的体验，copilot团队在细节之处有很多打磨，整体copilot代码盘点了下总共有近2万行左右，可见还是有不少复杂的细节。

整体架构

image

上图是我认为的Copilot基本架构：

• libs提供了最基础的服务（图中不全，还有network、Extension相关等等一系列服务）
• InlineCompletion 负责核心的补全能力入口，包含了对补全的处理策略，空行、光标、Debounce等等相关的处理。
• Snippet 模块负责索引到具有一定相似度的代码片段，有可能来自于外部，也可能来自最近打开的文件内容，会作为prompt的一个参考。
• Prompt 负责组装最终的prompt，把snippet、pathMarker、localImport、beforeCursor等组装起来。
• Telemetry 是最基础的上报监控，里面包含了关于采纳率评分、实验特性、性能或缺陷度量等等重要的功能模块。

细节为王

Copilot在很多体验细节都有非常精细的打磨推敲，我试着列举一下目前所看到的：

双worker线程

在主线程中，Copilot开启了两个线程，分别代理了以下方法：

• getFunctionPositions
• isEmptyBlockStart
• isBlockBodyFinished
• getNodeStart
• getCallSites
• parsesWithoutError
• getNeighborSnippets
• extractLocalImportContext
• sleep
• getPrompt

这些方法跟prompt和snippet相关，其中有一些方法需要进行wasm语法树的解析，有一些涉及到打开文件的遍历和相似度的计算，这些比较耗性能的操作都放到worker线程去处理。

多行预测模型

补充文本的提示到底是多行模式还是单行模式其实有很多细节，对于不同的语言来说，一般只有在块作用域的时候才需要多行提示，光标在行的中间位置，一般是需要单行提示，而光标处于新行的时候，往往又需要多行提示。

在Copilot内部对单行和多行模式的推断还是比较精细的，最后通过一个类似逻辑回归的模型来预测决定是否采用多行模式：

constructFeatures() {
  let numFeatures = new Array(14).fill(0);
  numFeatures[0] = this.prefixFeatures.length, numFeatures[1] = this.prefixFeatures.firstLineLength, numFeatures[2] = this.prefixFeatures.lastLineLength, numFeatures[3] = this.prefixFeatures.lastLineRstripLength, numFeatures[4] = this.prefixFeatures.lastLineStripLength, numFeatures[5] = this.prefixFeatures.rstripLength, numFeatures[6] = this.prefixFeatures.rstripLastLineLength, numFeatures[7] = this.prefixFeatures.rstripLastLineStripLength, numFeatures[8] = this.suffixFeatures.length, numFeatures[9] = this.suffixFeatures.firstLineLength, numFeatures[10] = this.suffixFeatures.lastLineLength, numFeatures[11] = this.prefixFeatures.secondToLastLineHasComment ? 1 : 0, numFeatures[12] = this.prefixFeatures.rstripSecondToLastLineHasComment ? 1 : 0, numFeatures[13] = this.prefixFeatures.prefixEndsWithNewline ? 1 : 0;
  let langFeatures = new Array(Object.keys(languageMap).length + 1).fill(0);
  langFeatures[languageMap[this.language] ?? 0] = 1;
  let prefixLastCharFeatures = new Array(Object.keys(contextualFilterCharacterMap).length + 1).fill(0);
  prefixLastCharFeatures[contextualFilterCharacterMap[this.prefixFeatures.lastChar] ?? 0] = 1;
  let prefixRstripLastCharFeatures = new Array(Object.keys(contextualFilterCharacterMap).length + 1).fill(0);
  prefixRstripLastCharFeatures[contextualFilterCharacterMap[this.prefixFeatures.rstripLastChar] ?? 0] = 1;
  let suffixFirstCharFeatures = new Array(Object.keys(contextualFilterCharacterMap).length + 1).fill(0);
  suffixFirstCharFeatures[contextualFilterCharacterMap[this.suffixFeatures.firstChar] ?? 0] = 1;
  let suffixLstripFirstCharFeatures = new Array(Object.keys(contextualFilterCharacterMap).length + 1).fill(0);
  return suffixLstripFirstCharFeatures[contextualFilterCharacterMap[this.suffixFeatures.lstripFirstChar] ?? 0] = 1, numFeatures.concat(langFeatures, prefixLastCharFeatures, prefixRstripLastCharFeatures, suffixFirstCharFeatures, suffixLstripFirstCharFeatures);
}

基于wasm的语法解析

copilot要支持多种不同类型的语言，语法树的解析是无法通过babel这类js工具的，需要借助wasm进行解析。

image

目前Copilot支持的主流语言有go、js、python、ts、ruby。在多行推导块作用域、localImport等功能上都用到了语法树的解析能力。

采用的解析库应该是tree-sitter.github.io/tree-sitter...

采纳率预测模型

在针对ghostText是否显示的问题上，Copilot也做了很多考量，有一个决策因素就是看contextualFilterScore ，是否满足设定的阈值：

function contextualFilterScore(ctx, telemetryData, prompt, contextualFilterEnableTree) {
  let cfManager = ctx.get(ContextualFilterManager),
    yt_1 = cfManager.previousLabel,
    acw = 0;
  "afterCursorWhitespace" in telemetryData.properties && telemetryData.properties.afterCursorWhitespace === "true" && (acw = 1);
  let dt_1 = (Date.now() - cfManager.previousLabelTimestamp) / 1e3,
    ln_dt_1 = Math.log(1 + dt_1),
    ln_promptLastLineLength = 0,
    promptLastCharIndex = 0,
    promptPrefix = prompt.prefix;
  if (promptPrefix) {
    ln_promptLastLineLength = Math.log(1 + getLastLineLength(promptPrefix));
    let promptLastChar = promptPrefix.slice(-1);
    contextualFilterCharacterMap[promptLastChar] !== void 0 && (promptLastCharIndex = contextualFilterCharacterMap[promptLastChar]);
  }
  let ln_promptLastLineRstripLength = 0,
    promptLastRstripCharIndex = 0,
    promptPrefixRstrip = promptPrefix.trimEnd();
  if (promptPrefixRstrip) {
    ln_promptLastLineRstripLength = Math.log(1 + getLastLineLength(promptPrefixRstrip));
    let promptLastRstripChar = promptPrefixRstrip.slice(-1);
    contextualFilterCharacterMap[promptLastRstripChar] !== void 0 && (promptLastRstripCharIndex = contextualFilterCharacterMap[promptLastRstripChar]);
  }
  let ln_documentLength = 0;
  if ("documentLength" in telemetryData.measurements) {
    let documentLength = telemetryData.measurements.documentLength;
    ln_documentLength = Math.log(1 + documentLength);
  }
  let ln_promptEndPos = 0;
  if ("promptEndPos" in telemetryData.measurements) {
    let promptEndPos = telemetryData.measurements.promptEndPos;
    ln_promptEndPos = Math.log(1 + promptEndPos);
  }
  let relativeEndPos = 0;
  if ("promptEndPos" in telemetryData.measurements && "documentLength" in telemetryData.measurements) {
    let documentLength = telemetryData.measurements.documentLength;
    relativeEndPos = (telemetryData.measurements.promptEndPos + .5) / (1 + documentLength);
  }
  let languageIndex = 0;
  contextualFilterLanguageMap[telemetryData.properties.languageId] !== void 0 && (languageIndex = contextualFilterLanguageMap[telemetryData.properties.languageId]);
  let probabilityAccept = 0;
  if (contextualFilterEnableTree) {
    let features = new Array(221).fill(0);
    features[0] = yt_1, features[1] = acw, features[2] = ln_dt_1, features[3] = ln_promptLastLineLength, features[4] = ln_promptLastLineRstripLength, features[5] = ln_documentLength, features[6] = ln_promptEndPos, features[7] = relativeEndPos, features[8 + languageIndex] = 1, features[29 + promptLastCharIndex] = 1, features[125 + promptLastRstripCharIndex] = 1, probabilityAccept = treeScore(features)[1];
  } else {
    let sum = contextualFilterIntercept;
    sum += contextualFilterWeights[0] * yt_1, sum += contextualFilterWeights[1] * acw, sum += contextualFilterWeights[2] * ln_dt_1, sum += contextualFilterWeights[3] * ln_promptLastLineLength, sum += contextualFilterWeights[4] * ln_promptLastLineRstripLength, sum += contextualFilterWeights[5] * ln_documentLength, sum += contextualFilterWeights[6] * ln_promptEndPos, sum += contextualFilterWeights[7] * relativeEndPos, sum += contextualFilterWeights[8 + languageIndex], sum += contextualFilterWeights[29 + promptLastCharIndex], sum += contextualFilterWeights[125 + promptLastRstripCharIndex], probabilityAccept = 1 / (1 + Math.exp(-sum));
  }
  return ctx.get(ContextualFilterManager).probabilityAccept = probabilityAccept, probabilityAccept;
}

这个模型看起来是会根据参数采用线性模型还是决策树模型。

debounce预测

对于代码补全的Debounce，甚至Copilot都做了预测，可见其细致程度：

async function getDebounceLimit(ctx, telemetryData) {
  let expDebounce;
  if ((await ctx.get(Features).debouncePredict()) && telemetryData.measurements.contextualFilterScore) {
    let acceptProbability = telemetryData.measurements.contextualFilterScore,
      sigmoidMin = 25,
      sigmoidRange = 250,
      sigmoidShift = .3475,
      sigmoidSlope = 7;
    expDebounce = sigmoidMin + sigmoidRange / (1 + Math.pow(acceptProbability / sigmoidShift, sigmoidSlope));
  } else expDebounce = await ctx.get(Features).debounceMs();
  return expDebounce > 0 ? expDebounce : 75;
}

不确定这些参数是否是经验值。

Jaccard相似度

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在进行snippet选取的时候，会进行相似度比对，选择相似度较高的片段作为相关的snippet发送给模型来辅助推断。

这里Copilot采用的是较为简单的Jaccard相似度加一个滑动窗口，进行分词比较。

Prompt优先级

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copilot对Prompt的处理也非常精细，不止是beforeCursor根据token数目进行推算，还结合了不同语言的language特性加上language Marker，path Marker，以及Import和snippet，设立优先级机制组装最终的Prompt给到模型，这也赋予了Copilot的代码补全更强大的推导能力。

实验平台下发参数

async getAssignment(feature, requestFilters = {}, telemetryData) {
  let granularityDirectory = this.getGranularityDirectory(),
    preGranularityFilters = this.makeFilterSettings(requestFilters),
    rememberedGranularityExtension = granularityDirectory.extendFilters(preGranularityFilters),
    expAccordingToRememberedExtension = await this.getExpConfig(rememberedGranularityExtension.newFilterSettings);
  granularityDirectory.update(preGranularityFilters, +(expAccordingToRememberedExtension.variables.copilotbycallbuckets ?? NaN), +(expAccordingToRememberedExtension.variables.copilottimeperiodsizeinh ?? NaN));
  let currentGranularityExtension = granularityDirectory.extendFilters(preGranularityFilters),
    filters = currentGranularityExtension.newFilterSettings,
    exp = await this.getExpConfig(filters),
    backgroundQueue = new Promise(resolve => setTimeout(resolve, _Features.upcomingDynamicFilterCheckDelayMs));
  for (let upcomingFilter of currentGranularityExtension.otherFilterSettingsToPrefetch) backgroundQueue = backgroundQueue.then(async () => {
    await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, _Features.upcomingDynamicFilterCheckDelayMs)), this.getExpConfig(upcomingFilter);
  });
  return this.prepareForUpcomingFilters(filters), telemetryData && (telemetryData.filtersAndExp = {
    exp: exp,
    filters: filters
  }), exp.variables[feature];
}

copilot很多参数都是通过实验平台下发的，比如：

• debounceMs
• debouncePredict
• contextualFilterEnable
• contextualFilterEnableTree
• contextualFilterAcceptThreshold
• multiLogitBias
• requestMultiModel
• requestMultiModelThreshold
• ...还有一系列参数

边界处理（缓存、缩进空行、token计算、语言语法等）

copilot在很多边界的处理上都非常细致，之前分析过它的缓存设计，语言语法等，下面举一个缩进处理的例子：

function adjustLeadingWhitespace(index, text, ws) {
  if (ws.length > 0) {
    if (text.startsWith(ws)) return {
      completionIndex: index,
      completionText: text,
      displayText: text.substr(ws.length),
      displayNeedsWsOffset: !1
    };
    {
      let textLeftWs = text.substr(0, text.length - text.trimLeft().length);
      return ws.startsWith(textLeftWs) ? {
        completionIndex: index,
        completionText: text,
        displayText: text.trimLeft(),
        displayNeedsWsOffset: !0
      } : {
        completionIndex: index,
        completionText: text,
        displayText: text,
        displayNeedsWsOffset: !1
      };
    }
  } else return {
    completionIndex: index,
    completionText: text,
    displayText: text,
    displayNeedsWsOffset: !1
  };
}

可以看到completionText 和displayText 的差异点主要就是空格本身，通过displayNeedsWsOffset 来标识最终的处理结果。

codeReference（新特性）

在代码补全建议被采纳后，会索引codeReference：

function handlePostInsertion(githubLogger) {
  return async event => {
    let {
        ctx: ctx,
        completionText: completionText,
        completionId: completionId,
        start: start,
        fileURI: fileURI,
        insertionOffset: insertionOffset
      } = event,
      insertionDoc = await ctx.get(TextDocumentManager).getTextDocument(fileURI);
    if (!insertionDoc) {
      codeReferenceLogger.debug(ctx, `Expected document matching ${fileURI}, got nothing.`);
      return;
    }
    if (!completionId || !start) {
      snippyTelemetry.handleCompletionMissing({
        context: ctx,
        origin: "onPostInsertion",
        reason: "No completion metadata found."
      });
      return;
    }
    let docText = insertionDoc.getText();
    if (!hasMinLexemeLength(docText)) return;
    let potentialMatchContext = completionText;
    if (!hasMinLexemeLength(completionText)) {
      let textWithoutCompletion = docText.slice(0, insertionOffset),
        minLexemeStartOffset = offsetLastLexemes(textWithoutCompletion, MinTokenLength);
      potentialMatchContext = docText.slice(minLexemeStartOffset, insertionOffset + completionText.length);
    }
    if (!hasMinLexemeLength(potentialMatchContext)) return;
    let matchResponse = await snippyRequest(ctx, () => Match(ctx, potentialMatchContext));
    if (!matchResponse || !matchResponse.snippets.length) {
      codeReferenceLogger.info(ctx, "No match found");
      return;
    }
    codeReferenceLogger.info(ctx, "Match found");
    let {
        snippets: snippets
      } = matchResponse,
      citationPromises = snippets.map(async snippet => {
        let response = await snippyRequest(ctx, () => FilesForMatch(ctx, {
          cursor: snippet.cursor
        }));
        if (!response) return;
        let files = response.file_matches,
          licenseStats = response.license_stats;
        return {
          match: snippet,
          files: files,
          licenseStats: licenseStats
        };
      });
    notify(ctx), Promise.all(citationPromises).then(citations => citations.filter(Boolean)).then(filtered => {
      if (filtered.length) for (let citation of filtered) {
        let licensesSet = new Set(Object.keys(citation.licenseStats?.count ?? {}));
        licensesSet.has("NOASSERTION") && (licensesSet.delete("NOASSERTION"), licensesSet.add("unknown"));
        let allLicenses = Array.from(licensesSet).sort(),
          matchLocation = `[Ln ${start.line}, Col ${start.character}]`,
          shortenedMatchText = `${citation.match.matched_source.slice(0, 100).replace(/[\r\n\t]+|^[ \t]+/gm, " ").trim()}...`,
          workspaceFolders = y3.workspace.workspaceFolders ?? [],
          fileName = fileURI.fsPath;
        for (let folder of workspaceFolders) if (fileURI.fsPath.startsWith(folder.uri.fsPath)) {
          fileName = fileURI.fsPath.replace(folder.uri.fsPath, "");
          break;
        }
        githubLogger.info(`'${fileName}'`, `Similar code with ${pluralize(allLicenses.length, "license type")}`, `[${allLicenses.join(", ")}]`, `${citation.match.github_url.replace(/,\s*$/, "")}&editor=vscode`, matchLocation, shortenedMatchText), copilotOutputLogTelemetry.handleWrite({
          context: ctx
        });
      }
    });
  };
}

这是一项新的能力，会搜索整个Github上的仓库，推荐有相同代码片段的引用过来，具体可以参见：

github.blog/2023-08-03-...

小结一下

copilot在产品功能上看似简单，但要想做好细节真的非常不容易。在写了之前那篇文章之后，很多人觉得仅仅逆向客户端插件这部分没什么用，但其实里面有很多细节是值得分析的，copilot插件已经不仅仅是在前端工程方面做优化，更是结合了传统的机器学习能力去做更好的体验。

所谓细节决定成败，copilot在众多vscode插件能够脱颖而出，做到了很多插件做不到的细节之处，非常值得我们学习。

上述代码已经提交在Github上，有需要的小伙伴可自取：

github.com/mengjian-gi...