[架构] Serverless 构架基础 (4)

2014 年国外 Serverless 生态迅速发展，诞生了如 Serverless Framework、Vercel 等很多优秀的产品；2017 年阿里云和腾讯云发布了国内的 Serverless 产品：函数计算和云函数。Serverless 的开发框架、WEBIDE也陆续出现。

API：基于 Serverless 构建弹性可扩展的 Restful API

API 是使用 Serverless 最常见，也是最适合的场景之一。

• 不用购买、管理服务器等基础设施，不用关心服务器的运维，节省人力成本。
• 基于 Serverless 的 API，具备自动弹性伸缩的能力。
• 能根据请求流量弹性扩缩容，让你不再担心流量波峰、波谷。
• 基于 Serverless 的 API 按实际资源使用量来付费，节省财务成本。

内容管理系统的架构设计

SSR：基于 Serverless 开发服务端渲染应用

Serverless 最大的应用场景之一就是服务端渲染(SSR)应用。

基于Serverless 的服务端渲染架构

主要框架：React、Vue。

主流前端框架的问题：

• 不利于 SEO：页面源码不再是 HTML，而是渲染 HTML 的 Javascript，这就导致搜索引擎爬虫难以解析其中的内容。
• 初始化性能差：通常 SPA 的 JS 文件体积都比较大、加载耗时比较长导致页面白屏。

实现一个服务端渲染应用，通常面临着一些问题：

• 部署服务端渲染应用要购买服务器，并配置服务器环境，要对服务器进行运维。
• 需要关注业务量，考虑有没有高并发场景、服务器有没有扩容机制。
• 需要实现负载均衡、流量控制等复杂后端能力等。

基于 Serverless 的服务端渲染想要追求更好的用户体验，建议对核心业务做服务端渲染的优化。

达到页面的极致体验：

• 将静态资源部署到 CDN，提升资源加载速度。
• 针对页面进行缓存，减少函数冷启动对性能的影响。
• 对服务端异常进行降级处理。

基于 Serverless 的服务端渲染应用，可以让我们不用关心服务器的运维，应用也天然具有弹性，建议完善业务的持续集成流程，建议你完善业务的服务降级能力，进一步提高稳定性。要达到页面的极致性能，还需要考虑将静态资源部署到 CDN、对页面进行缓存等技术。

数据处理：基于 Serverless 开发高可用音视频处理系统

除了用来开发后端接口、服务端渲染应用等场景，Serverless：还能用来做什么呢?

• 大数据计算
• 物联网应用
• 音视频处理

音视频处理是一个 CPU 密集型的操作，非常消耗计算资源。

虽然用了视频转码服务，但还是要购买大量的服务器，搭建自己的视频处理系统，对视频进行更高级的自定义处理。

从基础设施的角度来看，基于 Serverless 的音视频解决方案，主要是替换了传统方案中的计算资源，也就是替换了服务器。

总结

• Serverless 除了适合 Web 接口、服务端渲染等场景，还适合 CPU 密集型的任务。
• 基于 Serverless 开发的音视频处理系统，本身就具备弹性、可扩展、低成本、免运维、高可用的能力。
• 对于需要通过代码执行的命令行工具等依赖，部署到 FaaS 平台之前需要为其设置可执行权限。若函数依需要调用其他云产品的接口，需要为函数授予相应权限。
• 对于添加水印、视频转码等消耗资源的操作，需要为函数设置较大的内存和超时时间。

未来展望：Servere 掀起新的前后端技术变革

• LAMP：LAMP 架构可以很方便构建动态网站，但随着用户增多流量增大，服务端所需要的资源也就越来越多。
• Serverless Jamstack： Jamstack 则是为了构建更快、更安全, 且更易于扩展的 Web 系统而诞生的。Jamstack 代表 Javascript、APIs、Markup。有了 Serverless 之后，我们可以将 API 也托管到 Serverless 上，这样整个 Web 系统就完全不依赖服务器，也更易于扩展。
• Kubernetes：业界容器编排的事实标准，以节点为中心的架构设计（Pod）。
• Serverless Kubernetes: 将 Pod 和节点解耦。解决方案有：AWS、阿里云、Knative、Fisson、OpenFaaS、Kubeless。在 2021 年 Serverless Kubernetes 也将越发流行。

随着技术上对去中心化、轻量虚拟化、细粒度计算等需求愈发强烈，Serverless 也必将借势迅速发展，带来一场新的技术变革。

N 条 Serverless 开发的实践经验

怎么提升开发质量，让应用代码更 Serverless 化？

• 使用代码描述基础设施：在使用 Serverless 时，经常会用到很多云服务，建议用代码的方式描述这些资源，这样当代码更新时也能同步更新云资源。这就是基础设施即代(Infrastructure as Code, laC)。如AWS 的 SAM 和阿里云资源编排。如果业务中使用多云，建议 terraform，如果主要用国内的云，使用资源编排更方便。
• 将业务逻辑抽离到入口函数之外：在入口函数中只应该处理函数参数，不应该处理业务逻辑。
• 函数单一职责：每个函数只负责一件事情，这样才更方便扩展。函数职责单一后，方便对其编写单元测试。
• 函数不能调用其他函数：在一个函数中调用另一个函数会让函数执行成本翻倍，还会导致函数间逻辑耦合。如果两个函数需要通信，建议使用消息队列或事件总线等方案。
• 为异步函数设置调用目标：异步函数执行过程是异步的，无法立即知道执行结果，所以要为异步函数设置异步调用目标。
• 编写详细的测试用例：测试是保障应用质量和稳定性的重要手段，建议为应用编写详细的单元测试和集成测试。
• 避免使用基于连接的服务：基于连接的服务主要是 RDS 数据库等，避免使用基于连接的服务，建立连接会带来额外的冷启动耗时，并且要在内存中维护连接池。Serverless 应用由于无状态的特点，并不适合使用连接，它比较适合的是使用服务。

怎么提升应用性能？

• 为函数设置合适的内存大小：内存到达某个阈值后，内存增长就不会再带来性能的增长了。随着内存增加，代码执行所消耗的成本也是线性增加的。建议通过链路追踪或一些开源产品分析函数性能并找到最佳内存。
• 选择合适的编程语言：Nodejs、Python 等解释型语言会比 Java、NET 等编译型语言性能更好，函数执行时间越长，成本也越高。建议如果应用对延迟非常敏感，容易引发频繁的冷启动，就选择解释型语言；如果应用对性能要求不高，也没有流量波峰波谷，建议选择最熟悉的编程语言。
• 优化代码：影响函数性能的因素主要有冷启动和代码逻辑及其依赖。优化性能主要就是利用容器重用，最大程度减少冷启动与代码初始化耗时。初始化后，将代码中引用到的任何外部配置或依赖性存储下来，减少每次调用时变量、对象的重新初始化，可以通过全局变量、静态变量、单例等来实现；重复利用上次函数调用期间建立的连接。
• 使用链路追踪分析应用性能：为了了解应用中各个组件的性能，使用链路追踪去分析应用的性能。如果没有定制化需求，比较推荐直接使用云厂商提供的链路追踪云服务。
• 减小代码的体积：代码体积越小，冷启动耗时越短，函数性能越高。建议精简代码体积，尤其是精简依赖的大小，要避免部署不必要的依赖。

怎么增强系统稳定性?

• 通过多地域部署实现多地域容灾：如果应用对可用性要求很高，可以多地域部署应用。应用也可能因法律合规要求，必须多地域部署。多地域部署的复杂性主要在于，函数以及依赖的各种云服务都要多地域部署。建议用 laC 的方式来管理云上资源。
• 通过多可用区实现单地域高可用：一个地域通常会有多个可用区。在 VPC 内的函数，如果要实现高可用，建议为函数指定多个不同可用区的交换机。
• 使用日志服务记录应用日志: 日志是我们监控应用运行状态和排查问题的重要依据，Serverless 应用屏蔽了服务器，所以就要使用云厂商提供的日志服务来集中记录应用日志。对于 Restful API，建议针对每个请求和响应都打印日志，这样更方便排查问题。
• 设定应用指标和监控：Serverless 应用的指标还包括函数调用次数、执行时间、代码出错次数等，需要为这些指标设置监控报警。

怎么保障应用安全？

• 不要相信任何用户输入。
• 正确处理程序异常。
• 对云上敏感数据进行加密。
• 为用户和角色配置最小权限。
• 为函数设置最小执行权限。
• 在代码中使用临时访问凭证。
• 记录云上操作及资源变化。

怎么优化应用成本？

在进行技术选型时，除了要考虑开发效率、应用性能、稳定性和安全性几个方面，还要考虑技术成本。

• 提升函数性能: Serverless 应用是按执行次数和执行时消耗的内存等资源计费，因此函数性能越高，执行时间越短，成本也就越低。
• 为函数设置超时时间：为了避免函数因异常而无限运行，所以要为函数设置超时时间。为函数设置合适的超时时间，可以避免产生不必要的费用。
• 选择合适的云服务：Serverless 应用往往依赖很多云服务，根据你的应用需求，使用不同云服务的架构，总成本要综合考虑应用需求与成本。
• 选择合适的计费方式: 通常 FaaS 平台的付费方式有按量付费和预付费。按量付费就是按实际函数执行次数和消耗的资源计费，预付费则与传统付费方式类似，预先支付费用购买资源生成函数实例。
• 关注 FaaS 和 BaaS 等云服务的总成本：对 Serverless 应用进行成本分析很容易陷入的误区就是，只考虑了 FaaS 的成本而忽略了 BaaS 的成本。

总结

参考链接

1. nodejh/serverless-class；

Jonsam

一个理科IT宅男，喜欢旅游、分享和美食，做点想做的事情，遇见想见的人。

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