开发函数计算的正确姿势——使用 brotli 压缩大文件

大文件问题

函数计算对上传的 zip 代码包尺寸限制为 50M。某些场景中代码包中会超过这一限制，比如未经裁剪的 serverless-chrome ，类似的还有 libreoffice ，此外常见的还有机器学习训练的模型文件。
目前解决大文件问题有三种方法

1. 采用更高压缩比的算法，比如本文介绍的 brotli 算法
2. 采用 OSS 运行时下载
3. 采用 NAS 文件共享

简单的比较一下这三种方法的优劣

方法	优点	缺点
高密度压缩	发布简单，启动最快	上传代码包较慢；要写解压代码；大小受限制不超过 50 M
OSS	下载解压后文件不超过 512 M	需要预先上传至 OSS；要写下载和解压代码，大概 50M/s 的下载速度
NAS	文件大小没有限制，无需压缩	需要预先上传至 NAS；VPC 环境有冷启动时延(~5s)

正常情况下如果代码包能控制在 50M 以下启动较快。而且工程上也比较简单，数据和代码放在一起，不需要额外的写脚本去同步更新 OSS 或者 NAS。

压缩算法

Brotli 是 Google 工程师开发的开源压缩算法，目前已经被新版的主流浏览器支持，作为 HTTP 传输的压缩算法。下面是在网上找到的关于 Brotli 和其他常见压缩算法对比基准测试。

从上面三幅图我们可以看出:相比于 gzip、xz 和 bz2，brotli 有最高的压缩比，接近于 gzip 的解压速度，以及最慢的压缩速度。

然而在我们的场景对于压缩慢这一缺点不敏感，压缩任务只要在开发准备物料的阶段执行一次就好了。

制作压缩文件

下面我先介绍一下如何制作压缩文件。下面的代码和用例都来自于项目 packed-selenium-java-example 。

安装 brotli 命令

Mac 用户

brew install brotli

Windows 用户可以去这个界面下载，https://github.com/google/brotli/releases

打包并压缩

打包前两个文件大小分别为 7.5M 和 97M

╭─ ~/D/test1[◷ 18:15:21]
╰─  ll
total 213840
-rwxr-xr-x  1 vangie  staff   7.5M  3  5 11:13 chromedriver
-rwxr-xr-x  1 vangie  staff    97M  1 25  2018 headless-chromium

使用 GZip 打包并压缩，大小为 44 M。

╭─ ~/D/test1[◷ 18:15:33]
╰─  tar -czvf chromedriver.tar chromedriver headless-chromium
a chromedriver
a headless-chromium
╭─ ~/D/test1[◷ 18:16:41]
╰─  ll
total 306216
-rwxr-xr-x  1 vangie  staff   7.5M  3  5 11:13 chromedriver
-rw-r--r--  1 vangie  staff    44M  3  6 18:16 chromedriver.tar
-rwxr-xr-x  1 vangie  staff    97M  1 25  2018 headless-chromium

tar 去掉 z 选项再打包一遍，大小为 104M

╭─ ~/D/test1[◷ 18:16:42]
╰─  tar -cvf chromedriver.tar chromedriver headless-chromium
a chromedriver
a headless-chromium
╭─ ~/D/test1[◷ 18:17:06]
╰─  ll
total 443232
-rwxr-xr-x  1 vangie  staff   7.5M  3  5 11:13 chromedriver
-rw-r--r--  1 vangie  staff   104M  3  6 18:17 chromedriver.tar
-rwxr-xr-x  1 vangie  staff    97M  1 25  2018 headless-chromium

压缩后的大小为 33M，相比 Gzip 的 44M 小了不少。耗时也非常的感人 6 分 18 秒，Gzip 只要 5 秒。

╭─ ~/D/test1[◷ 18:17:08]
╰─  time brotli -q 11 -j -f chromedriver.tar
brotli -q 11 -j -f chromedriver.tar  375.39s user 1.66s system 99% cpu 6:18.21 total
╭─ ~/D/test1[◷ 18:24:23]
╰─  ll
total 281552
-rwxr-xr-x  1 vangie  staff   7.5M  3  5 11:13 chromedriver
-rw-r--r--  1 vangie  staff    33M  3  6 18:17 chromedriver.tar.br
-rwxr-xr-x  1 vangie  staff    97M  1 25  2018 headless-chromium

运行时解压缩

下面以 java maven 项目为例

添加解压依赖包

    org.apache.commons
    commons-compress
    1.18



    org.brotli
    dec
    0.1.2

commons-compress 是 apache 提供的解压缩工具包，对于各种压缩算法提供一致的抽象接口，其中对于 brotli 算法只支持解压，这里足够了。org.brotli:dec 包是 Google 提供的 brotli 解压算法的底层实现。

实现 initialize 方法

public class ChromeDemo implements  FunctionInitializer {

    public void initialize(Context context) throws IOException {

        Instant start = Instant.now();

        try (TarArchiveInputStream in =
                     new TarArchiveInputStream(
                             new BrotliCompressorInputStream(
                                     new BufferedInputStream(
                                             new FileInputStream("chromedriver.tar.br"))))) {

            TarArchiveEntry entry;
            while ((entry = in.getNextTarEntry()) != null) {
                if (entry.isDirectory()) {
                    continue;
                }
                File file = new File("/tmp/bin", entry.getName());
                File parent = file.getParentFile();
                if (!parent.exists()) {
                    parent.mkdirs();
                }

                System.out.println("extract file to " + file.getAbsolutePath());

                try (FileOutputStream out = new FileOutputStream(file)) {
                    IOUtils.copy(in, out);
                }

                Files.setPosixFilePermissions(file.getCanonicalFile().toPath(),
                        getPosixFilePermission(entry.getMode()));
            }
        }

        Instant finish = Instant.now();
        long timeElapsed = Duration.between(start, finish).toMillis();

        System.out.println("Extract binary elapsed: " + timeElapsed + "ms");

    }
}

实现 FunctionInitializer 接口的 initialize 方法。解压过程刚开始是四层嵌套流，作用分别如下：

1. FileInputStream 读取文件
2. BufferedInputStream 提供缓存，介绍系统调用带来的上下文切换，提示读取的速度
3. BrotliCompressorInputStream 对字节流进行解码
4. TarArchiveInputStream 把 tar 包里的文件逐个解出来

然后 Files.setPosixFilePermissions 的作用是还原 tar 包中文件的权限。代码太长此处略去，参阅 packed-selenium-java-example

Instant start = Instant.now();
...

Instant finish = Instant.now();
long timeElapsed = Duration.between(start, finish).toMillis();

System.out.println("Extract binary elapsed: " + timeElapsed + "ms");

上面的代码段会打印出解压的耗时，真实执行大概在 3.7 s 左右。

最后不要忘记在 template.yml 里配置上 Initializer 和 InitializationTimeout

参考阅读

1. https://www.opencpu.org/posts/brotli-benchmarks/
2. https://github.com/vangie/packed-selenium-java-example

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