作者 |?Hongqi? 阿里云高級技術(shù)專家

責(zé)編 | Carol

來源 |?Serverless

本文整理自《Serverless 技術(shù)公開課》

什么是 Serverless 架構(gòu)？按照 CNCF 對 Serverless 計(jì)算的定義，Serverless 架構(gòu)應(yīng)該是采用 FaaS（函數(shù)即服務(wù)）和 BaaS（后端服務(wù)）服務(wù)來解決問題的一種設(shè)計(jì)。這個(gè)定義讓我們對 Serverless 的理解稍顯清晰，同時(shí)可能也造成了一些困擾和爭論。

• 隨著需求和技術(shù)的發(fā)展，業(yè)界出現(xiàn)了一些 FaaS 以外的其它形態(tài)的 Serverless 計(jì)算服務(wù)，比如 Google Cloud Run，阿里云推出的面向應(yīng)用的 Serverless 應(yīng)用引擎服務(wù)以及 Serverless K8s，這些服務(wù)也提供了彈性伸縮能力和按使用計(jì)費(fèi)的收費(fèi)模式，具備 Serverless 服務(wù)的形態(tài)，可以說進(jìn)一步擴(kuò)大了 Serverless 計(jì)算的陣營；

• 為了消除冷啟動(dòng)影響，FaaS 類服務(wù)如阿里云的函數(shù)計(jì)算和 AWS 的 Lambda 相繼推出了預(yù)留功能，變得不那么“按使用付費(fèi)”了；

• 一些基于服務(wù)器（Serverful）的后端服務(wù)也推出了 Serverless 形態(tài)產(chǎn)品，比如 AWS Serverless Aurora，阿里云 Serverless HBase 服務(wù)。

這樣看來，Serverless 的界線是有些模糊的，諸多云服務(wù)都向著 Serverless 方向演進(jìn)。一個(gè)模糊的東西如何指導(dǎo)我們解決業(yè)務(wù)問題呢？Serverless 有一個(gè)根本的理念是一直沒有改變的，即讓用戶最大化地專注業(yè)務(wù)邏輯，其它的特征如不關(guān)心服務(wù)器、自動(dòng)彈性、按使用計(jì)費(fèi)等，都是為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)理念而服務(wù)。

著名的 Serverless 實(shí)踐者 Ben Kehoe 這樣描述 Serverless 原生心智，當(dāng)我們在業(yè)務(wù)中考慮做什么時(shí)可以體會(huì)一下這種心智：

• 我的業(yè)務(wù)是什么？

• 做這件事情能不能讓我的業(yè)務(wù)出類拔萃？

• 如果不能，我為什么要做這件事情而不是讓別人來解決這個(gè)問題？

• 在解決業(yè)務(wù)問題之前沒有必要解決技術(shù)問題。

在實(shí)踐 Serverless 架構(gòu)時(shí)，最重要的心智不是選擇哪些流行服務(wù)和技術(shù)，攻克哪些技術(shù)難題，而是時(shí)刻將專注業(yè)務(wù)邏輯銘記在心，這樣更容易讓我們選擇合適的技術(shù)和服務(wù)，明確如何設(shè)計(jì)應(yīng)用架構(gòu)。人的精力是有限的，組織的資源是有限的，Serverless 的理念可以讓我們更好地用有限的資源解決真正需要解決的問題，正是因?yàn)槲覀兩僮隽艘恍┦虑?#xff0c;轉(zhuǎn)而讓別人做這些事情，我們才可以在業(yè)務(wù)上做的更多。

接下來我們介紹一些常見的場景，并探討如何使用 Serverless 架構(gòu)支持這些場景。我們主要會(huì)采用計(jì)算、存儲和消息通信等技術(shù)來設(shè)計(jì)架構(gòu)，從可運(yùn)維性、安全性、可靠性、可擴(kuò)展性、成本幾個(gè)角度來衡量架構(gòu)的優(yōu)劣。為了讓這種討論不過于抽象，我們會(huì)用一些具體的服務(wù)作為參考，但是這些架構(gòu)的思想是通用的，可以用其它類似產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)。

靜態(tài) Web 站點(diǎn)

假如我們要做一個(gè)信息展示的網(wǎng)站，需求很簡單，就像早年的中國黃頁那樣，信息更新很少，大概有以下幾種主要選擇：

• 買臺服務(wù)器放在 IDC 機(jī)房里托管，運(yùn)行站點(diǎn)；

• 去云廠商上買臺云服務(wù)器運(yùn)行站點(diǎn)，為了解決高可用的問題又買了負(fù)載均衡服務(wù)和多個(gè)服務(wù)器；

• 采用靜態(tài)站點(diǎn)方式，直接由對象存儲服務(wù)（如 OSS）支持，并使用 CDN 回源 OSS。

這三種方式由云下到云上，由管理服務(wù)器到無需管理服務(wù)器，即 Serverless。這一系列的轉(zhuǎn)變給使用者帶來了什么變化呢？前兩種方案需要預(yù)算，需要擴(kuò)展，需要實(shí)現(xiàn)高可用，需要自行監(jiān)控等，這些都不是馬老師當(dāng)年想要的，他只想去展示信息，讓世界了解中國，這是他的業(yè)務(wù)邏輯。Serverless 正是這樣一種理念，最大化地讓人去專注業(yè)務(wù)邏輯。第三種方式就是采用了 Serverless 架構(gòu)去構(gòu)建一個(gè)靜態(tài)站點(diǎn)，它有其它方案無法比擬的優(yōu)勢，比如：

• 可運(yùn)維性：無需管理服務(wù)器，比如操作系統(tǒng)的安全補(bǔ)丁升級、故障升級、高可用性，這些云服務(wù)（OSS，CDN）都幫著做了；

• 可擴(kuò)展性：無需對資源做預(yù)估和考慮未來的擴(kuò)展，因?yàn)?OSS 本身是彈性的，使用 CDN 使得系統(tǒng)延遲更小、費(fèi)用更低、可用性更高；

• 成本：按實(shí)際使用的資源付費(fèi)，包括存儲費(fèi)用和請求費(fèi)用，沒有請求時(shí)不收取請求費(fèi)用；

• 安全性：這樣一個(gè)系統(tǒng)甚至看不到服務(wù)器，不需要通過 SSH 登錄，DDoS 攻擊也交給云服務(wù)來解決。

單體和微服務(wù)應(yīng)用

靜態(tài)頁面和站點(diǎn)適合用于內(nèi)容少、更新頻率低的場景，反之，就需要?jiǎng)討B(tài)站點(diǎn)了。比如淘寶的商品頁面，采用靜態(tài)頁面方式管理商品信息是不現(xiàn)實(shí)的。如何根據(jù)用戶請求動(dòng)態(tài)地返回結(jié)果呢？我們來看兩種常見的解決方案：

• Web 單體應(yīng)用：所有的應(yīng)用邏輯都在一個(gè)應(yīng)用中完成，結(jié)合數(shù)據(jù)庫，這種分層架構(gòu)可以快速實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜度較低的應(yīng)用；

• 微服務(wù)應(yīng)用：隨著業(yè)務(wù)發(fā)展，功能多了，訪問量高了，團(tuán)隊(duì)大了，這時(shí)候一般就需要將單體應(yīng)用中的邏輯拆分成多個(gè)執(zhí)行單元，比如商品頁面上的評論信息、售賣信息、配送信息等，都可以對應(yīng)一個(gè)單獨(dú)的微服務(wù)。這種架構(gòu)的好處是每個(gè)單元是高度自治的，易于開發(fā)（比如使用不同技術(shù)）、部署和擴(kuò)展。但是這種架構(gòu)也引入了分布式系統(tǒng)的一些問題，如服務(wù)間通信的負(fù)載均衡、失敗處理等。

處在不同階段不同規(guī)模的組織可以選擇適合自身的方式，來解決它面臨的首要業(yè)務(wù)問題，淘寶最初被人們接受一定不是因?yàn)樗褂昧四姆N技術(shù)架構(gòu)。但是無論選擇哪種架構(gòu)，上面提到的 Serverless 原生心智都有助于我們專注業(yè)務(wù)。比如：

• 是否需要自己購置服務(wù)器安裝數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)高可用、管理備份、升級版本等，還是可以把這些事情交給托管的服務(wù)如 RDS；是否可以使用表格存儲、Serverless HBase 等 Serverless 數(shù)據(jù)庫服務(wù)，實(shí)現(xiàn)按使用的彈性擴(kuò)容縮容和付費(fèi)；

• 單體應(yīng)用是需要自己購置服務(wù)器運(yùn)行，還是可以交給托管服務(wù)，如函數(shù)計(jì)算和 Serverless 應(yīng)用引擎；

• 是否可以通過函數(shù)來實(shí)現(xiàn)輕量級微服務(wù)，依賴函數(shù)計(jì)算提供的負(fù)載均衡、自動(dòng)伸縮、按需付費(fèi)、日志采集、系統(tǒng)監(jiān)控等能力；

• 基于 Spring Cloud、Dubbo、HSF 等實(shí)現(xiàn)的微服務(wù)應(yīng)用是否需要自己購置服務(wù)器部署應(yīng)用，管理服務(wù)發(fā)現(xiàn)，負(fù)載均衡，彈性伸縮，熔斷，系統(tǒng)監(jiān)控等，還是可以將這些工作交給諸如 Serverless 應(yīng)用引擎服務(wù)。

上圖右側(cè)的架構(gòu)引入了 API 網(wǎng)關(guān)、函數(shù)計(jì)算或者 Serverless 應(yīng)用引擎來實(shí)現(xiàn)計(jì)算層，將大量的工作交給了云服務(wù)完成，讓用戶最大程度上專注實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯。其中系統(tǒng)內(nèi)部多個(gè)微服務(wù)的交互如下圖所示，通過提供一個(gè)商品聚合服務(wù)，將內(nèi)部的多個(gè)微服務(wù)統(tǒng)一呈現(xiàn)給外部。這里的微服務(wù)可以通過 SAE 或者函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

這樣的架構(gòu)還可以繼續(xù)擴(kuò)展，比如如何支持不同客戶端的訪問，如上圖右側(cè)所示。現(xiàn)實(shí)中這種需求是常見的，不同的客戶端需要的信息可能是不同的，手機(jī)可以根據(jù)位置信息做相關(guān)推薦。如何讓手機(jī)客戶端和不同瀏覽器都能受益于 Serverless 架構(gòu)呢？這又牽扯出了另一個(gè)詞——Backend for fronted（BFF），即為前端定做的后端，這受到了前端開發(fā)工程師的推崇，Serverless 技術(shù)讓這個(gè)架構(gòu)廣泛流行，因?yàn)榍岸斯こ處熆梢詮臉I(yè)務(wù)角度出發(fā)直接編寫 BFF，而無需管理服務(wù)器相關(guān)的令前端工程師更加頭疼的事情。更多實(shí)踐可以參見基于函數(shù)計(jì)算的 BFF 架構(gòu)。

事件觸發(fā)

前面提到的動(dòng)態(tài)頁面生成是同步請求完成的，還有一類常見場景，其中請求處理通常需要較長時(shí)間或者較多資源，比如用戶評論中的圖片和視頻內(nèi)容管理，涉及到如何上傳圖片和處理圖片（縮略圖、水印、審核等）及視頻，以適應(yīng)不同客戶端的播放需求。

如何對上傳多媒體文件實(shí)時(shí)處理呢？這個(gè)場景的技術(shù)架構(gòu)大體經(jīng)歷了以下演變：

• 基于服務(wù)器的單體架構(gòu)：多媒體文件被上傳到服務(wù)器，由服務(wù)器處理，對多媒體的顯示請求也由服務(wù)器完成；

• 基于服務(wù)器的微服務(wù)架構(gòu)：多媒體文件被上傳到服務(wù)器，服務(wù)器處理轉(zhuǎn)存到 OSS，然后將文件地址加入消息隊(duì)列，由另一組服務(wù)器處理文件，將處理結(jié)果保存到 OSS，對多媒體的顯示請求由 OSS 和 CDN 完成；

• Serverless 架構(gòu)：多媒體直接上傳到 OSS，由 OSS 的事件觸發(fā)能力直接觸發(fā)函數(shù)，函數(shù)處理結(jié)果保存到 OSS，對多媒體的顯示請求由 OSS 和 CDN 完成。

基于服務(wù)器的單體架構(gòu)面臨以下問題：

• 如何處理海量文件？單臺服務(wù)器空間有限，購買更多的服務(wù)器；

• 如何擴(kuò)展 Web 應(yīng)用服務(wù)器？Web 應(yīng)用服務(wù)器是否適合 CPU 密集型任務(wù)？

• 如何解決上傳請求的高可用？

• 如果解決顯示請求的高可用？

• 如何應(yīng)對請求負(fù)載的波峰波谷？

基于服務(wù)器的微服務(wù)架構(gòu)很好地解決了上述的大部分問題，但是仍然面臨一些問題：

• 管理應(yīng)用服務(wù)器的高可用性和彈性；

• 管理文件處理服務(wù)器的彈性；

• 管理消息隊(duì)列的彈性。

而第三種 Serverless 架構(gòu)很好地解決了上述所有問題。開發(fā)人員原來需要做的負(fù)載均衡、服務(wù)器的高可用和彈性伸縮、消息隊(duì)列都轉(zhuǎn)移到了服務(wù)內(nèi)部。我們可以看到隨著架構(gòu)的演進(jìn)，開發(fā)人員做的事情越來越少，系統(tǒng)更加成熟，業(yè)務(wù)上更加聚焦，大大提升了交付速度。

這里的 Serverless 架構(gòu)主要體現(xiàn)的價(jià)值是：

• 事件觸發(fā)能力：函數(shù)計(jì)算服務(wù)與事件源（OSS）的原生集成讓使用者無需管理隊(duì)列資源，隊(duì)列自動(dòng)擴(kuò)展，實(shí)時(shí)處理上傳的多媒體文件；

• 高彈性和按需付費(fèi)：圖片和視頻（不同大小的視頻）需要的計(jì)算資源規(guī)格是不同的，流量的波峰波谷對資源的需求是不同的，現(xiàn)在這種彈性由服務(wù)提供，按照用戶的真實(shí)使用去擴(kuò)容縮容，讓用戶 100% 地利用資源，無需為閑置資源付費(fèi)。

事件觸發(fā)能力是 FaaS 服務(wù)的一個(gè)重要特性，這種 Pub-Sub 事件驅(qū)動(dòng)模式不是一個(gè)新的概念，但是在 Serverless 流行之前，事件的生產(chǎn)者、消費(fèi)者以及中間的連接樞紐都是用戶負(fù)責(zé)的，就像前面架構(gòu)演進(jìn)中的第二個(gè)架構(gòu)。Serverless 讓生產(chǎn)者發(fā)送事件，維護(hù)連接樞紐都從用戶職責(zé)中省略了，而只需關(guān)注消費(fèi)者的邏輯，這就是 Serverless 的價(jià)值所在。

函數(shù)計(jì)算服務(wù)還集成其它云服務(wù)事件源，讓你更方便地在業(yè)務(wù)中使用一些常見的模式，如 Pub/Sub、事件流模式、Event Sourcing 模式。關(guān)于更多的函數(shù)組合模式可以參見函數(shù)組合的 N 種方式。

服務(wù)編排

前面的商品頁面雖然復(fù)雜，但是所有的操作都是讀操作，聚合服務(wù) API 是無狀態(tài)、同步的。我們來看一下電商中的一個(gè)核心場景——訂單流程。

這個(gè)場景涉及到多個(gè)分布式寫的問題，這是引入微服務(wù)架構(gòu)導(dǎo)致的最麻煩的一個(gè)問題。單體應(yīng)用在一定程度上可以比較容易地處理這個(gè)流程，因?yàn)槭褂昧艘粋€(gè)數(shù)據(jù)庫，可以通過數(shù)據(jù)庫事務(wù)保持?jǐn)?shù)據(jù)一致性。但是現(xiàn)實(shí)中可能不得不去跟一些外部服務(wù)打交道，需要一定的機(jī)制保證流程的前進(jìn)和回退順利完成，解決這個(gè)問題的一個(gè)經(jīng)典模式是 Saga 模式，而實(shí)現(xiàn)這種模式有兩種不同架構(gòu)：

一種做法是采用事件驅(qū)動(dòng)模式，驅(qū)動(dòng)流程完成。在這個(gè)架構(gòu)里，有一個(gè)消息總線，感興趣的服務(wù)如庫存服務(wù)監(jiān)聽事件，監(jiān)聽者可以使用服務(wù)器或者函數(shù)。借助于函數(shù)計(jì)算和消息主題的集成，這個(gè)架構(gòu)也可以完全不使用服務(wù)器。

這個(gè)架構(gòu)模塊是松耦合的，職責(zé)清晰。不足之處是隨著流程變得更長更加復(fù)雜，這個(gè)系統(tǒng)變得難以維護(hù)。比如很難直觀地了解業(yè)務(wù)邏輯，執(zhí)行時(shí)的狀態(tài)也不宜跟蹤，可運(yùn)維性比較差。

另外一種架構(gòu)是基于工作流的 Saga 模式。在這個(gè)架構(gòu)里，各個(gè)服務(wù)之間是獨(dú)立的，也不通過事件傳遞信息，而是有一個(gè)集中的協(xié)調(diào)者服務(wù)來調(diào)度單個(gè)業(yè)務(wù)服務(wù)，業(yè)務(wù)邏輯和狀態(tài)由集中協(xié)調(diào)者維護(hù)。而實(shí)現(xiàn)這個(gè)集中的協(xié)調(diào)者通常面臨以下問題：

• 編寫大量代碼來實(shí)現(xiàn)編排邏輯、狀態(tài)維護(hù)和錯(cuò)誤重試等功能，而這些實(shí)現(xiàn)又很難被其它應(yīng)用重用；

• 維護(hù)運(yùn)行編排應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施，以確保編排應(yīng)用的高可用性和可伸縮性；

• 考慮狀態(tài)持久性，以支持多步驟長時(shí)間運(yùn)行流程并確保流程的事務(wù)性。

依賴于云服務(wù)，比如阿里云的 Serverless 工作流服務(wù)，這些事情都可以交給平臺來做，用戶又回到了只需關(guān)注業(yè)務(wù)邏輯的狀態(tài)。

下圖右側(cè)是流程定義，我們可以看到這實(shí)現(xiàn)了前面基于事件的 Saga 模式的效果，并且流程大大簡化，提升了可觀測性。

數(shù)據(jù)流水線

隨著業(yè)務(wù)的進(jìn)一步發(fā)展，數(shù)據(jù)變得越來越多，這時(shí)候就可以挖掘數(shù)據(jù)的價(jià)值。比如，分析用戶對網(wǎng)站的使用行為并做相應(yīng)的推薦。一個(gè)數(shù)據(jù)流水線包括數(shù)據(jù)采集、處理、分析等多個(gè)環(huán)節(jié)。這樣的服務(wù)如果從頭搭建雖然是可行的，但是也是復(fù)雜的，我們這里討論的業(yè)務(wù)是電商，而不是去提供一個(gè)數(shù)據(jù)流水線服務(wù)。有了這樣一個(gè)目標(biāo)，我們做選擇時(shí)就會(huì)變得簡單明確。

• 日志服務(wù)（SLS）提供了數(shù)據(jù)采集、分析和投遞功能；

• 函數(shù)計(jì)算（FC）可以對日志服務(wù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，將結(jié)果寫入其它服務(wù)，如日志服務(wù)、OSS；

• Serverless 工作流服務(wù)可以定時(shí)批量處理數(shù)據(jù)，通過函數(shù)定義靈活的數(shù)據(jù)處理邏輯，構(gòu)建 ETL 作業(yè)；

• 數(shù)據(jù)湖分析（DLA）提供了 Serverless 化的交互式查詢服務(wù)，它使用標(biāo)準(zhǔn) SQL分析對象存儲(OSS)、數(shù)據(jù)庫（PostgreSQL / MySQL等）、NoSQL（TableStore 等）等多個(gè)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)。

總結(jié)

限于篇幅，我們只討論了 Serverless 架構(gòu)在幾個(gè)場景中的應(yīng)用，但是在實(shí)踐中我們可以看出一種共性，即如何將業(yè)務(wù)邏輯中與業(yè)務(wù)不相關(guān)的工作剝離出去，交給平臺和服務(wù)完成。這種各司其職、分工協(xié)作的做法在其它場合并不陌生，但是 Serverless 的思想讓這種形態(tài)更為明確。Less is more，少的不只是 Server 和圍繞 Server 相關(guān)的負(fù)擔(dān)，還可以是業(yè)務(wù)以外的方方面面，多的是專注的業(yè)務(wù)和產(chǎn)品的核心競爭力。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的带你从零入门 Serverless | 一文详解 Serverless 架构模式的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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