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架构师必知必会系列：无服务架构与函数计算

作者：禅与计算机程序设计艺术

1.简介

无服务架构（Serverless Architecture）已经逐渐成为一种主流架构设计方法，与传统的基于云服务器的架构相比，无服务架构能够实现更加经济高效、弹性伸缩及自动扩容等特性。但是对于开发者而言，如何将无服务架构引入到实际的业务系统中是一个问题。

在本文中，笔者将结合自身工作经验，对无服务架构以及函数计算（FaaS）进行全面的讲解。无服务架构是一种利用事件驱动或者基于消息队列的方式，快速部署和扩展应用程序的新型应用架构模式；而函数计算则是在无服务架构上构建的，可以按需动态执行代码的服务。

文章的主要内容包括：

1.什么是无服务架构？ 2.为什么要使用无服务架构？ 3.无服务架构和Serverless架构有什么区别？ 4.如何利用无服务架构进行应用开发？ 5.什么是函数计算？ 6.函数计算与微服务架构有什么关系？ 7.函数计算的优势是什么？ 8.如何选择适合自己的函数计算平台？ 9.通过实例学习无服务架构与函数计算。

2.相关概念

Serverless架构与FaaS介绍

Serverless架构

Serverless架构最初由AWS Lambda平台提出，其是一种构建无状态、无管理的可伸缩应用的编程模型。用户只需要编写核心业务逻辑代码并上传至云端，之后平台就会自动运行代码，并提供API接口供用户调用。无服务架构的一个优点是，它提供了非常灵活的开发模型。你可以使用各种语言或框架编写代码，甚至可以使用容器镜像直接部署应用。

无服务架构采用事件驱动架构模型，允许开发者定义触发器（Trigger），当满足触发条件时，平台会自动执行某段代码。这种架构可以帮助开发者将资源与应用功能分离，让开发人员更专注于核心业务逻辑的实现，同时也降低了开发成本，提升了效率。

FaaS架构

函数即服务（Function-as-a-Service，FaaS）是一个抽象概念，指的是一种服务器端架构模型，其中一个重要特点是通过函数调用来完成特定功能。FaaS平台一般被称作“函数计算”，其本质是利用serverless架构将一组功能封装成服务单元，并通过HTTP API接口暴露给用户。它具有高度可靠性、极速响应能力和低延迟等优势，适用于那些短时间内处理海量数据的业务场景。

与其他serverless架构不同的是，FaaS架构对应用的开发环境要求不太高，可以轻松地在云端托管，并且可以免费获得公共服务。但由于服务的启动速度慢，因此它只能作为一些基础服务，无法完全替代微服务架构。FaaS的另一个特点是支持多种编程语言，包括Java、Python、Node.js等。

函数计算的好处之一是，它可以将常用的功能封装起来，降低开发者的学习成本，提升开发效率。开发者只需要关注应用中的核心业务逻辑即可，而不需要担心底层的运维、管理、调度等问题。此外，函数计算还具备良好的弹性伸缩能力，可以在很短的时间内自动扩容、缩容，有效防止业务连锁反应。

3.无服务架构原理与实践

3.1 什么是无服务架构

无服务架构(Serverless Architecture) 是一种构建无状态、无管理的可伸缩应用的编程模型，它提供了一种更加敏捷的开发方式。其特点是：

消除了服务器的管理负担，降低了运维复杂度，使得开发者可以聚焦于业务领域的创新。
利用事件驱动或者基于消息队列的异步编程模型，实现应用程序的快速部署和自动扩容，解决了云端资源过载的问题。
通过按需付费的方式，按使用量付费，降低了资源成本。

一般来说，无服务架构由三个部分构成:

函数：是指应用的核心业务逻辑。它是整个应用的骨架，按照一定规则对输入数据进行处理，输出结果。它可以是一个简单的脚本，也可以是一个完整的服务，比如一个网页应用的后端服务。
事件源：触发函数执行的外部事件，通常来自外部系统如数据库、消息队列等。
运行环境：包括运行函数所需的运行环境，如执行环境、依赖库、缓存等。

这样的结构带来了很多好处，例如：

可扩展性强：通过事件驱动架构，可以根据需求快速添加或删除功能。
自动化运维：无服务架构平台可以自动分配资源，优化服务器性能，节省运维成本。
成本控制：无服务架构平台可以按使用量付费，降低成本。

3.2 为什么要使用无服务架构

无服务架构的出现促进了云计算的发展，其能够帮助开发者以更低的成本开发、部署和扩展应用程序。这些应用将具有更好的可靠性、弹性伸缩能力、更快的响应速度和更低的总体支出。但是，它也面临着许多新的挑战，例如：

精细粒度计费：当前的云服务提供商一般只提供整体应用的计费，而不是按函数、事件或资源等细粒度计费。这就导致开发者难以准确估算各项成本，进而影响应用的收益。
软实力：开发者需要了解云服务提供商的详细信息，了解平台提供的各种功能、限制和限制，然后才能充分利用平台的优势。
复杂的调试和维护：开发者需要处理各种平台上的日志、监控、跟踪，以及分布式系统的复杂性，才能定位故障和问题。

虽然无服务架构带来了很多好处，但仍然存在着很多问题，例如：

限制和局限性：无服务架构的限制和局限性在一定程度上反映了它的初衷——帮助开发者快速开发应用。但是，它也会造成一些问题，比如无法兼顾安全性、数据隐私、一致性等方面的考虑。
不适合所有场景：虽然无服务架构提供了更多的灵活性和能力，但它并不是银弹，只有在确切知道如何使用它的情况下才值得推荐。

综上所述，无服务架构是一种新型的架构模式，它提供了一个全新的开发模型，可以帮助开发者快速开发、部署和扩展应用。但是，它也面临着诸多限制和局限，因此，应该充分理解它的价值、局限性和适用场景，才能更好的使用它。

3.3 无服务架构与Serverless架构有何区别？

无服务架构和Serverless架构都属于云计算领域，它们之间的差异主要在于开发模型的不同。Serverless架构是一种事件驱动的编程模型，它依赖于事件源触发函数执行，从而释放了服务器的计算能力。而无服务架构则是一种构建无服务器应用的编程模型，它不需要搭建服务器，通过第三方云服务来提供计算能力。两者之间最大的区别是，前者是事件驱动的，后者是请求驱动的。两者在核心原理上都是函数计算，都需要处理函数的执行，但两者又有所不同。

无服务架构的优势主要是，它可以帮助开发者以更低的成本开发、部署和扩展应用。它提供了更好的可靠性、弹性伸缩能力、更快的响应速度和更低的总体支出。

3.4 无服务架构如何应用于应用开发

无服务架构主要针对微服务架构设计，它将开发过程分为多个独立的服务，每个服务都可以单独部署、扩展和更新，而且它提供API网关，让用户可以通过HTTP访问不同的服务。所以，应用开发者需要在无服务架构的平台上选择适合自己业务的开发工具和流程，然后通过FaaS平台将核心业务逻辑部署到云端。

另外，无服务架构还可以帮助企业降低研发和运营成本。由于无需投入大量的人力资源进行服务器维护、配置、部署等繁琐环节，因此可以实现业务快速迭代、快速试错，降低风险。通过云服务厂商的公共服务平台，可以很方便地获得各种技术能力、工具和服务，降低企业自身的IT研发投入和管理成本。

3.5 什么是函数计算？

函数计算（Function as a Service，FaaS）是一种基于事件驱动的编程模型，利用云平台提供的计算资源，按需动态执行代码。函数计算让开发者只需要关注核心业务逻辑的代码实现，不需要关注底层的计算资源、管理、调度等问题，从而缩短开发周期，提升开发效率。

函数计算可以帮助开发者创建各种类型的服务，包括机器学习、图像识别、聊天机器人、视频转码等等。它可以承接各种运营任务，如事件处理、数据分析、日志处理等。

与其他serverless架构不同的是，函数计算是真正意义上的serverless架构，它可以提供高度的可靠性、极速响应能力和低延迟，适用于那些短时间内处理海量数据的业务场景。

函数计算的实现原理如下图所示：

用户提交代码到函数计算平台，平台会解析代码，生成相应的函数运行环境，如Docker镜像。
当函数触发时，平台会根据指定的触发器（Trigger）或定时器（Timer）生成事件，并调用对应的函数执行。
函数计算平台根据函数执行的规格、存储、网络等条件，在云平台上部署函数运行环境，并将函数绑定到对应的事件源，等待触发。
函数执行结束后，平台返回执行结果，同时将结果持久化或发送到指定位置。
用户可以使用API Gateway来对函数进行访问，也可以使用消息队列、事件存储等进行数据交互。

函数计算的优势主要有：

按需付费：用户只需要支付使用的功能费用，不用支付整个应用的运行费用。
弹性伸缩：平台可以自动分配资源，根据负载情况自动调整运行规模。
更快的响应速度：无需等待服务器资源启动、调度，函数计算的响应时间非常快。

3.6 函数计算与微服务架构有什么关系

函数计算与微服务架构有密切的联系。微服务架构是一种服务化架构，它将应用中的功能模块化，每一个模块都可以单独部署、扩展和更新。微服务架构可以改善应用的模块化程度、模块间的耦合度、开发效率和扩展能力。

函数计算可以看做是微服务架构的一种实现形式。它同样是以服务化为中心，将应用功能模块化，不同的是，函数计算的每个函数都运行在独立的进程中，可以实现更高的并发和吞吐量。函数计算的服务化特性，使其可以提升应用的可靠性和可用性，降低运行成本。

举例来说，假设一个电商网站有订单、物流、支付、评论等四个功能模块，通过无服务架构可以把这几个功能模块部署到云端，形成独立的服务，分别负责订单处理、物流配送、支付处理、评论评价等功能。这样就可以通过API Gateway来统一暴露所有的服务，让前端应用可以访问到完整的业务功能。

函数计算还可以与微服务架构组合使用。在函数计算的帮助下，可以将一个大的应用拆分成多个服务，每个服务都可以单独部署、扩展和更新。通过组合这些服务，可以构建出更健壮的应用，提升应用的鲁棒性、容灾能力、可扩展性和稳定性。

3.7 函数计算的优势是什么

函数计算的优势主要有以下几点：

按需付费：用户只需要支付使用的功能费用，不用支付整个应用的运行费用。
弹性伸缩：平台可以自动分配资源，根据负载情况自动调整运行规模。
更快的响应速度：无需等待服务器资源启动、调度，函数计算的响应时间非常快。
可靠性：函数计算的运行环境和函数都是由平台保证高可靠性的。
便捷部署：函数计算平台可以自动将代码部署到云端，不需要开发人员进行任何操作。
低风险：无服务器架构让企业可以摆脱传统IT部门在服务器硬件、软件、运维等方面的巨大压力，实现快速迭代、快速试错、降低风险。

3.8 如何选择适合自己的函数计算平台？

目前市场上有多家知名的函数计算平台供开发者选用。它们的选择主要依据以下两个方面：

价格：市场上有一些平台提供免费套餐，但大多数价格都比较昂贵。
服务级别协议：平台之间可能存在一些协议或条款，对于企业级客户可能会有一些额外的福利。

笔者认为，选择函数计算平台的关键还是要根据自身的需求，选取一个满足自己偏好的平台，并且持续关注平台的更新和变化，以掌握该平台的最新技术。

在使用函数计算平台之前，首先要了解其中的一些概念和术语，如事件源、运行环境、API网关等。了解这些概念和术语有助于理解函数计算平台的功能，以及选择最适合自己的平台。

3.9 通过实例学习无服务架构与函数计算

本章最后，笔者想通过一些实例学习无服务架构与函数计算的用法。

一、Web前端应用开发

案例描述

电商网站前端应用是一个典型的无服务架构应用。该应用包含首页、产品搜索、购物车、订单处理等功能。因为该应用的流量不是很多，所以没有必要使用无服务架构，只需要简单部署一个静态的HTML页面即可。

解决方案

首先，在本地编写前端页面，使用HTML、CSS、JavaScript编写。
将前端页面上传至云端对象存储，比如亚马逊的S3。
在线托管前端应用，比如使用AWS的S3托管服务。
配置域名，将域名指向在线托管的前端应用地址。
使用CDN加速访问，以提高用户访问速度。

通过以上步骤，可以快速完成前端应用的部署，降低成本，提升用户体验。

二、移动App开发