这是第 76 篇不掺水的原创,想获取更多原创好文,请搜索公众号关注我们吧~ 本文首发于政采云前端博客: 结合阿里云 FC 谈谈我对 FaaS 的理解
进入主题之前,先从背景简述下最近前端界的热点词汇 Serverless,其实,Serverless 这个概念在其他领域已经提出来很久了。
Serverless
概念
Serverless 直译为无服务器,代表一种无服务器架构(也被称为“无服务器计算”),并不表示不需要物理服务器,而是指不需要关注和管理服务器,直接使用服务即可,其实就是一种服务外包或者说服务托管,这些服务由第三方供应商提供。
具体来说,Serverless 就是指服务端逻辑由开发者实现,运行在无状态的计算容器中,由事件驱动,完全被第三方管理,而业务层面的状态则记录在数据库或存储资源中。
目前国内一些大型公司如阿里、腾讯、滴滴都已经将 Serverless 逐步在业务中落地(案例分享:2020.06.19 ServerlessDays · China Online)。
Serverless 与 FaaS 的联系
Serverless = FaaS+BaaS ,是目前界内比较公认的定义:
FaaS(Function as a Service):函数即服务
- 负责服务端业务逻辑场景,需要开发者自己实现,服务的粒度比微服务更小,小到以函数为单位
- 事件驱动的 Serverless 服务,毫秒级弹性伸缩
- 无法进行内存或数据共享,是无状态的
- 无需运维,部署、运维等都由云平台提供
BaaS(Backend as Service):后端即服务
- 负责通用服务场景,不需要开发者自己开发,由云厂商提供,比如数据库、身份验证、消息队列、对象存储等服务
- 是有状态的
笔者认为,单看 FaaS 或者 BaaS,都是一种 Serverless ,只是一般我们完整的应用需要两者结合才能实现。
好,下面正式介绍 FaaS。
FaaS
作为一个前端,我们平日里很难接触到服务器、运维方面的操作。假设现在给你一个任务,让你自己开发一个有前后端交互的应用,并从 0 到 1 进行部署,是不是觉得光靠自己根本搞不定,这个任务有点难。
传统应用的部署,我们需要做很多工作:准备服务器、配置环境、购买域名、配置 nginx、……。应用发布之后,我们还要考虑运维的问题,线上监控,扩缩容,容灾等等等等。
现在,我们运用 FaaS 去开发部署的话,以上都不用考虑,只需要专注于业务逻辑开发即可,因为其它一切都托管给 FaaS 平台帮我们处理了。
概念
FaaS 是无服务器计算的一种形式。通过 FaaS,可以快速构建任何类型的应用和服务,它具有开发敏捷特性、自动弹性伸缩能力、免运维和完善的监控设施。因此:
- 开发者只需专注于业务逻辑开发,无需管理服务器、运行环境等 IT 基础设施
- FaaS 平台会为我们准备好计算资源,以 弹性、可靠的方式运行我们的代码,实现毫秒级弹性伸缩,轻松应对峰值压力
- 用户只需根据函数的实际执行时间按量付费
因此,相比传统开发模式,FaaS 大大提高了开发和交付效率,是未来云服务发展的大趋势。自 2014 年始,在 AWS Lambda 之后,Google、IBM、Microsoft、阿里、腾讯、华为等国内外云厂商相继推出云函数计算平台 FaaS。
快速创建 FaaS 应用
函数计算开发方式有很多种,比如:Fun 工具、函数计算 FC 平台、Serverless VScode、云开发平台。本文借助阿里云函数计算平台,通过其提供的模版快速创建、部署一个 Web 应用,向大家更清楚地展示 FaaS 是什么。
本文直接基于模版创建,用户也可以选择自己上传应用代码直接部署 Web 应用。
我们选择有前后端交互、数据增删改查等行为的 Todo List 应用,它是一个前后端一体化(前后端代码共属一个项目中开发、调试、部署,高效且节省资源) FaaS 应用。
服务/函数
服务
一个应用可以拆分为多个服务。从资源使用维度出发,一个服务可以由多个函数组成。先创建服务,再创建函数。
可以看到 TodoList 应用部署成功后创建好的服务,我们可以对该服务进行配置、删除、查看指标等操作,还可以对其下的函数进行配置、删除。
函数
函数是系统调度和运行的单位。函数必须从属于服务,同一个服务下可以有多个函数,同一个服务下的所有函数共享相同的设置,例如服务授权、日志配置,但彼此相互独立,互不影响。
函数代码
FaaS 对多种语言都有良好的支持性,比如阿里云支持 Node.js、Python、PHP、Java 等等,开发者可以使用自己熟悉的语言,根据平台提供的函数接口形式编写代码。这也意味着,团队协作时,大家可以利用多种语言混合开发复杂应用。
点击代码执行,可以看到这里有一个在线编辑器,里面就是模板生成的代码,可以在此处进行运行、调试。该应用前端页面用 React 实现,后端服务基于 Node 的 Express 框架。
函数入口
template.yml
是我们的函数信息配置文件,告诉云厂商我们的代码入口函数、触发器类型等操作。
函数入口为src/index.handler
,即src/index.js
服务端代码文件中的 handler 方法,该文件代码如下:
const { Server } = require('@webserverless/fc-express')
const express = require('express');
const fs = require('fs');
const path = require('path');
const bodyParser = require('body-parser');
// initial todo list
let todos = [
{
id: '123',
text: 'Go shopping',
isCompleted: false,
},
{
id: '213',
text: 'Clean room',
isCompleted: true,
},
];
const staticBasePath = path.join('public', 'build');
const app = express();
// index.html
app.all("/", (req, resp) => {
resp.setHeader('Content-Type', 'text/html');
resp.send(fs.readFileSync('./public/build/index.html', 'utf8'));
});
// 静态资源文件:js、css、图片
// static js resources
app.all('/*.js', (req, resp) => {
const filePath = path.join(staticBasePath, req.path);
resp.setHeader('Content-Type', 'text/javascript');
resp.send(fs.readFileSync(filePath, 'utf8'));
});
// static css resources
app.all('/*.css', (req, resp) => {
const filePath = path.join(staticBasePath, req.path);
resp.setHeader('Content-Type', 'text/css');
resp.send(fs.readFileSync(filePath, 'utf8'));
});
// static svg resources
app.all('/*.svg', (req, resp) => {
const filePath = path.join(staticBasePath, req.path);
resp.setHeader('Content-Type', 'image/svg+xml');
resp.send(fs.readFileSync(filePath, 'utf8'));
});
// static png resources
app.all('/*.png', (req, resp) => {
const filePath = path.join(staticBasePath, req.path);
resp.setHeader('Content-Type', 'image/png');
resp.send(fs.readFileSync(filePath, 'utf8'));
});
app.all('/manifest.json', (req, resp) => {
const filePath = path.join(staticBasePath, req.path);
resp.setHeader('Content-Type', 'application/json');
resp.send(fs.readFileSync(filePath, 'utf8'));
});
// 增删改查对应的api接口
// list api
app.get('/api/listTodos', (req, resp) => {
resp.send(JSON.stringify(todos));
});
// create api
app.get('/api/createTodo', (req, resp) => {
const { todo: todoStr } = req.query;
const todo = JSON.parse(todoStr);
todos.push({
id: todo.id,
text: todo.text,
isCompleted: todo.isCompleted,
});
resp.send(JSON.stringify(todos));
});
// update api
app.get('/api/updateTodo', (req, resp) => {
const { todo: todoStr } = req.query;
const targetTodo = JSON.parse(todoStr);
const todo = todos.find((todo) => todo.id === targetTodo.id);
if (todo) {
todo.isCompleted = targetTodo.isCompleted;
todo.text = targetTodo.text;
}
resp.send(JSON.stringify(todos));
});
// remove api
app.get('/api/removeTodo', (req, resp) => {
const { id } = req.query
// TODO: Implement methods to filter todos, filtering out item with the same id
// todos = todos.filter();
const todosIndex = todos.findIndex((todo) => todo.id === id);
if (todosIndex !== -1) {
todos.splice(todosIndex, 1);
}
resp.send(JSON.stringify(todos));
});
const server = new Server(app);
// 向外暴露了 http触发器入口
// http trigger entry
module.exports.handler = function(req, res, context) {
server.httpProxy(req, res, context);
};
可以看到,我们不需要自己起服务,FaaS 平台会为我们管理。这个文件,有两个重要的部分:
- 1.函数入口 handler,也是 HTTP 触发器入口,下文会详细介绍
// http trigger entry
module.exports.handler = function(req, res, context) {
server.httpProxy(req, res, context);
};
- 2.Web Service 和 api,通过路由调用相应的服务,比如请求路径为"/"时,会返回 Web 应用的 html 页面;请求"/api/*"时,调用接口返回数据
触发器
前面说过,FaaS 是一种事件驱动的计算模型,即函数的执行是由事件驱动的,没有事件触发,函数就不运行。与传统开发模式不同,函数不需要自己启动一个服务去监听数据,而是通过绑定一个(或者多个)触发器。
触发器就是触发函数执行的方式,我们需要为函数创建指定的触发器。
FaaS 应用的触发器有多种(不同云厂商的触发器会有所区别),但基本都支持 HTTP、对象存储、定时任务、消息队列等触发器,其中 HTTP 触发器是最常见的。
以阿里云函数计算为例,介绍几个代表类型:
触发器类型
名称 | 描述 |
---|---|
HTTP 触发器 | 1.HTTP 触发器通过发送 HTTP 请求触发函数执行,主要适用于快速构建 Web 服务等场 2.HTTP 触发器支持 HEAD、POST、PUT、GET 和 DELETE 方式触发函数 3.可以通过绑定自定义域名为 HTTP 函数映射不同的 HTTP 访问路径 4.开发人员可以快速使用 HTTP 触发器搭建 Web service和 API |
OSS 触发器(对象存储) | 1.OSS 事件能触发相关函数执行,实现对 OSS 中的数据进行自定义处理 |
日志服务触发器 | 1.当日志服务定时获取更新的数据时,通过日志服务触发器,触发函数消费增量的日志数据,并完成对数据的自定义加工 |
定时触发器 | 1.在指定的时间点自动触发函数执行 |
API 网关触发器 | 1.API 网关作为事件源,当有请求到达后端服务设置为函数计算的 API 网关时,API 网关会触发函数的执行。函数计算会将执行结果返回给 API 网关 2.与 HTTP 触发器类似,可应用于搭建 Web 应用。相较于 HTTP 触发器,您可以使用 API 网关进行 IP 白名单或黑名单设置等高级操作 |
开发者在调试时,如果不配置触发器,也可以使用控制台、命令行工具 或者 SDK 等方式直接调用函数执行。
我们点开 TodoList 的触发器,可以看到创建的 HTTP 触发器,WEB 用户通过 HTTP 请求即可触发函数的执行。
注意这里的提示语:打开链接,会下载一个 html 附件,这时我们打开,因为找不到静态资源文件,应用不能正常运行。
可以点击自定义域名去用平台为我们创建的临时域名打开:
可以看到,页面和功能都正常了。我们查看、新增、更新、删除,在控制台里可以看到发起的请求和返回结果
HTTP 触发器
该应用 HTTP 触发器的入口函数形式如下:
// http trigger entry
module.exports.handler = function(req, res, context) {
server.httpProxy(req, res, context);
};
配置 HTTP 触发器的函数可以通过 HTTP 请求被触发执行。此时函数可以看做一个 Web Server,对 HTTP 请求进行处理,并将处理结果返回给调用端。
访问 html 页面、请求静态资源文件,以及请求接口,都是通过 http 请求去触发相应函数的执行。
可以在这里进行调试:
FaaS 框架
目前市面上已经有一些较为成熟的开源 FaaS 框架,比如 OpenFaaS、funktion、Kubeless、Fission等等,本文向大家介绍阿里云今年正式发布的Midway FaaS框架,它是用于构建 Node.js 云函数的 Serverless 框架,它提供了函数的本地开发、调用、测试整个链路。它可以开发新的 Serveless 应用,也提供方案将传统应用迁移至各云厂商的云函数。阿里内部已经使用一年多了。
我们可以运用脚手架@midwayjs/faas-cli
提供的能力在本地快速创建、调试、mock、部署一个 FaaS 应用。Serverless 有一个很大的弊端,就是和云服务商平台强绑定,但是Midway Serverles 是防平台锁定的,它能一套代码能够运行在不同的平台和运行时之上,Midaway faas的部署可以跨云厂商,默认部署到阿里云FC,我们也可以修改部署到其它平台,如腾讯云SCF、AWS Lambda。
Midway FaaS 体系也与云工作台进行了结合,使用了和本地同样的能力,这里选择登录阿里云开发平台,用示例库模版再次创建一个 TodoList 应用进行演示,只不过这个是用 Midway FaaS 构建的。
代码目录结构可以简单抽取为:
|-- src
| |-- apis //函数代码
| |-- config //针对不同环境创建配置文件
| |-- configuration.ts //扩展能力配置
| |-- index.ts // 函数代码入口文件,里面包括多个函数
| |-- components // 前端组件
| |-- index.tsx // 前端页面入口文件(该应用前端基于React,若是Vue,则是App.vue)
|-- f.yml // 函数信息配置文件
f.yml配置文件
service: serverless-hello-world
// 服务提供商
provider:
name: aliyun
runtime: nodejs10 //运行时环境及版本信息
// 函数具体信息(包括函数入口、触发器等等)
functions:
render:
handler: render.handler
events:
- apigw:
path: /*
list:
handler: todo.list
events:
- apigw:
path: /api/list
update:
handler: todo.update
events:
- apigw:
path: /api/update
remove:
handler: todo.remove
events:
- apigw:
path: /api/remove
add:
handler: todo.add
events:
- apigw:
path: /api/add
// 构建的配置信息
package:
include:
- build //打包目录
artifact: code.zip //打包名称
函数代码中一个函数对应一个 api 接口:
安装依赖后,我们npm run dev
,阿里云为我们创建了一个临时域名用于调试:
可以看到请求的这些资源和接口数据:
一键部署,非常方便。
收费标准
传统应用我们的服务是一直占用资源的,而 FaaS 在资源空闲时不收费,按需付费,可以大大节省开支。
收费标准:
- 调用函数次数
- 函数运行时间
因为每月都有免费额度,所以在个人日常使用时基本不需要付费。
(PS:但还是要特别注意,部署的应用不用时一定要及时下线,否则可能会收取费用,还有开通的服务、功能也一定要仔细留意一下收费标准,比如可能想解决冷启动的问题,会开通预留实例功能,如果我们不用的话,一定要注意手动释放,否则即使它没有执行任何请求,也会从启动开始不断收费,费用可不小)
冷启动
再说说 FaaS 目前备受关注的一个问题——冷启动。
FaaS 中的函数首次调用、更新函数或长时间未调用时重新调用函数时,平台会初始化一个函数实例,这个过程就是冷启动,平均耗时在几百毫秒。
延迟问题
FaaS 因为冷启动,不能立即调用函数,调用延迟会给应用性能带来影响,针对冷启动的延迟问题,各大云服务商非常关注,正在想办法不断优化。
与冷启动相呼应的是热启动,热启动指函数调用时不用重新创建新的函数实例,而是直接复用之前的函数实例。因为 FaaS 函数若在一段时间内没有被事件触发运行,云服务商就会回收运行函数的容器资源,销毁函数实例,所以,在未被回收的这段时间内再次调用函数就是热启动;销毁后,重新创建就是冷启动。
延迟原因
冷启动具体做了哪些操作呢?以阿里云为例,大致包括了调度实例、下载解压代码、启动容器、启动运行时,这一过程结束后,函数才开始执行。所以冷启动的启动消耗时间受到很多因素的影响:
- 编程语言
有专门研究对比,不同语言的冷启动时间不同
- 代码大小
这个过程在冷启动过程中相对比较耗时,可能几十毫秒,也可能几秒,看代码体积大小
- 容器创建
这个过程的耗时取决于云服务商
- 配置等
如何优化
各大云厂商都已经有了一些优化方案的最佳实践,需要开发者和云厂商共同努力:
减少代码体积:
- 开发者可以通过精简代码,删除无用依赖,加速下载函数代码过程
- 比如腾讯云对代码做了两级的缓存,可以有效降低下载代码时间
- 资源复用,缩短函数执行时间
- 选择冷启动时间较少的语言
- 选择合适的内存:函数内存越大,冷启动表现越优
- 避免不必要的配置
降低冷启动频率
- 使用定时触发器定时访问函数,这样可以防止函数实例一段时间没被使用被销毁
- 使用 initializer 函数入口,函数计算会异步调用初始化接口,消除初始化用户代码的时间
- 预留实例
执行时长
FaaS 还有一个局限性,就是平台会限制函数的执行时间,超出时间后执行代码的进程会被强行销毁,所以 FaaS 不适合长时间运行的应用。例如 AWS Lambda 函数不允许运行超过 15 分钟(以前只有 5 分钟),如果超过就会中断。使用时,应该根据自己的预期执行时间来设置超时值,防止函数的运行时间超出预期,并且建议调用函数的 client 端的 timeout 要稍稍大于函数设置的 timeout,这样才能防止执行环境不会意外退出。
FaaS 工作流程
相信大家读到这里,应该差不多可以明白 FaaS 的工作流程了,我们总结一下:
- 开发者编写函数代码,可以在线编辑或者本地上传,完成后,FaaS 平台为我们部署应用,创建函数服务
- 客户端通过设置的触发器,通知函数服务
- 若存在函数实例,则直接在该执行环境中调用函数;没有,则先经过冷启动(调度实例、下载代码、启动实例、启动运行时),再执行函数
- 函数根据用户请求量动态扩容响应请求,将内容返回给用户。函数执行完后,若一段时间内无事件触发,函数实例就会被销毁,FaaS 应用快速缩容到 0
对前端的影响
Serverless 现在这么热,它对前端到底有什么影响呢?
整个实践下来发现,FaaS 帮我们前端扩展了能力边界,作为前端,我们自己一个人也能快速完成前后端开发以及部署工作,完全不用关心服务器以及运维方面我们不擅长的问题。前端也有机会参与服务端业务逻辑开发,更深入业务,创造更大的价值。
结语
本文结合阿里云 FC、Midway FaaS 框架快速创建 FaaS 应用的实践,向大家展示了什么是 FaaS,FaaS 的工作流程,优缺点,展现了 FaaS 颠覆传统开发模式的魅力。现在 FaaS 的应用场景非常广泛,Web 应用及小程序等移动应用、AI 及机器学习、物联网、实时数据处理等等。Serverless 时代,生产效率大大提高,每个人都有更多机会创造无限可能,让我们一起为未来加油!
参考文章
Serverless Handbook——无服务架构实践手册
Serverless Architectures(译文)—(Martin Fowler)
招贤纳士
政采云前端团队(ZooTeam),一个年轻富有激情和创造力的前端团队,隶属于政采云产品研发部,Base 在风景如画的杭州。团队现有 40 余个前端小伙伴,平均年龄 27 岁,近 3 成是全栈工程师,妥妥的青年风暴团。成员构成既有来自于阿里、网易的“老”兵,也有浙大、中科大、杭电等校的应届新人。团队在日常的业务对接之外,还在物料体系、工程平台、搭建平台、性能体验、云端应用、数据分析及可视化等方向进行技术探索和实战,推动并落地了一系列的内部技术产品,持续探索前端技术体系的新边界。
如果你想改变一直被事折腾,希望开始能折腾事;如果你想改变一直被告诫需要多些想法,却无从破局;如果你想改变你有能力去做成那个结果,却不需要你;如果你想改变你想做成的事需要一个团队去支撑,但没你带人的位置;如果你想改变既定的节奏,将会是“5 年工作时间 3 年工作经验”;如果你想改变本来悟性不错,但总是有那一层窗户纸的模糊… 如果你相信相信的力量,相信平凡人能成就非凡事,相信能遇到更好的自己。如果你希望参与到随着业务腾飞的过程,亲手推动一个有着深入的业务理解、完善的技术体系、技术创造价值、影响力外溢的前端团队的成长历程,我觉得我们该聊聊。任何时间,等着你写点什么,发给 [email protected]